钛合金表面Ti(C、N)-Ca-P复合膜层的液相等离子体制备工艺研究(3)
1.3 在钛合金表面制备生物膜层的方法
近年来，表面改性技术得到了广泛的关注并取得了一系列成果。目前，在金属表面制备生物膜层方法就其制备工艺主要有：液相等离子体电解表面改性法、电泳沉积法、等离子喷涂法、矿化仿生法和电化学沉积法等。
1.3.1 液相等离子体电解表面改性法
液相等离子体电解技术（plasma electrolysis technology，PET）是一门新兴的材料表面改性技术，是在液体中利用等离子体电化学处理方法对材料进行表面改性以及涂层保护的一类技术的通称。由于PET研究中的新发现与其工艺的省时高效，近年来在表面改性领域中来受到越来越多的关注。液相等离子体电解处理在特定的溶液中进行，工件作为一个电极，辅助电极作为另一极，在两极之间施加适当的电压，当电压超过某一临界值时，工件电极与溶液界面处的电势突变产生的高电场强度可以击穿界面处的钝化膜、气体等电介质，表面或者附近会产生放电现象，即发生等离子体电解的电极过程，在电解液中产生有别于固态、液态、气态的物质第四态“等离子体”。这些等离子体具有很高的能量，电极表面局部产生瞬间高温并发生复杂的物理、化学反应，从而在电极表面制备具有特定性能的改性层或沉积层[8]。
图1.1 等离子体电解表面改性原理图[8]
1.3.2 电泳沉积法
电泳指带电粒子在电场作用下发生定向移动。带电粒子定向移动并在指定电极表面沉积的现象称为电泳沉积，电泳和沉积两个过程的复合称为电泳沉积，几乎所有的固体颗粒都能在分散介质中带电，因此此类颗粒都可以应用电泳的方法在电极表面沉积[9]。根据HA颗粒在分散介质中的带电情况，选择石墨、铂等惰性点击配合金属电极，在有机非水溶液中控制一定的HA浓度、电场强度、沉积时间等条件在电极表面沉积HA表面改性层[10]。电泳沉积法既有优点又有缺点，优点是：电泳沉积比较温和，可避免传统高温引起的相变和脆裂；可以在复杂形状的基体上沉积均匀的涂层；电泳沉积设备简单操作方便。电泳沉积法的缺点也比较明显：静电吸附而不是冶金结合或者化学键键合，导致基体和HA颗粒结合强度比较差；电泳沉积的HA粉末成本也比较高。
图1.2 电泳沉积原理图[11]
1.3.3 等离子喷涂法
等离子喷涂法是现在唯一已经进行工业生产的方法。等离子喷涂需要高速氧焰操作，温度高达10000K，可诱发涂层HA分解，在涂层中产生杂志和非晶态HA，同时冷却时，基体与涂层界面由于冷却体积收缩不一致会有很高的残余应力，对于多孔或形状复杂的基体无法获得均一的生物活性层。由于高温的作用HA分解后在图层中产生的杂质和非晶态HA会影响涂层的生物性能[12]。与此同时，等离子喷涂要求材料纯度很高，对产品的生产成本影响很大。
1.3.4 电化学沉积法
电化学沉积技术（又称电结晶技术）是应用电场作用的一种化学反应，离子从特定电解液中沉积到导电基体上，形成所需的表面改性层。在含有钙磷的电解液中，控制好合适的电流密度、阴极电压、浓度、温度和pH值，由于电解作用使得电解液中某一电极（一般是阴极）的pH值增大，从而使溶液在该电极处过饱和度上升，当溶液中钙离子和磷酸根超过了磷酸钙盐化合物临界过饱和度时，在制定电极上就沉积出需要的涂层。电化学方法沉积的电压比较低，得到的涂层比较薄且不致密，很容易刮落。