NiTi合金表面激光熔覆TiHA复合涂层的研究(5)
1.1.4 镍钛合金的表面改性
镍钛合金作为一种外科植入物存在一些缺点。镍钛合金具有一定的生物相容性，但毕竟是一种生物惰性金属材料，新生骨与植入物之间只能形成接触生长。而理想的结合方式是材料与骨形成牢固的化学结合—骨键合生长，即新生骨直接在植入物表面形成，随后直接长入种植体内。另外植入人体后将长期(或临时)与组织、细胞或血液直接接触，它们之间的相互作用将产生各种不同的反应，使各自的功能和性质受到影响，有可能在生物体内发生毒性、炎症、血栓等。所以对镍钛合金进行表面改性就显得很重要了。研究表明在植入物表面形成一层有生物活性的陶瓷涂层可以解决这个问题。
在生物医学领域中，表面改性主要是为了改善植入体的耐磨性、耐蚀性和生物学性能(包括生物相容性和生物活性) [24，25]。虽说镍钛合金与其它金属材料相比具有与骨最为接近的弹性模量，但仍远远高于骨的弹性模量，这就容易造成界面上机械性能的不匹配；同时，从成分上来看，镍钛合金与自然骨的成分截然不同，镍钛合金与骨之间虽然具有良好的生物相容性，植入后种植体周围无纤文包囊形成，但是镍钛合金与骨之间只是一种机械嵌连式的骨整合，而非强有力的化学骨性结合，因此对镍钛合金进行表面改性以改善其生物学性能引起了人们的日益重视。为了增强镍钛合金的耐磨性、耐蚀性，以及提高其与周围组织界面的结合力从而降低应力遮挡程度，必须对镍钛合金进行表面改性。表面改性既保持了镍钛合金作为基体材料的一系列优点，同时使得植入物的综合性能得到大幅度的改善。
1．2 Ti/HA复合材料
1.2.1 羟基磷灰石
羟基磷灰石(hydroxyapatite )是一种典型的生物活性陶瓷材料, 它由氢氧化钙(Ca(OH)2)和磷酸三钙的复盐组成。微溶于水，在水溶液中呈弱碱性，易溶于酸，难溶于碱。羟基磷灰石晶体分子式为Ca10(PO4)6(OH)2，简写为HA或HAP，Ca/P摩尔比理论值为1.67，属磷酸钙（TCP）陶瓷中的一种生物活性材料。从分子结构中可以看出，易与周围液体发生离子交换。HA 晶体为吹冰方晶系，属L6PC对称型和P63/m空间群，其结构为吹冰方柱体，与C轴垂直的面是一个吹冰边形，a、b轴夹角为120°，晶格常数为a=b=0.9421nm，c=0.6882。单位晶胞含10个Ca2+，6个PO43-和2个OH-。图1.2 [26]是沿C轴投影到基面上的原子排列图。从图中可以看出，OH-位于晶胞的4个角顶上，10个Ca2+分别占据2种位置；4个Ca2+占据Ca(1)位置，即z=0和z=1/2位置各有2个Ca2+；6个Ca2+位于Ca(2)位置，即z=1/4和z=3/4位置各有3个Ca2+；6个PO43-四面体分别位于z=1/4和z=3/4的位置。这样的结构和组成使HA具有较好的稳定性 。
图1.2 沿C轴投影到基面上的原子排列图
羟基磷灰石的强度偏低，韧性较差，主要的力学性能如表1.2[27]所示。目前为止，HA不能单独作为承载种植体使用，它在医学上的应用仅限于小的非承载种植体、粉末、涂层和低承载的多孔种植体。另外，其比重偏小，在一些制备方法中如送粉式激光熔覆制备涂层时，羟基磷灰石粉末得不到充分的利用，并由于激光的高能量而使其部分分解，严重影响其生物活性。为改善这一状况，我们提出将HA和Ti粉末均匀混合，在激光辐照区域中希望Ti能够分散激光能量，从而降低激光能量对HA的高温效应，避免其分解。
表1.2 羟基磷灰石的性能
性能 断裂韧性KIC
（MPam1/2） 抗弯强度
（MPa） 抗压强度
（MPa） 拉伸强度
（MPa） 杨氏模量E
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