一种替代牙骨的医用多孔钽材料及其制备方法技术

一种替代牙骨的医用多孔钽材料及其制备方法，由钽粉与聚乙烯醇、碳酸氢钠混合成混合粉末，再将所述混合粉末压制到有机泡沫体中成型、脱脂、烧结、冷却和热处理制得的；所述压制成型采用的压力为50～100Mpa，形成的医用多孔钽材料孔隙直径为30～50μm，孔隙度介于30～38%。本发明专利技术多孔钽制备方法采用了纯物理模压法，使得最终多孔钽材料中杂质的含量极低，有效地提高了生物相容性和生物安全性；经过测试其杂质含量可低于0.2%、密度可达10.34～11.67g/cm3，孔隙度可达30～38%，孔隙直径可达30～50μm；弹性模量可达4.5～6.0Gpa、弯曲强度可达120～130Mpa、抗压强度可达100～140Mpa，本发明专利技术多孔钽非常适合用于替代牙骨的医用植入材料。

【技术实现步骤摘要】
一种替代牙骨的医用多孔钽材料及其制备方法本专利技术申请是申请号201110296545.8、申请日2011年09月29日，专利技术名称“一种替代牙骨的医用多孔钽材料及其制备方法”的分案申请。
本专利技术涉及一种多孔医用金属植入材料及其制备方法，特别是涉及一种替代致密骨组织的医用植入多孔钽材料及其制备方法。
技术介绍
多孔医用金属植入材料具有治疗骨组织创伤、股骨组织坏死和替代致密骨组织如牙骨等重要而特殊的用途，现常见的这类材料有多孔金属不锈钢、多孔金属钛等。作为骨组织创伤和股骨组织坏死治疗使用的多孔植入材料，其孔隙度应达30～80％，而且孔隙最好全部连通与均匀分布，或根据需要使之既与人体的骨组织生长相一致，又减轻了材料本身的重量，以适合人体植入使用。而难熔金属钽，由于它具有优秀的生物相容性，其多孔材料有望作为替代前述等传统医用金属生物材料。由于金属钽对人体的无害、无毒、无副作用，以及随着国内外医学的飞速发展，对钽作为人体植入材料认知的进一步深入，人们对人体植入用多孔金属钽材料的需求变得越来越迫切，对其要求也越来越高。其中作为多孔医用植入金属钽，如果能具有很高的均匀分布连通孔隙以及与人体相适应的物理机械性能，则其有望作为一种新型的骨组织替代材料。作为医用植入的多孔金属材料就像一般的多孔金属材料那样基本上是以粉末烧结法为主要的加工方法，特别是为获取孔隙连通与均匀分布的多孔金属泡沫结构采用粉末烧结法中的金属粉末浆料在有机泡沫体上的浸渍后干燥再烧结简称泡沫浸渍法居多。关于粉末烧结所获得的多孔金属材料通常其金属力学性能并不是很好，其主要原因是工艺上如何安排成孔介质的支撑与消除关系、金属粉末烧结过程中的塌陷问题。而已知的文献报道中均没有很好的解决方法而放任自然。采用金属粉末烧结法制造多孔钽的文献报道很少，特别是以获得医用植入材料用为目的的多孔钽粉末烧结法文献报道几乎没有。可以参考的是公开号为CN200510032174，名称“三维通孔或部分孔洞彼此相连多孔金属泡沫及其制备方法”以及CN200710152394，名称“一种新型多孔泡沫钨及其制备方法”。然而其所获得的多孔金属或是为过滤材料用，或是为航空航天及其它高温场合用而非作为医用金属植入材料使用，再者所加工的多孔金属也非多孔钽。关于多孔钽，US5282861公开了一种应用于松质骨植入体、细胞和组织感受器的开孔钽材料及其制备。这种多孔钽由纯商业钽制成，它以聚亚氨酯前体进行热降解得到的碳骨架为支架，该碳骨架呈多重的十二面体，其内为网格样结构，整体遍布微孔，孔隙率可高达98％，再将商业纯钽通过化学蒸气沉积、渗透的方法结合到碳骨架上以形成多孔金属微结构，简称为化学沉积法。这种方法所获得的多孔钽材料其表面的钽层厚度在40～60μm之间；在整个多孔材料中，钽重约占99％，而碳骨架重量则占1％左右。文献进一步记载，该多孔材料的抗压强度50～70MPa，弹性模量2.5～3.5GPa，抗拉强度63MPa，塑性变形量15％。但是将它作为致密骨组织如牙骨等医用植入材料的多孔钽，其材料的力学性能如延展性、抗压强度、弯曲强度等有明显不足之处，而且会影响到后续的对多孔钽材料本身的加工，例如成型件的切割等。同样在前述的金属粉末烧结法所获得的产品也均存在这样的不足。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种生物相容性好的适用于替代牙骨的医用多孔钽材料。本专利技术的另一目的在于提供上述多孔钽医用材料的制备方法。本专利技术的目的是通过如下技术手段实现的：一种替代牙骨的医用多孔钽材料，其特征在于：由钽粉与聚乙烯醇、碳酸氢钠混合成混合粉末，再经压制成型、脱脂、烧结、冷却和热处理制得的；所述压制成型是将所述的混合粉末压制到有机泡沫体中，其压力为50～100Mpa，形成的医用多孔钽材料孔隙直径为30～50μm，孔隙度介于30～38％。在医用多孔钽材料的研发过程中，制备路线众多，但专利技术人创造性地提出了采用上述工艺步骤制备的致密医用多孔钽植入材料，经过测试其杂质含量可低于0.2％、其生物相容性与生物安全性好，密度可达10.34～11.67g/cm3，孔隙度可达30～38％，孔隙直径可达30～50μm；弹性模量可达4.5～6.0Gpa、弯曲强度可达120～130Mpa、抗压强度可达100～140Mpa，本专利技术多孔钽非常适合用于替代牙骨的医用植入材料。本专利技术采用的原料钽粉的平均粒径小于43微米、氧含量小于0.1％，为市售产品；上述聚乙烯醇、碳酸氢钠也均为市售产品。上述聚乙烯醇主要起成型作用、但同时其还具备造孔的作用，上述碳酸氢钠起造孔的作用。本专利技术真空环境优选采用真空度为10-4Pa～10-3Pa的真空条件。上述有机泡沫体优选聚氨酯泡沫，进一步优选为孔径0.48～0.89mm，密度0.015g/cm3～0.035g/cm3，硬度大于50°(最优选孔径为0.56～0.72mm，密度0.025g/cm3，硬度50°～80°)的聚氨酯泡沫中。在研发过程中专利技术人进一步研究发现，若上述制备中控制不好，虽可制得如上所述适合用于替代牙骨的医用植入材料但产品合格率不高：如粉末压制成型难、在压制后部分易出现分层、不均匀，脱脂后部分会出现裂纹等技术问题。为了使粉末压制过程中成型更容易，从而提高成品率、成品孔隙均匀性、使制备过程更稳定，上述混合粉末中聚乙烯醇的用量为5～10％、碳酸氢钠的用量为20～30％、余量为钽粉，以体积百分含量计(以体积百分含量计是通过最终多孔钽材料的情况直接推算的单位，在上述混合粉末称量中还是根据相应物质的密度计算出其对应的质量称量的)，进一步优选为聚乙烯醇占7～9％、碳酸氢钠占26～29％、余量为钽粉；上述压制成型过程中的压力优选为70～80Mpa。为了使脱脂过程中胚体更稳定、减少易出现的部分胚体变形、孔径不均匀，从而进一步提高成品率、质量稳定性，上述脱脂过程是以0.5℃/min～3℃/min的速率逐步升温至400～800℃，以氩气通入构成保护气氛并保温60min～240min；进一步优选以2.5～3℃/min的速率逐步升温至400～800℃，以氩气通入构成保护气氛并保温150min～240min。上述替代牙骨的医用多孔钽材料的制备方法，采用模压法烧结而成，其特点在于以钽粉与聚乙烯醇、碳酸氢钠粉末混合成混合粉，其中聚乙烯醇的用量占5～10％、碳酸氢钠的用量占20～30％、余量为钽粉，以体积百分含量计；再将所述混合粉末在50～100Mpa下压制到有机泡沫体中成型、脱脂、真空烧结、冷却和热处理制得多孔钽材料。上述原料钽粉的平均粒径小于43微米、氧含量小于0.1％；上述混合粉优选为聚乙烯醇占7～9％、碳酸氢钠占26～29％、余量为钽粉，更进一步优选为聚乙烯醇占8％、碳酸氢钠占27％、余量为钽粉，以体积百分含量计。上述有机泡沫体优选聚氨酯泡沫，进一步优选为孔径0.48～0.89mm，密度0.015g/cm3～0.035g/cm3，硬度大于50°(最优选孔径为0.56～0.72mm，密度0.025g/cm3，硬度50°～80°)的聚氨酯泡沫中。为了使压制制胚过程中压制压力均匀、不分层，从而使最终多孔钽孔隙分布更均匀、质量更稳定，上述压制过程中采用的压力优选为70～80Mpa；上述脱脂过程中优选为以0.5℃/min～3℃/min的速率本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种替代牙骨的医用多孔钽材料，采用模压法烧结而成，其特征在于：以钽粉与聚乙烯醇、碳酸氢钠粉末混合成混合粉，其中聚乙烯醇的用量占5～10%、碳酸氢钠的用量占20～30%、余量为钽粉，以体积百分含量计；再在50～100Mpa下压制到孔径为0.56～0.72mm，密度0.025g/cm3，硬度500～800的聚氨酯泡沫中成型、脱脂、真空烧结、冷却和热处理制得多孔钽材料；所述脱脂处理条件为：逐步升温至600～800℃，具体是以99.9999%纯净氩气通入构成保护气氛，以1～3℃/min的速率从室温升至400℃，保温60～120min，以1.5～2.5℃/min的速率从400℃升至600～800℃，保温180～240min；所述真空烧结条件为：以10～15℃/min的速率从室温升至1200～1250℃，保温30～60min，真空度为10‑4Pa～10‑3Pa；以10～20℃/min的速率升至1500℃，保温30～60min，真空度为10‑4Pa～10‑3Pa，以6～20℃/min的速率升至2000～2200℃，保温120～240min，真空度为10‑4Pa～10‑3Pa；真空烧结后的冷却条件为：真空度为10‑4Pa～10‑3Pa；以10～20℃/min的速率冷却至1500～1600℃，保温30～60min；以12～20℃/min的速率冷却至1200～1250℃，保温60～90min；以10～20℃/min的速率冷却至800℃，然后随炉冷却；所述真空退火条件为：以15～30℃/min的速率升至1000～1250℃，保温240～480min，真空度为10‑4Pa～10‑3Pa，再以5～10℃/min的速率冷却至1000℃，保温90～180min，真空度为10‑4Pa～10‑3Pa；以10～20℃/min的速率冷却至800℃，保温60～120min，真空度为10‑4Pa；以20～30℃/min的速率冷却至室温，真空度为10‑4Pa～10‑3Pa。...

【技术特征摘要】
1.一种替代牙骨的医用多孔钽材料，采用模压法烧结而成，其特征在于：以钽粉与聚乙烯醇、碳酸氢钠粉末混合成混合粉，其中聚乙烯醇的用量占5～10%、碳酸氢钠的用量占20～30%、余量为钽粉，以体积百分含量计；再在50～100Mpa下压制到孔径为0.56～0.72mm，密度0.025g/cm3，硬度500～800的聚氨酯泡沫中成型、脱脂、真空烧结、冷却和热处理制得多孔钽材料；所述脱脂处理条件为：逐步升温至600～800℃，具体是以99.9999%纯净氩气通入构成保护气氛，以1～3℃/min的速率从室温升至400℃，保温60～120min，再以1.5～2.5℃/min的速率从400℃升至600～800℃，保温180～240min；所述真空烧结条件为：以10～15℃/min的速率从室温升至1200～1250℃，保温30～60min，真空度为10-4Pa～10-3Pa；再以10～20℃/min的速率升至1500℃，保温30～60min，真空度为10-4Pa～10-3Pa；然后以6～20℃/min的速率升至2000～2200℃，保温120～240min，真空度为10-4Pa～10-3Pa；真空烧结后的冷却条件为：真空度为10-4Pa～10-3Pa；以10～20℃/min的速率冷却至1500～1600℃，保温3...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶雷，
申请(专利权)人：朱启东，
类型：发明
国别省市：浙江;33