一种硬组织生物医用原位自生锆基复合材料

摘要

本发明公开了一种硬组织生物医用原位自生锆基复合材料及其制备方法。所用原料组分及重量百分比为：铜3.5%～4.5%，铌0.1～1.20%，余量为海绵锆。其制备方法是先按照各组分的重量百分比称取相应的原料，将原料充分混合，然后利用非自耗真空电弧炉进行熔炼，冷却得到组织均匀的金属铸锭。本发明具有传统医用钛合金的优点，同时解决了传统医用钛合金在杨氏模量与人体自然骨骼不匹配的问题，有望解决替代材料因力学性能不匹配而对人体造成的损伤。本发明利用原位自生的Zr₃Cu作为增强相，铌作为合金化元素，对锆基体进行强化，有效提高了锆基复合材料的压缩强度，同时通过调节铌的含量来改变锆基复合材料的压缩强度、塑性、杨氏模量等。

主权项

一种硬组织生物医用原位自生锆基复合材料，其特征在于：所用原料组分及重量百分比为：铜3.5%～4.5%，铌0.1～1.2%，余量为海绵锆；其制备方法包括如下步骤：（1）原料称取，根据各原料组分的重量百分比分别称取海绵锆、铜以及铌；原料粒径尺寸控制在2厘米以下；（2）原料混合，将称好的原料搅拌混合均匀；（3）原料熔炼，将混合均匀的原料放入非自耗真空电弧炉内的坩埚中，然后抽真空，真空度控制为1×10^‑2～1×10^‑3Pa；再通入惰性气体进行洗气除去残留的空气；最后在惰性气体的保护下进行熔炼，熔炼温度为2800～3000℃；熔炼电压为220V，熔炼电流控制在180~200A，保持100 s~150 s，然后再将电流缓慢调节至0A，电流下降至0 A 的时间为40~60s，如此反复熔炼5遍以上，得到粗合金铸锭；（4）粗合金铸锭的冷却，在惰性气体保护下，对坩埚底部通水，利用流动的水对粗合金铸锭进行快速冷却，粗合金由液态到固态的冷却时间为10~30秒，然后继续保持对坩埚底部通水，将合金铸锭继续停放在炉内冷却，冷却至室温后取出，整个冷却时间400~600秒，得到硬组织生物医用原位自生锆基复合材料。