具有中空结构的泡沫生物钛合金人造骨骼制造方法

摘要

一种具有中空结构的泡沫生物钛合金人造骨骼一次成型制造方法，属于生物工程技术领域。本发明通过在钛合金中添加Nb，Ta，Mo，W，Zr，Hf，Y，La，Tc，Ru，Rh，Re，Os，Ir其中之一或其中两个组合；通过添加低熔点的金属或非金属组合，然后制备骨状空腔的铸模，在真空中熔化合金，然后浇铸到具有骨状空腔的铸模中。本发明制造出具有中空结构的泡沫钛合金人造骨骼，比目前大多数泡沫生物钛材料都具有更高的力学性能，很好地模拟了自然骨骼的结构，它可提供骨髓或体液存在、流动的空间，使得骨髓骨液能够在人造骨骼中渗透和流动，有利于骨骼的愈合与组织再造，进一步改善植入后患病器官或肢体功能的恢复。

主权项

1、一种具有中空结构的泡沫生物钛合金人造骨骼制造方法，其特征在于，包括以下三个步骤：①形成中空的泡沫钛合金的成分设计：构造合金的两阶段顺序凝固，设计的合金两阶段凝固之间的温度差在500至2500℃，利用初始凝固和共晶凝固两个阶段之间合金液相的冷却收缩，形成骨状铸件的泡沫组织和中空结构，具体的方法是：通过在钛合金中添加Nb，Ta，Mo，W，Zr，Hf，Y，La，Tc，Ru，Rh，Re，Os，Ir其中之一或其中两个组合，使得合金在液相冷却过程中首先凝固析出高熔点的beta-Ti固溶体，并形成三维网状树枝结构；通过添加低熔点的金属或非金属组合，使得合金发生初始凝固后的剩余液相成分具有低熔点，分布在三维网状树枝结构中的剩余液相在发生共晶凝固之前，经历大的降温，从而产生大的冷却收缩，形成空洞，分散在三维网状树枝结构中的空洞构成泡沫钛合金的空隙率，同时由于骨状铸模空腔形成的径向温度梯度，导致从外向内的顺序凝固，最终在骨状铸件中心形成空洞；②使用真空金属模铸造或者真空精密铸造方法，制备骨状空腔的铸模；③将以上设计的泡沫钛合金按成分配制，在真空中熔化，然后浇铸到具有骨状空腔的铸模中；所述的中空的泡沫钛合金成分用以下形式表达：(TiaMb)x(TicE1dE2eE3f)1-x其中(TiaMb)表示形成高熔点beta-Ti固溶体的成分单元，M表示难熔金属或稳定beta相的金属：M是Nb，Ta，Mo，W，Zr，Hf，Y，La，Tc，Ru，Rh，Re，Os，Ir其中之一或其中两者组合，(TicE1dE2eE3f)表示形成低熔点共晶成分的金属或非金属组合单元，其中：E1是V，Cr，Mn，Fe，Co，Ni，Cu，Pd，Ag，Pt，Au其中之一；E2是Al，Zn，Ga，Cd，In，Sn，Sb，Hg，Tl，Pb，Bi，Po其中之一；E3是Si，B，C，Be，Li，Sc，Mg其中之一，上式中的参数范围，即原子百分数如下：a＝100-b，b＝5-50；c＝100-(d+e+f)，d＝0-20，e＝0-20，f＝0-10；x＝0.4-0.9，通过改变x以调节泡沫钛合金的空隙率。