本發(fā)明屬于生物材料技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種制備永久性醫(yī)用多孔金屬植入物的方法和產(chǎn)品，具體涉及一種制備適用于替代人體骨、人體關(guān)節(jié)的醫(yī)用植入物多孔鈦鉭人工骨、人工關(guān)節(jié)的方法和產(chǎn)品。

背景技術(shù)：

目前，多孔醫(yī)用金屬植入材料在治療骨組織創(chuàng)傷、股骨組織壞死、脊柱外科和種植牙等領(lǐng)域具有重要而特殊的用途。多孔的結(jié)構(gòu)有利于周圍生物組織的長入，使植入材料與周圍骨組織形成牢固的機(jī)械鎖合，有利于植入材料在人體內(nèi)的穩(wěn)定性。在保證植入材料力學(xué)性能的前提下，應(yīng)盡可能提高植入材料的孔隙率，而且孔隙最好連通均勻分布。

金屬鉭在20世紀(jì)中葉開始應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，1997年多孔鉭材料在關(guān)節(jié)置換、股骨頭缺血性壞死的治療和椎體融合等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，它具有很好的生物相容性，對(duì)人體組織沒有毒副作用，同時(shí)具有很高的耐蝕性和化學(xué)穩(wěn)定性，在人體內(nèi)可長期穩(wěn)定存在。

目前，美國Zimmer公司利用化學(xué)氣相沉積生產(chǎn)的多孔鉭金屬，構(gòu)型為十二面體多重排列，形成相互連通、交錯(cuò)的微孔結(jié)構(gòu)，具有高孔徑、高孔隙率、高摩擦系數(shù)、組織相容性好等許多優(yōu)點(diǎn)，在國外已得到廣泛應(yīng)用。我國于2008年已將多孔鉭引入了國內(nèi)市場(chǎng)，但是，由于專利保護(hù)等多種原因，導(dǎo)致這種產(chǎn)品在國內(nèi)價(jià)格過高，給患者帶來較高經(jīng)濟(jì)壓力，影響其使用和推廣。

公開號(hào)為CN 103691003 A的中國專利公布了一種通過浸漬、脫脂、燒結(jié)的方法制備多孔鉭的技術(shù)，但制備過程較為復(fù)雜，工藝繁瑣，耗時(shí)長。公開號(hào)為CN 102796909 A的中國專利提出了一種采用三維打印成型制備多孔鉭醫(yī)用植入材料的方法，該方法首先將純鉭粉與成型劑混合，送入三維打印機(jī)打印成型，然后再通過脫脂、真空燒結(jié)、冷卻和熱處理得到多孔鉭。這種制備技術(shù)工藝也相對(duì)復(fù)雜，而且三維打印成型技術(shù)效率較低，再加上后期的一系列處理，生產(chǎn)效率很低，不利于產(chǎn)品成本的控制。

目前，廣泛應(yīng)用的金屬植入材料為鈦及其合金，但其耐蝕性和生物相容性與鉭存在一定差距，植入人體后使患者具有二次手術(shù)的風(fēng)險(xiǎn)。如果能以鈦合金為基體，在其表面復(fù)合一層很薄的鉭片，既能利用鉭的高耐蝕性和生物相容性，又減少了鉭的用量，克服了鉭價(jià)格昂貴的限制因素。

鈦和鉭的復(fù)合技術(shù)，國內(nèi)外文獻(xiàn)報(bào)道很少。公開號(hào)為CN 101862231 A的中國專利申請(qǐng)報(bào)道了一種利用等離子噴涂技術(shù)在人工假體表面制備高孔隙率鉭涂層的方法。由于噴涂的特點(diǎn)，兩種材料的結(jié)合力較差，容易產(chǎn)生剝落，而且結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的假體很難通過噴涂得到均勻的鉭涂層。公開號(hào)為CN 102409195 A的中國專利中提出了一種利用激光熔覆制備多孔鉭的方法，該專利中首先在基體表面預(yù)先鋪一層高純鉭粉，再通過激光熔覆的方式制備金屬鉭涂層，這種方式制備的鉭涂層與基體可以形成冶金結(jié)合，但是涂層表面形貌、孔徑大小難以控制，而且由于激光處理的快速加熱和快速冷卻，導(dǎo)致Ta-Ti合金化層很容易產(chǎn)生微裂紋，并且激光設(shè)備投入成本過高，涂層制備過程工藝復(fù)合、耗時(shí)長。公開號(hào)為CN 103586641 A中國專利中提出了一種利用爆炸焊接制備鈦鉭鉑復(fù)合板的方法，該方法雖然能使鈦和鉭之間形成固相結(jié)合，但是，爆炸焊接要求板材較厚，很難生產(chǎn)出薄復(fù)合板，不利于減少鉭的用量，從而控制成本；同時(shí)，爆炸焊接的復(fù)合板質(zhì)量不穩(wěn)定，還存在噪音污染和沖擊波污染，不利于環(huán)保。

此外，金屬鈦和金屬鉭均屬于生物惰性材料，植入人體后無法與周圍骨組織形成化學(xué)結(jié)合，所以在植入早期容易產(chǎn)生無菌性松動(dòng)。中科院上海硅酸鹽研究所的黃利平等人(黃利平,謝有桃,季珩,等.真空等離子噴涂HA/Ta復(fù)合涂層[J].熱噴涂技術(shù),2013,5(2):10-15.)利用等離子噴涂的方式在金屬鈦表面制備了一層鉭/羥基磷灰石復(fù)合涂層，希望通過羥基磷灰石與骨組織的化學(xué)結(jié)合提高植入物穩(wěn)定性，但是復(fù)合涂層與基體之間結(jié)合力只有37MPa，涂層在人體內(nèi)容易發(fā)生脫落。所以，如何提高植入材料與骨組織的化學(xué)結(jié)合力，也一直是科學(xué)家們研究的熱點(diǎn)領(lǐng)域。

因此，需要開發(fā)一種新型的人工骨、人工關(guān)節(jié)材料及其制備方法，要求其具有良好的生物相容性，并且自身結(jié)構(gòu)牢固，抗腐蝕能力強(qiáng)，不會(huì)造成二次手術(shù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種醫(yī)用多孔鈦鉭人工骨、人工關(guān)節(jié)的制備方法及其產(chǎn)品，其目的在于，采用熱軋工藝將鉭和鈦冶金結(jié)合形成復(fù)合材料，再制備成人工骨或者人工關(guān)節(jié)，接著還進(jìn)行堿處理和預(yù)鈣化處理，以提高生物相容性，本發(fā)明的制備方法能提供一種具有實(shí)際應(yīng)用前景的人工骨、人工關(guān)節(jié)，其生物相容性好、抗腐蝕能力強(qiáng)、自身材料性能和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種多孔鈦鉭人工骨、人工關(guān)節(jié)的制備方法，其包括如下步驟：

S1：將鈦合金片和純鉭片打磨，去除表面氧化層和油污，然后依次在丙酮、酒精、去離子水中進(jìn)行超聲清洗；

S2：將上述步驟S1處理后的鈦合金片和純鉭片組裝成軋坯，其組裝方式為：將鈦合金片和純鉭片進(jìn)行貼合，然后利用TIG(鎢極氬弧焊)精密焊補(bǔ)機(jī)在側(cè)面貼合處進(jìn)行點(diǎn)焊；

S3：將步驟S2組裝的軋坯加熱至850℃～1050℃，保溫20min～40min，加熱和保溫過程中都具有惰性氣氛保護(hù)；

S4：將步驟S3保溫結(jié)束后的軋坯進(jìn)行單道次或多道次軋制，空冷后得到復(fù)合材料，多道次軋制總變形率為40％～80％，第一道次變形率不低于30％，軋制過程中，鈦合金片與軋制壓頭之間、純鉭片與軋制壓頭之間均具有一層石墨片作為潤滑層；

S5：將步驟S4所述復(fù)合材料在溫度700℃～800℃的條件下進(jìn)行熱處理30min～60min，然后空冷至室溫，以使鈦和鉭界面處形成均勻冶金結(jié)合過渡層；

S6：將熱處理后的復(fù)合材料進(jìn)行激光鉆孔以獲得穿孔，孔徑大小在300μm～600μm；

S7：將鉆孔后的復(fù)合材料加熱到300℃～500℃，保溫10min～20min，利用熱成型技術(shù)制備成設(shè)定形狀的人工骨或人工關(guān)節(jié)；

S8：將步驟S7獲得的人工骨或人工關(guān)節(jié)依次進(jìn)行堿處理和預(yù)鈣化處理，使材料表面形成一層生物活性層，以提高生物相容性。

以上發(fā)明構(gòu)思中，步驟S2至S5中，鈦合金片和鉭合金片的復(fù)合制備技術(shù)為熱軋復(fù)合。上述步驟S6中，鉆孔方式為激光鉆孔，孔的結(jié)構(gòu)為穿孔，孔徑大小300～600μm，孔徑精密可控。本發(fā)明所述的制孔技術(shù)為激光鉆孔，該技術(shù)不僅可用于本發(fā)明的鈦鉭復(fù)合板，還可應(yīng)用于多種醫(yī)用金屬植入材料，例如不銹鋼、鈷鉬合金、鈦合金和純鉭。堿加預(yù)鈣化活化處理后，材料表面會(huì)生成一層生物活性層，植入人體后會(huì)短時(shí)間內(nèi)在人體組織液中自發(fā)形成一層納米結(jié)構(gòu)羥基磷灰石，從而使植入物與周圍骨組織形成化學(xué)結(jié)合，并且羥基磷灰石的納米結(jié)構(gòu)能促進(jìn)細(xì)胞的增殖、分化。

進(jìn)一步的，上述步驟S8中，所述堿處理和預(yù)鈣化處理具體包括如下子步驟：

S81：將復(fù)合材料在濃度為0.3mol/L～0.7mol/L，溫度為50℃～70℃的NaOH溶液中浸泡20h～30h；

S82：將堿處理后的復(fù)合材料浸入溫度為30℃～50℃的飽和K₂HPO₄溶液中10h～14h；

S83：在0.8mol/L～1.2mol/L的CaCl₂溶液中鈣化處理3h～5h。

進(jìn)一步的，上述步驟S8中，所述堿處理和預(yù)鈣化處理具體包括如下子步驟：

S81：將復(fù)合材料在濃度為0.3mol/L～0.7mol/L，溫度為60℃的NaOH溶液中浸泡24h；

S82：將堿處理后的材料浸入溫度為40℃的飽和K₂HPO₄溶液中12h，

S83：然后再在1mol/L的CaCl₂溶液中鈣化處理4h。

進(jìn)一步的，上述步驟S3中，升溫速率為100℃/min～140℃/min，優(yōu)選為120℃/min。

進(jìn)一步的，步驟S1中，將鈦合金片和純鉭片依次采用400目、800目、1200目砂紙進(jìn)行逐級(jí)打磨，以去除表面氧化層和油污。

進(jìn)一步的，步驟S1中，鈦合金片為TC4鈦合金片。

進(jìn)一步的，步驟S6中，激光鉆孔所用的鉆孔設(shè)備為YAG固體激光器。

按照本發(fā)明的另一方面，還提供了一種如上所述方法制備獲得的多孔鈦鉭人工骨、人工關(guān)節(jié)。

總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠取得下列有益效果：

本發(fā)明制備方法中，采用熱軋復(fù)合方法將鈦合金片和鉭合金片冶金結(jié)合在一起，該方法適合工業(yè)化生產(chǎn)，工藝穩(wěn)定可靠，能保證復(fù)合材料的結(jié)合質(zhì)量，激光鉆孔相較于脫脂、燒結(jié)和3D打印制孔技術(shù)明顯提高了制孔效率，且孔結(jié)構(gòu)為穿孔，孔徑精確可控，多孔結(jié)構(gòu)具有骨誘導(dǎo)效應(yīng)，使植入物與周圍組織形成穩(wěn)固的機(jī)械鎖合。利用熱成型技術(shù)，將復(fù)合板直接彎折成所需的各種人工骨、關(guān)節(jié)形狀，簡(jiǎn)化了生產(chǎn)工藝。利用堿加預(yù)鈣化處理，使復(fù)合材料表面形成一層生物活性層，可與骨組織形成化學(xué)結(jié)合，提高植入材料在人體內(nèi)的穩(wěn)定性。

本發(fā)明方法制得的多孔鈦鉭人工骨、人工關(guān)節(jié)工藝簡(jiǎn)單、成本相對(duì)較低、生物相容性好、孔徑大小可精確控制在300～600μm，成型方式簡(jiǎn)便，同時(shí)可以與周圍骨組織形成機(jī)械鎖合和化學(xué)結(jié)合，植入物穩(wěn)定可靠。在醫(yī)用領(lǐng)域，適合替代鈦合金作為人體金屬植入材料，同時(shí)相較于醫(yī)用純鉭，具有成本價(jià)格低的優(yōu)勢(shì)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明制備方法的流程圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例的多孔鈦鉭復(fù)合板結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明實(shí)施例的多孔鈦鉭人工椎體結(jié)構(gòu)示意圖，圖中斜線區(qū)為鈦合金層，外層是薄鉭層，人工椎體為多孔結(jié)構(gòu)；

圖4是本發(fā)明實(shí)施例的多孔鈦鉭經(jīng)過堿加預(yù)鈣化活化處理后的截面示意圖，圖中數(shù)字1為表面活性層，圖中數(shù)字2為薄鉭層，圖中數(shù)字3為鈦合金層；

圖5是本發(fā)明實(shí)施例的多孔鈦鉭復(fù)合材料的界面結(jié)合SEM圖像，兩種材料結(jié)合方式為冶金結(jié)合；

圖6是本發(fā)明制備方法制備的多孔鈦鉭復(fù)合材料在模擬體液中浸泡14天后的表面形貌，復(fù)合材料表面生成一層納米結(jié)構(gòu)的羥基磷灰石。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。

本發(fā)明的制備方法用于制備出一種高生物相容性醫(yī)用金屬植入物多孔鈦鉭人工骨、人工關(guān)節(jié)。圖1是本發(fā)明制備方法的流程圖，由圖可知，本發(fā)明方法包括如下步驟：

S1：將TC4鈦合金片和純鉭片用400目到1200目砂紙進(jìn)行逐級(jí)打磨，去除表面氧化層和油污，然后依次在丙酮、酒精、去離子水中進(jìn)行超聲清洗；

S2：將上述步驟S1處理后的鈦合金片和純鉭片組裝成軋坯；組裝方式為：將鈦合金片和純鉭片進(jìn)行貼合，然后利用精密焊補(bǔ)機(jī)在側(cè)面貼合處進(jìn)行點(diǎn)焊固定；

S3：將步驟S2組裝好的軋坯升溫至850℃～1050℃，保溫20～40min，加熱和保溫過程中都需要惰性氣氛保護(hù)；

S4：將步驟S3保溫結(jié)束后的軋坯進(jìn)行單道次或多道次軋制，空冷至室溫后得到復(fù)合材料；多道次軋制總變形率為40％～80％，第一道次變形率不低于30％；軋制過程中，鈦合金片與軋制壓頭之間、純鉭片與軋制壓頭之間均添加一層石墨片作為潤滑層；

S5：將步驟S4所述復(fù)合板在溫度500℃～800℃的條件下進(jìn)行熱處理30min～60min，空冷至室溫；

S6：將步驟S5熱處理后的復(fù)合材料進(jìn)行裁切，去除邊緣外溢鈦合金，將切割處理后的復(fù)合材料采用激光鉆孔的方式制備孔徑大小在300～600μm的穿孔；所用鉆孔設(shè)備為YAG固體激光器；

S7：將上述鉆孔后的復(fù)合板加熱到300℃～500℃，保溫15min，然后彎折成型成所需的各種形狀的人工骨、人工關(guān)節(jié)形狀；

S8：將成型后的人工骨、人工關(guān)節(jié)在濃度為0.3mol/L～0.7mol/L，溫度為50℃～70℃的NaOH溶液中浸泡20h～30h；然后，將堿處理后的材料浸入溫度為30℃～50℃的飽和K₂HPO₄溶液中10h～14h，再在0.8mol/L～1.2mol/L的CaCl₂溶液中鈣化處理3h～5h。

經(jīng)過堿加預(yù)鈣化處理后的人工關(guān)節(jié)表面會(huì)形成一層生物活性層，該生物活性層在人體體液中可自發(fā)形成一層羥基磷灰石層，羥基磷灰石可與骨組織形成穩(wěn)定的化學(xué)結(jié)合，同時(shí)其特殊的納米結(jié)構(gòu)還能促進(jìn)骨細(xì)胞增殖、分化，從而改善植入材料的穩(wěn)定性。

為了進(jìn)一步闡明本發(fā)明方法，下面結(jié)合具體實(shí)施例進(jìn)一步說明。

實(shí)施例1

本實(shí)施例包括如下步驟：

S1：將鈦合金片和純鉭片依次采用400目、800目、1200目砂紙進(jìn)行逐級(jí)打磨，以去除表面氧化層和油污，然后依次在丙酮、酒精、去離子水中進(jìn)行超聲清洗，其中的鈦合金片為TC4鈦合金片，TC4為鈦合金的牌號(hào)，其具體成分為：鐵(Fe)≤0.30，碳(C)≤0.10，氮(N)≤0.05，氫(H)≤0.015，氧(O)≤0.20，鋁(Al)5.5～6.8，釩(V)3.5～4.5，余量為鈦(Ti)；

S2：將上述步驟S1處理后的鈦合金片和純鉭片組裝成軋坯，其組裝方式為：將鈦合金片和純鉭片進(jìn)行貼合，然后利用鎢極氬弧焊精密焊補(bǔ)機(jī)在側(cè)面貼合處進(jìn)行點(diǎn)焊；

S3：將步驟S2組裝的軋坯加熱至850℃，保溫40min，加熱和保溫過程中都具有惰性氣氛保護(hù)，升溫速率為100℃/min；

S4：將步驟S3保溫結(jié)束后的軋坯進(jìn)行單道次或多道次軋制，空冷后得到復(fù)合材料，多道次軋制總變形率為40％，第一道次變形率為30％，軋制過程中，鈦合金片與軋制壓頭之間、純鉭片與軋制壓頭之間均具有一層石墨片以起到潤滑作用；

S5：將步驟S4所述復(fù)合材料在溫度700℃的條件下進(jìn)行熱處理60min，然后空冷至室溫，以使鈦和鉭界面處形成均勻冶金結(jié)合過渡層；

S6：將熱處理后的復(fù)合材料進(jìn)行激光鉆孔以獲得穿孔，孔徑大小在600μm，激光鉆孔所用的鉆孔設(shè)備為YAG固體激光器；

S7：將鉆孔后的復(fù)合材料加熱到400℃，保溫10min，利用熱成型技術(shù)制備成設(shè)定形狀的人工骨或人工關(guān)節(jié)；

S8：將步驟S7獲得的人工骨或人工關(guān)節(jié)依次進(jìn)行堿處理和預(yù)鈣化處理，使材料表面形成一層生物活性層，以提高生物相容性。所述堿處理和預(yù)鈣化處理具體包括如下子步驟：

S81：將復(fù)合材料在濃度為0.3mol/L，溫度為50℃的NaOH溶液中浸泡30h；

S82：將堿處理后的復(fù)合材料浸入溫度為50℃的飽和K₂HPO₄溶液中10h；

S83：在1.2mol/L的CaCl₂溶液中鈣化處理5h。

實(shí)施例2

本實(shí)施例包括如下步驟：

S1：將鈦合金片和純鉭片依次采用400目、800目、1200目砂紙進(jìn)行逐級(jí)打磨，以去除表面氧化層和油污，然后依次在丙酮、酒精、去離子水中進(jìn)行超聲清洗，其中的鈦合金片為TC4鈦合金片；

S2：將上述步驟S1處理后的鈦合金片和純鉭片組裝成軋坯，其組裝方式為：將鈦合金片和純鉭片進(jìn)行貼合，然后利用鎢極氬弧焊精密焊補(bǔ)機(jī)在側(cè)面貼合處進(jìn)行點(diǎn)焊；

S3：將步驟S2組裝的軋坯加熱至1050℃，保溫20min，加熱和保溫過程中都具有惰性氣氛保護(hù)，升溫速率為為120℃/min；

S4：將步驟S3保溫結(jié)束后的軋坯進(jìn)行單道次或多道次軋制，空冷后得到復(fù)合材料，多道次軋制總變形率為80％，第一道次變形率為30％，軋制過程中，鈦合金片與軋制壓頭之間、純鉭片與軋制壓頭之間均具有一層石墨片以起到潤滑作用；

S5：將步驟S4所述復(fù)合材料在溫度800℃的條件下進(jìn)行熱處理30min，然后空冷至室溫，以使鈦和鉭界面處形成均勻冶金結(jié)合過渡層；

S6：將熱處理后的復(fù)合材料進(jìn)行激光鉆孔以獲得穿孔，孔徑大小在300μm，激光鉆孔所用的鉆孔設(shè)備為YAG固體激光器；

S7：將鉆孔后的復(fù)合材料加熱到300℃，保溫20min，利用熱成型技術(shù)制備成設(shè)定形狀的人工骨或人工關(guān)節(jié)；

S8：將步驟S7獲得的人工骨或人工關(guān)節(jié)依次進(jìn)行堿處理和預(yù)鈣化處理，使材料表面形成一層生物活性層，以提高生物相容性。所述堿處理和預(yù)鈣化處理具體包括如下子步驟：

S81：將復(fù)合材料在濃度為0.7mol/L，溫度為70℃的NaOH溶液中浸泡20h；

S82：將堿處理后的復(fù)合材料浸入溫度為30℃的飽和K₂HPO₄溶液中14h；

S83：在0.8mol/L的CaCl₂溶液中鈣化處理3h。

實(shí)施例3

本實(shí)施例包括如下步驟：

S1：將鈦合金片和純鉭片依次采用400目、800目、1200目砂紙進(jìn)行逐級(jí)打磨，以去除表面氧化層和油污，然后依次在丙酮、酒精、去離子水中進(jìn)行超聲清洗，其中的鈦合金片為TC4鈦合金片，TC4為鈦合金的牌號(hào)，其具體成分為余量為鈦(Ti)，鐵(Fe)≤0.30，碳(C)≤0.10，氮(N)≤0.05，氫(H)≤0.015，氧(O)≤0.20，鋁(Al)5.5～6.8，釩(V)3.5～4.5；

S2：將上述步驟S1處理后的鈦合金片和純鉭片組裝成軋坯，其組裝方式為：將鈦合金片和純鉭片進(jìn)行貼合，然后利用鎢極氬弧焊精密焊補(bǔ)機(jī)在側(cè)面貼合處進(jìn)行點(diǎn)焊；

S3：將步驟S2組裝的軋坯加熱至1000℃，保溫30min，加熱和保溫過程中都具有惰性氣氛保護(hù)，升溫速率為140℃/min；

S4：將步驟S3保溫結(jié)束后的軋坯進(jìn)行單道次軋制過程中，鈦合金片與軋制壓頭之間、純鉭片與軋制壓頭之間均具有一層石墨片以起到潤滑作用；

S5：將步驟S4所述復(fù)合材料在溫度750℃的條件下進(jìn)行熱處理40min，然后空冷至室溫，以使鈦和鉭界面處形成均勻冶金結(jié)合過渡層；

S6：將熱處理后的復(fù)合材料進(jìn)行激光鉆孔以獲得穿孔，孔徑大小在400μm，激光鉆孔所用的鉆孔設(shè)備為YAG固體激光器；

S7：將鉆孔后的復(fù)合材料加熱到500℃，保溫15min，利用熱成型技術(shù)制備成設(shè)定形狀的人工骨或人工關(guān)節(jié)；

S8：將步驟S7獲得的人工骨或人工關(guān)節(jié)依次進(jìn)行堿處理和預(yù)鈣化處理，使材料表面形成一層生物活性層，以提高生物相容性。所述堿處理和預(yù)鈣化處理具體包括如下子步驟：

S81：將復(fù)合材料在濃度為0.5mol/L，溫度為60℃的NaOH溶液中浸泡25h；

S82：將堿處理后的復(fù)合材料浸入溫度為40℃的飽和K₂HPO₄溶液中12h；

S83：在1.0mol/L的CaCl₂溶液中鈣化處理4h。

實(shí)施例4

本實(shí)施例的步驟與實(shí)施例3唯一不同的是，步驟S4中，

S4：將步驟S3保溫結(jié)束后的軋坯進(jìn)行單道次或多道次軋制，空冷后得到復(fù)合材料，多道次軋制總變形率為60％，第一道次變形率為30％，軋制過程中，鈦合金片與軋制壓頭之間、純鉭片與軋制壓頭之間均具有一層石墨片以起到潤滑作用。

本發(fā)明的較佳實(shí)施例

醫(yī)用多孔鈦鉭復(fù)合材料的制備方法，包括如下步驟：

1)將20mmⅹ20mmⅹ4mm的TC4鈦合金片和20mmⅹ20mmⅹ2mm純鉭片分別用400目、800目、1200目砂紙進(jìn)行打磨，然后依次在丙酮、酒精、去離子水中進(jìn)行超聲清洗；

2)將鈦合金片和純鉭片進(jìn)行貼合，利用精密焊補(bǔ)機(jī)在側(cè)面貼合處進(jìn)行點(diǎn)焊固定；

3)將組裝好的軋坯在惰性氣氛保護(hù)下以120℃/min的升溫速率加熱至950℃，保溫30min；

4)將保溫結(jié)束后的軋坯進(jìn)行壓縮率為30％的單道次軋制，空冷至室溫；軋制過程中，鈦合金片與軋制壓頭之間、純鉭片與軋制壓頭之間均添加一層石墨片作為潤滑層；

5)將復(fù)合材料進(jìn)行裁切，去除邊緣外溢鈦合金；

6)將裁切后的復(fù)合材料采用YAG固體激光器鉆孔，孔徑大小控制在300um，孔結(jié)構(gòu)為穿孔；

7)將上述鉆孔后的復(fù)合板加熱到300℃，保溫15min，然后彎折成特定形狀的人工骨、人工關(guān)節(jié)；

8)將成型后的人工骨、人工關(guān)節(jié)在濃度為0.3mol/L～0.7mol/L，溫度為60℃的NaOH溶液中浸泡24h；

9)將堿處理后的材料輕輕潤洗，浸入溫度為40℃的飽和K₂HPO₄溶液中12h，再在1mol/L的CaCl₂溶液中鈣化處理4h。

圖2是本發(fā)明實(shí)施例的多孔鈦鉭復(fù)合板結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明實(shí)施例的多孔鈦鉭人工椎體結(jié)構(gòu)示意圖；由圖可知，其鉭層厚度相對(duì)鈦層較為輕薄，可以節(jié)省鉭的用量，從而降低成本。

圖4是本發(fā)明實(shí)施例的多孔鈦鉭經(jīng)過堿加預(yù)鈣化活化處理后的截面示意圖，由圖可知，在鉭層的表面和穿孔的孔壁上均勻的附著有生物活性層。

圖5是本發(fā)明實(shí)施例的多孔鈦鉭復(fù)合材料的界面結(jié)合SEM圖像，由圖可知，兩種材料(即為鉭層和鈦合金層)結(jié)合方式為冶金結(jié)合。

圖6是本發(fā)明制備方法制備的多孔鈦鉭復(fù)合材料在模擬體液中浸泡14天后的表面形貌，由圖可知，復(fù)合材料表面生成一層納米結(jié)構(gòu)的羥基磷灰石。

總的來說，采用上述方法制備的醫(yī)用金屬植入物多孔鈦鉭人工骨、人工關(guān)節(jié)，鈦和鉭之間形成冶金結(jié)合過渡層，孔徑大小為300μm，具有骨誘導(dǎo)效應(yīng)，適合周圍組織長入，以形成機(jī)械鎖合。堿加預(yù)鈣化處理后的復(fù)合材料表面，在人體內(nèi)會(huì)自發(fā)形成羥基磷灰石層，使植入物與骨組織形成化學(xué)結(jié)合，結(jié)合更牢固，羥基磷灰石的納米結(jié)構(gòu)能促進(jìn)骨細(xì)胞增殖、分化，加速愈合。同時(shí)，采用熱軋復(fù)合和熱成型相結(jié)合制備技術(shù)，工藝簡(jiǎn)單，可大規(guī)模生產(chǎn)，減少了昂貴的金屬鉭的用量，有利于降低產(chǎn)品的成本。

本發(fā)明中，變形率是指軋制時(shí)壓下量占板材原始厚度的比例。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。