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电泳共沉积——烧结法制备钛合金表面生物活性梯度陶瓷涂层的研究

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目录

文摘

英文文摘

第一章前 言

§1.1钛合金表面钙磷生物活性涂层的研究现状

§1.2生物活性涂层失效的主要原因

§1.3目前钙磷生物活性涂层的主要方法及分析

§1.3.1化学沉积法

§1.3.2物理气相沉积法(PVD)

§1.3.3热喷涂法

§1.3.4涂覆-烧结法

§1.4生物活性涂层的发展方向

§1.4.1重视涂层的稳定性问题

§1.4.2重视梯度涂层设计和中间层

§1.4.3适当的涂层厚度和高结晶化

§1.4.4重视多种涂层及后处理技术的复合

§1.5本章小结

§1.6论文选题的目的及其主要研究内容

§1.6.1论文选题的来源

§1.6.2本论文的主要研究目标及内容

第二章钛合金(Ti6A14V)表面的化学和物理处理

§2.1研究目的

§2.2钛合金表面的化学处理

§2.2.1钛合金表面的酸化学处理

§2.2.2钛合金表面的碱化学处理

§2.3钛合金表面高温渗镀纯钛

§2.3.1材料与方法

§2.3.2结果与讨论

§2.4本章小结

第三章生物活性梯度涂层的设计及工艺选择

§3.1梯度涂层的设计

§3.2梯度涂层的热应力分析和计算

§3.3梯度涂层的工艺选择

§3.4本章小结

第四章生物玻璃和HA的研制及其带电特性研究

§4.1生物玻璃BC的设计和制备

§4.2HA的制备

§4.3HA和BG溶胶体系的初步电沉积试验

§4.3.1BG溶胶体系的初步电沉积试验及分析

§4.3.2HA溶胶体系的初步电沉积试验及分析

§4.4HA对BG颗粒的包覆

§4.5合成HA和HA“包覆”BG粉体的表征

§4.5.1物相分析

§4.5.2HA“包覆”BG颗粒的表面分析

§4.6带电特性及粒度分析

§4.6本章小结

第五章生物玻璃的结构及生物和化学特性

§5.1生物玻璃BG的结构分析

§5.2生物玻璃BG的化学稳定性试验

§5.3生物玻璃的生物相容性

§5.3.1遗传毒性试验

§5.3.2体外细胞毒性试验

§5.3.3过敏试验

§5.3.4溶血试验

§5.4本章小结

第六章钛合金/BG/HA生物活性梯度涂层的研究

§6.1电泳沉积的装置及基体的预处理

§6.1.1电泳沉积装置

§6.1.2钛合金基体表面的预处理

§6.2初步的电泳沉积实验

§6.3电泳沉积工艺及其影响因素

§6.3.1粉浆性能

§6.3.2电极间距

§6.3.3沉积电压

§6.3.4沉积时间

§6.4烧结处理

§6.4.1烧结温度的初步确定

§6.4.2烧结气氛的确定

§6.5基体的表面粗糙度与涂层结合强度

§6.6涂层制备工艺参数的确定

§6.7本章小结

第七章分析与讨论

§7.1涂层的厚度与沉积时间的关系

§7.2涂层的组成与结构分析

§7.2.1烧结前后涂层的表面形貌

§7.2.2涂层的断面分析

§7.2.3涂层的物相和界面分析

§7.3影响涂层烧结及结合强度的因素

§7.3.1基体的前处理工艺与烧结的关系

§7.3.2涂层制备工艺与烧结的关系

§7.3.3涂层与基体的界面结合

§7.4电泳沉积机理探讨

§7.4.1电泳沉积的基本原理

§7.4.2非水溶液体系中的电泳沉积

§7.5本章小结

第八章主要结论

参考文献

致谢

作者在攻读博士学位期间已发表和待发表的论文及专利等

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摘要

该文从改善钛合金表面钙磷生物涂层的稳定性入手,采用化学处理、高温真空镀钛和电泳共沉积(EPCD)——烧结等技术对钛合金的表面进行了改性的研究,通过对涂层的结构和组成的梯度设计和EPCD——烧结技术的研究,获得了较系统的能在复杂形状的制品表面涂覆钙磷梯度涂层及其低温快速烧结技术,并研制出了高性能的钛合金/生物玻璃(BG)/羟基磷灰石(HA)梯度涂层.分别用酸和碱(硝酸和氢氧化钠)对钛合金表面进行处理,用等离子发射光谱测定腐蚀产物的成分,用SEM观察钛合金表面形貌,结果发现硝酸使钛合金表面发生均匀性腐蚀,因此不能选择性的溶出钛合金表面的V和Al元素;氢氧化钠能选择性溶出钛合金表面的V和Al元素,而让Ti元素以凝胶态的TiO<,2>形式留在钛合金表面,该凝胶态的TiO<,2>不仅有良好的生物相容性,可诱导钙磷矿物沉积,而且还有利于与生物玻璃的烧结结合.为了探讨在钛合金表面镀一层纯钛以改善钛合金表面的生物相容性的可能性,开展了钛合金表面高温真空镀钛的研究,用扫描电子显微镜(SEM)和电子探针X-射线荧光微区分析(EPMA)研究钛合金表面和断面元素含量的分布及变化,结果发现,Ti6Al4V合金在1000℃下过饱和Ti蒸气环境中进行2~4小时的蒸镀,表面会形成厚度约20μm且富含V元素的金属Ti镀层.通过对生物活性梯度涂层的组成和结构的设计,分析和计算了梯度涂层内的应力大小和分布.通过对BG和HA颗粒在乙醇溶液中的EPCD及其烧结工艺的研究.通过对EPCD后的烧结涂层的组成及界面和断面进行SEM观察、X-射线衍射分析(XRD)红外光谱分析(IR)、EPMA、能量色散X-射线荧光分析(EDXA)、X-射线光电子能谱(XPS)分析.

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