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Ti基大块金属玻璃表面制备生物活性涂层的研究

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摘要

第一章 文献综述

1.1 引言

1.2 生物材料及其生物相容性

1.2.1 生物材料分类及性能要求

1.2.2 金属基生物材料性能及生物相容性

1.2.3 常用金属基生物材料

1.3 金属玻璃及Ti基大块金属玻璃

1.3.1 大块金属玻璃研究进展

1.3.2 Ti合金及Ti基非晶合金

1.3.3 Ti40Zr10Cu36Pd14金属玻璃基本性能

1.3.4 Ti40Zr10Cu36Pd14金属玻璃生物性能

1.4 金属生物材料表面改性

1.4.1 常用表面改性

1.4.2 二氧化钛(TiO2)涂层

1.4.3 羟基磷灰石(HA)涂层

1.5 金属基体上羟基磷灰石涂层的制备

1.5.1 常见制备HA涂层技术

1.5.2 化学法制备HA涂层的发展

1.5.3 复合涂层的制备

1.6 课题背景及论文主要内容

第二章 Ti40Zr10Cu36Pd14金属玻璃表面化学改性的研究

2.1 引言

2.2 实验材料和方法

2.3 酸处理对试样表面的影响

2.3.1 化学腐蚀法

2.3.2 电化学法

2.4 碱处理对试样表面的影响

2.4.1 碱液浓度的影响

2.4.2 碱处理温度的影响

2.5 本章小节

第三章 化学法在Ti40Zr10Cu36Pd14金属玻璃表面沉积羟基磷灰石涂层的研究

3.1 引言

3.2 实验材料和方法

3.2.1 实验材料及设备

3.2.2 实验流程与工艺

3.2.3 实验测试方法

3.3 实验结果与分析

3.3.1 Ca-P涂层形貌分析

3.3.2 Ca-P涂层成分分析

3.3.3 Ca-P涂层结构分析

3.4 本章小节

第四章 化学法制备羟基磷灰石涂层的影响因素

4.1 引言

4.2 实验方法和材料

4.3 预处理过程对HA涂层的影响

4.4 生长条件对对HA涂层的影响

4.4.1 溶液浓度的影响

4.4.2 pH值的影响

4.4.3 生长温度的影响

4.5 本章小节

第五章 溶胶凝胶-水热法在Ti40Zr10Cu36Pd14金属玻璃表面制备TiO2涂层

5.1 引言

5.2 实验材料与方法

5.2.1 溶胶液的配置

5.2.2 提拉法涂覆TiO2涂层

5.2.3 水热晶化处理

5.3 溶胶凝胶法制备TiO2涂层结果分析

5.3.1 TiO2涂层表面形貌

5.3.2 XRD分析

5.3.3 Raman光谱分析

5.4 溶胶凝胶法制备TiO2涂层的影响因素

5.5 SBF浸泡实验

5.6 本章小节

第六章 合金表面涂层的生长机理及生长过程分析

6.1 引言

6.2 化学沉积法制备涂层的机理分析

6.3 HA涂层生长过程研究

第七章 全文总结

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢

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摘要

Ti40Zr10Cu36Pd14大块金属玻璃不含Ni、Al、Be等有害元素,具有较高的玻璃形成能力(临界直径达到6mm)和热稳定性、良好的综合力学性能、理化性能和较低的弹性模量,因此在生物材料领域具有良好的应用前景。但作为一种非晶合金,其表面惰性极大地限制了它的应用范围。
  本文采用表面改性的方法改善非晶合金的生物活性和生物相容性。采用酸碱处理法在Ti基金属玻璃表面构建多孔结构,改善其表面活性,并通过模拟人体溶液(SBF-simulated body fluid)中的仿生矿化生长的方法在此多孔粗糙表面上制备类骨磷灰石层。利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)和激光显微Raman光谱仪等分析手段对表面涂层的形貌、物相组成、成分价态等进行表征。
  结果表明:当经过HNO3浸泡和NaOH热碱处理后,Ti40Zr10Cu36Pd14大块金属玻璃表面形成均匀表面多孔结构。经过酸碱处理,Ti基金属玻璃可以在SBF中快速沉积类骨磷灰石层;分析表明类骨磷灰石的主要组成是羟基磷灰石(HA),并初步探讨了酸碱处理工艺对非晶基体的影响。涂层钙磷比(Ca/P)随反应时间增加,至14 d后达到1.62,同时观察到仿生生长可分两个阶段:(1)首先形成一层厚度均匀致密的涂层;(2)涂层表面形成较大的球状沉积颗粒。
  除此之外,本文还采用溶胶凝胶法在Ti基金属玻璃试样表面制得TiO2层,经170℃水热处理后形成锐钛矿结构;SBF浸泡实验证实该复合涂层结构具有诱导磷灰石形核的能力。

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