一种提高等离子喷涂羟基磷灰石涂层结晶度的方法

本发明涉及一种提高羟基磷灰石涂层结晶度的方法，更确切地说是提高等离子喷涂羟基磷灰石涂层结晶度的方法，属于医用生物陶瓷涂层领域。

自七十年代初期美国和日本学者相继报道人工合成羟基磷灰石(hydroxyapatite，缩写为HA)，并发现该材料优良的生物活性和相容性以来，羟基磷灰石及其制品已逐渐成为材料和临床医学学科的研究热点。羟基磷灰石具有与人体骨骼组织相同的Ca/P比。当其植入体内后，在体液作用下，材料中的钙和磷与机体组织反应，并促进周边新组织的生长，从而获得较好的早期固定强度，缩短愈合时间，减轻病员痛苦。

在众多的羟基磷灰石涂层制备工艺中，等离子喷涂是一种快捷、高效的涂层沉积工艺。但在制备过程中，羟基磷灰石粉料被高温等离子体(火焰温度高达10000K)加热并熔化，部分羟基磷灰石分解为Ca₁₀(PO₄)₆O(缩写为OHA)、α-Ca₃(PO₄)₂(α-TCP)、β-Ca₃(PO₄)₂(β-TCP)、Ca₄P₂O₉(TTCP)、CaO以及无定形相。前人研究指出，晶态的HA在体液中的降解速率低于非晶态HA及β-TCP、TTCP等的降解速率，表现出较高的稳定性，可延长植入物在体内的使用寿命。为此，众多学者就如何提高等离子喷涂羟基磷灰石涂层的结晶度展开了研究，提出了热处理法(包括大气和真空气氛下)和激光法等后处理工艺。这些方法虽能有效地提高羟基磷灰石涂层的结晶度，但工艺较复杂，耗时长，需另置专用设备等。

本发明提供了一种提高等离子喷涂羟基磷灰石涂层结晶度的方法，而无需如文献所介绍的专用后处理设备，具有工艺简便、高效、适合于工业化生产等特点。

本发明的提高结晶度方法是基于对等离子喷涂羟基磷灰石涂层的热分解机制的了解而提出的。本发明的发明者认识到等离子喷涂HA涂层结晶度降低主要是由于粉料脱羟基的失水过程和非晶化过程引起的。为此，欲提高HA涂层的结晶度，只需从以下两点着手：(1)使非晶态HA重结晶；(2)使α-TCP、β-TCP、TTCP、OHA及CaO等转化为HA。

本发明提高等离子喷涂羟基磷灰石涂层结晶度的方法是在喷涂过程完成后，用等离子火焰为热源，在对涂层进行烘烤的同时提供水蒸汽，使之与羟基磷灰石分解产物α-TCP、β-TCP、TTCP、OHA及CaO等反应，重新生成羟基磷灰石晶体，从而提高涂层的结晶度。

图1所示的示意图是本发明的构思。

图中1为等离子喷枪；2为夹装工件，用于夹住欲喷涂的工件；3为水蒸汽的通道管；4为转台，夹装工件2放在转台4上，其作用使工件烘烤时受热均匀，烘烤热源由等离子喷枪的射流提供，它与烘烤工件2之间的距离一般为70～90mm，功率30kW，水蒸汽通道管一端与水蒸汽发生器相连，另一端对准涂层表面，不断向涂层表面提供喷射水蒸汽；在烘烤时，转台4匀速转动。烘烤时间一般为7～10分钟，烘烤时间低于7分钟，涂层结晶不充分，时间太长也会使结晶度下降。经本发明提供的方法处理，等离子喷涂羟基磷灰石涂层结晶度从通常的50～62％提高到80％以上，可满足结晶度大于70％的临床使用要求。

结晶度是通过X射线衍射定量分析测定的。

本发明的提高结晶度方法具有简便、易行，效果显著等特点。

下面通过实施例进一步阐明本发明的特点和效果。决非限制本发明。

实施例1  等离子喷涂羟基磷灰石涂层，烘烤前结晶度为61.3％，经本发明提供的方法，在烘烤的同时利用水蒸汽发生器，通过水蒸汽通道管向涂层提供喷射水蒸汽，烘烤时间为7分钟，利用等离子火焰为热源，功率为30kW，且通过转台不断地匀速转动，烘烤热源与涂层之间的距离为70mm。经处理后羟基磷灰石涂层结晶度提高到98.7％，可满足临床使用要求，且重复性好。

实施例2  烘烤前涂层的结晶度为60.4％。在烘烤的同时利用水蒸汽发生器，通过水蒸汽通道管不断向涂层表面提供喷射水蒸汽，烘烤热源与涂层之间的距离为70mm，经10分钟烘烤，使涂层结晶度提高到90.6％，能满足临床使用要求。其余工艺条件同实施例1。