羥基磷灰石(Hydroxyapatite,HA)生物陶瓷材料具有優(yōu)良的生物活性和生物相容性,但HA燒結(jié)后強(qiáng)度較低,且脆性較大,難以滿足臨床使用要求。近年來(lái),利用材料表面處理技術(shù)將HA生物陶瓷材料涂覆在鈦合金等金屬基體的表面,形成HA生物陶瓷涂層材料。HA生物陶瓷涂層可以充分發(fā)揮生物陶瓷材料和鈦合金材料各自的優(yōu)勢(shì),克服各自的缺點(diǎn),較好滿足臨床應(yīng)用的需要 1. 人工關(guān)節(jié)表面真空等離子弧噴涂Ti微孔涂層、HA(羥基磷灰石)涂層在Ti或其合金基材上沉積的等離子噴涂鈦微孔(Ti)、羥基磷灰石(HA)涂層已在臨床上獲得應(yīng)用。等離子弧噴涂是一個(gè)高溫過(guò)程，粉末在噴涂過(guò)程中會(huì)發(fā)生較為復(fù)雜的物理、化學(xué)變化。等離子弧噴涂HA涂層與其噴涂粉末相比，會(huì)發(fā)生結(jié)構(gòu)和組成的改變，并導(dǎo)致涂層結(jié)晶度的降低。在高于500℃的環(huán)境中，Ti很容易與O2、H2、N2以及CO2反應(yīng)。由于等離子弧射流溫度極高(高達(dá)10000℃)，在大氣中進(jìn)行等離子弧噴涂時(shí)，Ti會(huì)與周圍氣氛發(fā)生反應(yīng)。噴涂過(guò)程中產(chǎn)生的反應(yīng)產(chǎn)物往往會(huì)降低涂層的延展性，并導(dǎo)致材料產(chǎn)生裂紋。 2. 真空等離子弧噴涂與大氣等離子弧噴涂相比較，具有射流速度快、溫度較低、噴涂室氣氛可控等特點(diǎn)，所制備的涂層比較致密、含氧量低、成分與粉末較為接近。圖1為真空等離子噴涂設(shè)備。采用真空等離子噴涂技術(shù)可以制備性能優(yōu)良的Ti和HA涂層。 3. 在Ti-6Al-4V基體上采用真空和大氣等離子弧噴涂制備了Ti、HA涂層，并將二者進(jìn)行比較后發(fā)現(xiàn)，大氣噴涂Ti涂層氧化比較嚴(yán)重，涂層中含有大量的TiO和TiO2。而在真空噴涂中，這種氧化得以避免。涂層的氧化影響了它與合金基體的結(jié)合，大氣噴涂(APS)Ti涂層與基體間的結(jié)合強(qiáng)度約為37MPa，而真空噴涂(VPS)Ti涂層的結(jié)合強(qiáng)度可達(dá)60MPa。與原始粉末相比，等離子噴涂HA涂層含有一些非晶相和新相，如CaO和Ca3(PO4)2.非晶相的形成主要是由于在高溫下熔化的顆粒被噴涂在基底上時(shí)激冷所致；而CaO和Ca3(PO4)2等新相則是源于噴涂過(guò)程中HA的分解。真空噴涂HA涂層的非晶相和新相明顯減少，這主要是得益于VPS噴涂時(shí)較低的焰流溫度結(jié)晶度測(cè)定結(jié)果顯示，APS HA涂層的結(jié)晶度僅為42％，而VPS HA涂層的結(jié)晶度則超過(guò)60％，可滿足臨床植入對(duì)涂層結(jié)晶度的要求。真空等離子噴涂Ti-HA涂層人工髖關(guān)節(jié)實(shí)際部件見圖2。已噴涂人工髖關(guān)節(jié)植入物約7000件。 4．HA基復(fù)合涂層 .采用等離子弧噴涂技術(shù)，在Ti-6Al-4V合金基體上，制備了HA/Ti、HA/TiO2、HA/ZrO2，等復(fù)合涂層，能有效地改善涂層與基體之間的結(jié)合。結(jié)合強(qiáng)度分析表明，在HA涂層中摻入金屬或陶瓷等成分，涂層的結(jié)合情況可以得到改善。以HA/ZrO2復(fù)合涂層為例，摻入ωZrO2 =60％的復(fù)合涂層的結(jié)合強(qiáng)度比純HA涂層高出約一倍。結(jié)合強(qiáng)度的提高，主要是因?yàn)閾诫s物的加入緩和了涂層與基體之間的熱膨脹系數(shù)失配，減少了因熱膨脹系數(shù)失配導(dǎo)致的殘余熱應(yīng)力在涂層與基體界面處的集中。另外，摻雜物小身的結(jié)合強(qiáng)度較高也是復(fù)合涂層結(jié)合強(qiáng)度提高的一個(gè)重要原因。