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)后強度較低,且脆性較大,難以滿足臨床使用要求。近年來,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,克服各自的缺點,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高溫過程，粉末在噴涂過程中會發(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10000℃)，在大氣中進行等離子弧噴涂時，Ti會與周圍氣氛發(fā)生反應(yīng)。噴涂過程中產(chǎn)生的反應(yīng)產(chǎn)物往往會降低涂層的延展性，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，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，并將二者進行比較后發(fā)現(xiàn)，大氣噴涂Ti涂層氧化比較嚴重，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)合強度約為37MPa，而真空噴涂(VPS)Ti涂層的結(jié)合強度可達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激冷所致；而CaO和Ca3(PO4)2等新相則是源于噴涂過程中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噴涂時較低的焰流溫度結(jié)晶度測定結(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60％，可滿足臨床植入對涂層結(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)合強度比純HA涂層高出約一倍。結(jié)合強度的提高，主要是因為摻雜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)合強度較高也是復(fù)合涂層結(jié)合強度提高的一個重要原因。