第三章醫(yī)用金屬材料

1、目目錄錄醫(yī)用金屬材料的特性與要求醫(yī)用金屬材料的特性與要求 醫(yī)用金屬材料的腐蝕醫(yī)用金屬材料的腐蝕常用醫(yī)用金屬材料常用醫(yī)用金屬材料金屬與合金表面涂層處理金屬與合金表面涂層處理醫(yī)用金屬材料概述醫(yī)用金屬材料概述 醫(yī)用金屬材料的研究進(jìn)展醫(yī)用金屬材料的研究進(jìn)展3.1 醫(yī)用金屬材料概述 在生物醫(yī)學(xué)材料中，金屬材料應(yīng)用最早，已有在生物醫(yī)學(xué)材料中，金屬材料應(yīng)用最早，已有數(shù)百年的歷史。唐代就用銀汞合金（主要成份數(shù)百年的歷史。唐代就用銀汞合金（主要成份：汞、銀、銅、錫、鋅汞、銀、銅、錫、鋅）來補(bǔ)牙。）來補(bǔ)牙。 醫(yī)用金屬材料是指一類用作醫(yī)用金屬材料是指一類用作生物材料的金屬或生物材料的金屬或合金，又稱外科用金屬材料合

2、金，又稱外科用金屬材料。它是一類。它是一類生物惰生物惰性材料性材料。 該材料是臨床應(yīng)用最廣泛的該材料是臨床應(yīng)用最廣泛的承力植入材料承力植入材料，由于有較，由于有較高的強(qiáng)度和韌性，已成為高的強(qiáng)度和韌性，已成為骨和牙齒等硬組織修復(fù)和替骨和牙齒等硬組織修復(fù)和替換、心血管和軟組織修復(fù)以及人工器官制造換、心血管和軟組織修復(fù)以及人工器官制造的主要材的主要材料。料。 化學(xué)周期表中的化學(xué)周期表中的大部分金屬不符合生物材料的要求，大部分金屬不符合生物材料的要求，僅有小部分或經(jīng)處理過的可用于臨床。目前在臨床使僅有小部分或經(jīng)處理過的可用于臨床。目前在臨床使用的醫(yī)用金屬材料主要有用的醫(yī)用金屬材料主要有不銹鋼、鈷基合金

3、和鈦基合不銹鋼、鈷基合金和鈦基合金三大類金三大類，另外還有記憶合金、貴金屬以及純金屬鉭另外還有記憶合金、貴金屬以及純金屬鉭、鈮和鋯等。、鈮和鋯等。 3.1 醫(yī)用金屬材料概述醫(yī)用金屬材料概述 3.2 3.2 醫(yī)用金屬材料的特性與要求醫(yī)用金屬材料的特性與要求 (1)(1)生物相容性生物相容性: : 即生物學(xué)反應(yīng)最小即生物學(xué)反應(yīng)最小 (2)(2)優(yōu)良的機(jī)械性能優(yōu)良的機(jī)械性能: : 強(qiáng)度與彈性模量強(qiáng)度與彈性模量（與生物體匹配）（與生物體匹配） 耐磨性耐磨性 抗疲勞性能抗疲勞性能 (3)(3)耐腐蝕性能：耐腐蝕性能：腐蝕不僅降低或破壞金屬材料的機(jī)械性腐蝕不僅降低或破壞金屬材料的機(jī)械性能，導(dǎo)致斷裂，還產(chǎn)生

4、腐蝕產(chǎn)物，對(duì)人體有刺激性和毒性。能，導(dǎo)致斷裂，還產(chǎn)生腐蝕產(chǎn)物，對(duì)人體有刺激性和毒性。 無不良刺激、無毒害，無不良刺激、無毒害，不引起毒性反應(yīng)、免疫反應(yīng)，不引起毒性反應(yīng)、免疫反應(yīng)， 不致癌、不致畸，不致癌、不致畸，無炎性反應(yīng)，不引起感染，不被排斥。無炎性反應(yīng)，不引起感染，不被排斥。 有助于愈合和附著。有助于愈合和附著。（作為摩擦部件的醫(yī)用金屬材料，其耐磨性直接影響到 植入器件的壽命） 常用醫(yī)用金屬材料常用醫(yī)用金屬材料不銹鋼不銹鋼鈷（鈷（CoCo）基合金）基合金 鈦（鈦（TiTi）基合金）基合金 形狀記憶合金形狀記憶合金 貴金屬貴金屬純金屬鉭純金屬鉭純金屬鈮純金屬鈮純金屬鉻純金屬鉻3.3 3.3

5、常用醫(yī)用金屬材料常用醫(yī)用金屬材料3.3.1 不銹鋼不銹鋼按顯微組織的特點(diǎn)可分為按顯微組織的特點(diǎn)可分為: :p奧氏體不銹鋼奧氏體不銹鋼p鐵素體不銹鋼鐵素體不銹鋼p馬氏體不銹鋼馬氏體不銹鋼p沉淀硬化型不銹鋼等沉淀硬化型不銹鋼等1 1）分類與概念）分類與概念 奧氏體不銹鋼奧氏體不銹鋼是在鐵是在鐵- -鉻系統(tǒng)中再加入鉻系統(tǒng)中再加入8%8%以上的鎳形成以上的鎳形成鐵鐵- -鉻鉻- -鎳三元合金，隨著碳含量的增加，強(qiáng)度大幅度地提鎳三元合金，隨著碳含量的增加，強(qiáng)度大幅度地提高，抗腐蝕性能優(yōu)異，高，抗腐蝕性能優(yōu)異，常作為生物材料選用常作為生物材料選用。 最早用于植入材料的不銹鋼是最早用于植入材料的不銹鋼是18

6、-8(18-8(即即302302不銹鋼不銹鋼) )，其強(qiáng)度與耐蝕性能均優(yōu)于釩鋼。其強(qiáng)度與耐蝕性能均優(yōu)于釩鋼。 引入引入18-8sMo18-8sMo，其中的，其中的MoMo能夠改善在電解質(zhì)溶液中的能夠改善在電解質(zhì)溶液中的耐腐蝕性能，這就是我們熟知的耐腐蝕性能，這就是我們熟知的316316不銹鋼不銹鋼。3.3 3.3 常用醫(yī)用金屬材料常用醫(yī)用金屬材料3.3.1 不銹鋼不銹鋼1 1）分類與概念）分類與概念 不銹鋼的不銹鋼的耐蝕性和屈服強(qiáng)度可以通過冷加工而提高，耐蝕性和屈服強(qiáng)度可以通過冷加工而提高，避免疲勞斷裂。避免疲勞斷裂。 鐵基耐蝕合金（一般由鐵、鉻、鎳、鉬、錳、硅組成鐵基耐蝕合金（一般由鐵、鉻、

7、鎳、鉬、錳、硅組成），），易加工、價(jià)格低廉易加工、價(jià)格低廉 。 一般不銹鋼制成一般不銹鋼制成多種形體多種形體，如針、釘、髓內(nèi)針、齒冠，如針、釘、髓內(nèi)針、齒冠、三棱釘?shù)绕骷腿斯ぜ袤w而用于臨床，不銹鋼還用、三棱釘?shù)绕骷腿斯ぜ袤w而用于臨床，不銹鋼還用于制作各種醫(yī)療儀器和手術(shù)器械。于制作各種醫(yī)療儀器和手術(shù)器械。 2020世紀(jì)世紀(jì)5050年代，年代，316316不銹鋼的碳含量由不銹鋼的碳含量由0.08%0.08%降低為降低為0.03%0.03%，進(jìn)一步提高了其在含，進(jìn)一步提高了其在含ClCl溶液體系中的耐蝕性能，降低了溶液體系中的耐蝕性能，降低了材料致敏性，這就是常見的材料致敏性，這就是常見的316

8、L316L不銹鋼不銹鋼3.3.1 不銹鋼不銹鋼1 1）分類與概念）分類與概念 表3.1 316和316L不銹鋼材料的力學(xué)性能材料材料狀態(tài)狀態(tài)抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度/MPa屈服強(qiáng)度屈服強(qiáng)度/MPa延伸率延伸率/%洛氏硬度洛氏硬度/HRB退火態(tài)5152054095316冷精軋62031035冷加工86069012300350退火態(tài)5051954095316L冷精軋60529535冷加工86069012 表表3.13.1給出了奧氏體不銹鋼給出了奧氏體不銹鋼316316和和316L316L的力學(xué)性能。顯然，的力學(xué)性能。顯然，退火態(tài)的材料硬度退火態(tài)的材料硬度與強(qiáng)度較低，與強(qiáng)度較低，而經(jīng)過而經(jīng)過冷加工后，材料可

9、以具有更高的強(qiáng)度和硬度冷加工后，材料可以具有更高的強(qiáng)度和硬度。這說明此類材。這說明此類材料可以在大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)力學(xué)性能。料可以在大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)力學(xué)性能。 但即使是牌號(hào)為但即使是牌號(hào)為316L316L的不銹鋼在體內(nèi)的特定環(huán)境下（如在高壓或缺氧區(qū)的不銹鋼在體內(nèi)的特定環(huán)境下（如在高壓或缺氧區(qū)域）也會(huì)被腐蝕。它們適合做臨時(shí)裝置，如域）也會(huì)被腐蝕。它們適合做臨時(shí)裝置，如骨折固定板、固定螺釘或銷子骨折固定板、固定螺釘或銷子. .。表表1 幾種主要的不銹鋼的組成、性能和組織幾種主要的不銹鋼的組成、性能和組織鐵素體和馬氏體不銹鋼的耐蝕性隨鐵素體和馬氏體不銹鋼的耐蝕性隨含碳量的降低含碳量的降低和和含鉻含鉻量的增加量

10、的增加而而提高。提高。 3Cr13 3Cr13和和 4Crl34Crl3型馬氏體不銹鋼用于醫(yī)療器械，如型馬氏體不銹鋼用于醫(yī)療器械，如刀、剪、止血鉗、針頭等。刀、剪、止血鉗、針頭等。 Cr18Ni10 Cr18Ni10型奧氏體不銹鋼可制作各種人工關(guān)節(jié)和骨型奧氏體不銹鋼可制作各種人工關(guān)節(jié)和骨折內(nèi)固定器；在口腔科常用于鑲牙、矯形和牙根種植等折內(nèi)固定器；在口腔科常用于鑲牙、矯形和牙根種植等器件的制作。器件的制作。不銹鋼骨固定螺釘和骨固定板不銹鋼骨固定螺釘和骨固定板器 械 包 腐蝕作用造成其長期植入的穩(wěn)定性差腐蝕作用造成其長期植入的穩(wěn)定性差， 密度和彈性模量與人體硬組織相距較大，密度和彈性模量與人體硬組

11、織相距較大，力學(xué)相容性差。力學(xué)相容性差。 溶出的溶出的鎳離子鎳離子有可能誘發(fā)腫瘤的形成及本身無生物活性，有可能誘發(fā)腫瘤的形成及本身無生物活性，難于和生物組織形成牢固等原因，應(yīng)用比例呈下降趨勢(shì)。難于和生物組織形成牢固等原因，應(yīng)用比例呈下降趨勢(shì)。3.3 3.3 常用醫(yī)用金屬材料常用醫(yī)用金屬材料3.3.1 不銹鋼不銹鋼2)2)生物相容性生物相容性 1)1)齒科：齒科：鑲牙、齒科矯形、牙根種植及輔助器件鑲牙、齒科矯形、牙根種植及輔助器件 2)2)人工關(guān)節(jié)和骨折內(nèi)固定器械：人工關(guān)節(jié)和骨折內(nèi)固定器械：人工肩關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)、全人工肩關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)、全 髖關(guān)節(jié)、半髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)、踝關(guān)節(jié)、腕關(guān)節(jié)及髖關(guān)節(jié)、半髖關(guān)節(jié)、

12、膝關(guān)節(jié)、踝關(guān)節(jié)、腕關(guān)節(jié)及 指關(guān)節(jié)。各種規(guī)格的皮質(zhì)骨和松質(zhì)骨加壓螺釘、指關(guān)節(jié)。各種規(guī)格的皮質(zhì)骨和松質(zhì)骨加壓螺釘、 脊椎釘、骨牽引鋼絲、人工椎體和顱骨板等，脊椎釘、骨牽引鋼絲、人工椎體和顱骨板等， 3)3)心血管系統(tǒng)：心血管系統(tǒng)：各種傳感器、植入電極的外殼和合金導(dǎo)線，各種傳感器、植入電極的外殼和合金導(dǎo)線， 可制作不銹鋼的人工心臟瓣膜、血管內(nèi)擴(kuò)張支架等可制作不銹鋼的人工心臟瓣膜、血管內(nèi)擴(kuò)張支架等 4)4)其它：其它：如用于各種眼科縫線、人工眼導(dǎo)線、眼眶填充、固如用于各種眼科縫線、人工眼導(dǎo)線、眼眶填充、固 定環(huán)等。定環(huán)等。3.3 3.3 常用醫(yī)用金屬材料常用醫(yī)用金屬材料3.3.1 不銹鋼不銹鋼3)3)

13、臨床應(yīng)用臨床應(yīng)用 熱處理原則：熱處理原則：不應(yīng)導(dǎo)致合金在晶界形成不應(yīng)導(dǎo)致合金在晶界形成CrCr4 4析出，通常熱處理析出，通常熱處理 會(huì)引起成分的變化，這個(gè)問題可通過控制加熱會(huì)引起成分的變化，這個(gè)問題可通過控制加熱 的均勻性以及合理的熱處理工藝加以解決。的均勻性以及合理的熱處理工藝加以解決。 在熱處理過程中不希望出現(xiàn)的結(jié)果就是在表面形在熱處理過程中不希望出現(xiàn)的結(jié)果就是在表面形 成氧化層，這必須通過成氧化層，這必須通過化學(xué)、酸蝕或機(jī)械噴砂化學(xué)、酸蝕或機(jī)械噴砂的方法的方法 去除。去除氧化層后，部件表面被磨光成鏡面或無光去除。去除氧化層后，部件表面被磨光成鏡面或無光 澤的端面，然后清洗，去掉油污，在

14、硝酸中形成表面澤的端面，然后清洗，去掉油污，在硝酸中形成表面 鈍化層，在包裝和殺菌前需要再清洗一次。鈍化層，在包裝和殺菌前需要再清洗一次。3.3 3.3 常用醫(yī)用金屬材料常用醫(yī)用金屬材料3.3.1 不銹鋼不銹鋼4)4)加工處理加工處理 概念：含有較高的鉻和鉬，又稱概念：含有較高的鉻和鉬，又稱鈷鉻鉬合金鈷鉻鉬合金，具有極為，具有極為優(yōu)異的優(yōu)異的 耐腐蝕性（比不銹鋼高耐腐蝕性（比不銹鋼高4040倍）和耐磨性，綜合力學(xué)性倍）和耐磨性，綜合力學(xué)性 能和生物相容性良好，能和生物相容性良好，可通過精密鑄造成形狀復(fù)雜的可通過精密鑄造成形狀復(fù)雜的 精密修復(fù)體，有硬、中、軟三種類型。精密修復(fù)體，有硬、中、軟三種

15、類型。3.3 3.3 常用醫(yī)用金屬材料常用醫(yī)用金屬材料3.3.2 Co基合金基合金1 1）分類與概念）分類與概念 鈷基合金通常是指鈷基合金通常是指Co-CrCo-Cr合金，基本上合金，基本上分為兩類分為兩類：一：一類是類是Co-Cr-MoCo-Cr-Mo合金合金，一般通過鑄造加工，鑄造，一般通過鑄造加工，鑄造Co-Cr-MoCo-Cr-Mo合合金已經(jīng)在金已經(jīng)在牙科方面牙科方面應(yīng)用了近幾十年，目前主要用于制造應(yīng)用了近幾十年，目前主要用于制造人人工關(guān)節(jié)連接件；工關(guān)節(jié)連接件；另一類是另一類是Co-Ni-Cr-MoCo-Ni-Cr-Mo合金合金，一般通過熱鍛，一般通過熱鍛加工，鍛造加工，鍛造Co-Ni

16、-Cr-MoCo-Ni-Cr-Mo合金主要用于制造合金主要用于制造關(guān)節(jié)替換假體連關(guān)節(jié)替換假體連接件的主干，承受重載荷，接件的主干，承受重載荷，如膝關(guān)節(jié)和髖關(guān)節(jié)等。如膝關(guān)節(jié)和髖關(guān)節(jié)等。 3.3 3.3 常用醫(yī)用金屬材料常用醫(yī)用金屬材料3.3.2 Co基合金基合金1 1）分類與概念）分類與概念 Co-Ni-Cr-MoCo-Ni-Cr-Mo合金合金是一種最有名的鈷基合金，它大約是一種最有名的鈷基合金，它大約含有含有Ni35%(Ni35%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)質(zhì)量分?jǐn)?shù)) )和和Co35%(Co35%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)質(zhì)量分?jǐn)?shù)) )，這種合金在壓，這種合金在壓力下對(duì)海水力下對(duì)海水( (含有含有ClCl- -) )有有很強(qiáng)的

17、抗蝕性很強(qiáng)的抗蝕性，冷加工可大大增加，冷加工可大大增加它的強(qiáng)度。但在提高材料力學(xué)性能的同時(shí)，也增加了材料它的強(qiáng)度。但在提高材料力學(xué)性能的同時(shí)，也增加了材料的加工難度。因此，現(xiàn)在的加工難度。因此，現(xiàn)在采用熱鍛方法制造采用熱鍛方法制造這種合金的植這種合金的植入器械。入器械。3.3 3.3 常用醫(yī)用金屬材料常用醫(yī)用金屬材料3.3.2 Co基合金基合金1 1）分類與概念）分類與概念 鍛造鍛造Co-Ni-Cr-MoCo-Ni-Cr-Mo合金和鑄造合金和鑄造Co-Cr-MoCo-Cr-Mo合金一樣具有合金一樣具有相相似的耐磨性能似的耐磨性能, ,在關(guān)節(jié)模擬測(cè)試中大約是每年被磨損在關(guān)節(jié)模擬測(cè)試中大約是每年被

18、磨損0.14mm)0.14mm)。但是，。但是，由于由于Co-Ni-Cr-MoCo-Ni-Cr-Mo合金較差的耐磨性能而合金較差的耐磨性能而不提倡用來制作關(guān)節(jié)假體的摩擦面。不提倡用來制作關(guān)節(jié)假體的摩擦面。 鍛造鍛造Co-Ni-Cr-MoCo-Ni-Cr-Mo合金合金具有很具有很高的疲勞強(qiáng)度高的疲勞強(qiáng)度和和極限抗拉極限抗拉強(qiáng)度強(qiáng)度，植入很長時(shí)間后，也很少會(huì)發(fā)生斷裂。，植入很長時(shí)間后，也很少會(huì)發(fā)生斷裂。3.3 3.3 常用醫(yī)用金屬材料常用醫(yī)用金屬材料3.3.2 Co基合金基合金1 1）分類與概念）分類與概念種類種類狀態(tài)狀態(tài)屈服強(qiáng)度屈服強(qiáng)度(MPa)抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度(MPa)延伸率延伸率(%)疲勞強(qiáng)

19、度疲勞強(qiáng)度(MPa)鑄態(tài)5157259.0250CoCrMo固溶退火533114315.0280鍛造962150728.0897退火(ASTM)4506658.0退火35086260.0345CoCrWMo冷加工1310151012.0586退火(ASTM)31086010.0CoNiCrMo固溶退火240655795100050.0冷加工時(shí)效158517908.0退火27560050.0CoNiCrMoWFe冷加工828100018.0退火(ISO)27660050.0 表3.2 典型鈷基合金性能 Co Co基合金如同其他合金材料一樣，基合金如同其他合金材料一樣，強(qiáng)度提高的同時(shí)降低強(qiáng)度提高的

20、同時(shí)降低了塑性。了塑性。其彈性模量不隨極限抗拉強(qiáng)度的變化而變化的。彈其彈性模量不隨極限抗拉強(qiáng)度的變化而變化的。彈性模量范圍從性模量范圍從220GPa220GPa到到234GPa234GPa。鑄造和鍛造合金都具有。鑄造和鍛造合金都具有優(yōu)良優(yōu)良的抗蝕性的抗蝕性能。表中四種鈷基合金，只有鈷鉻鉬合金可以在鑄能。表中四種鈷基合金，只有鈷鉻鉬合金可以在鑄態(tài)下直接應(yīng)用，其他三類均為醫(yī)用鍛造鈷基合金。態(tài)下直接應(yīng)用，其他三類均為醫(yī)用鍛造鈷基合金。3.3 3.3 常用醫(yī)用金屬材料常用醫(yī)用金屬材料3.3.2 Co基合金基合金1 1）分類與概念）分類與概念 從耐蝕性看，它也是所用醫(yī)用金屬材料中最好的，從耐蝕性看，它也

21、是所用醫(yī)用金屬材料中最好的，一般認(rèn)為植入人體后一般認(rèn)為植入人體后沒有明顯的組織學(xué)反應(yīng)沒有明顯的組織學(xué)反應(yīng)。但用鑄造鈷。但用鑄造鈷基合金制作的人工髖關(guān)節(jié)在體內(nèi)的松動(dòng)率較高，其原因是基合金制作的人工髖關(guān)節(jié)在體內(nèi)的松動(dòng)率較高，其原因是由于金屬由于金屬磨損腐蝕磨損腐蝕造成造成CoCo、NiNi等離子溶出等離子溶出，在體內(nèi)引起巨，在體內(nèi)引起巨細(xì)胞和組織壞死，從而導(dǎo)致患者疼痛以及關(guān)節(jié)的松動(dòng)、下細(xì)胞和組織壞死，從而導(dǎo)致患者疼痛以及關(guān)節(jié)的松動(dòng)、下沉。沉。鈷、鎳、鉻還可以產(chǎn)生皮膚過敏反應(yīng)鈷、鎳、鉻還可以產(chǎn)生皮膚過敏反應(yīng)，其中以鈷最為，其中以鈷最為嚴(yán)重。嚴(yán)重。3.3 3.3 常用醫(yī)用金屬材料常用醫(yī)用金屬材料3.3

22、.2 Co基合金基合金2 2）生物相容性）生物相容性3.3 3.3 常用醫(yī)用金屬材料常用醫(yī)用金屬材料3.3.2 Co基合金基合金3 3）臨床應(yīng)用）臨床應(yīng)用 適合于制造體內(nèi)承載苛刻、耐蝕性要求較高的長期植適合于制造體內(nèi)承載苛刻、耐蝕性要求較高的長期植入件，臨床上主要用于入件，臨床上主要用于人工關(guān)節(jié)（人工關(guān)節(jié)（特別是人體中受載荷最大的髖關(guān)節(jié)）特別是人體中受載荷最大的髖關(guān)節(jié)）人工骨及骨科內(nèi)處固定器件的制造人工骨及骨科內(nèi)處固定器件的制造齒科修復(fù)中的義齒，齒科修復(fù)中的義齒，各種鑄造冠、嵌體及固定橋的制造各種鑄造冠、嵌體及固定橋的制造心血管外科及整形科心血管外科及整形科等等3.3 3.3 常用醫(yī)用金屬材料

23、常用醫(yī)用金屬材料3.3.2 Co基合金基合金3 3）臨床應(yīng)用）臨床應(yīng)用 鈷基合金人體內(nèi)一般保持鈍化狀態(tài)，與不銹鋼比較，鈷鈷基合金人體內(nèi)一般保持鈍化狀態(tài)，與不銹鋼比較，鈷基合金鈍化膜更穩(wěn)定，耐蝕性更好；基合金鈍化膜更穩(wěn)定，耐蝕性更好；在所有醫(yī)用金屬材料中在所有醫(yī)用金屬材料中，其耐磨性最好；，其耐磨性最好；植入體內(nèi)不會(huì)產(chǎn)生明顯的組織反應(yīng)，適合植入體內(nèi)不會(huì)產(chǎn)生明顯的組織反應(yīng)，適合于制造體內(nèi)承載苛刻的長期植入件。于制造體內(nèi)承載苛刻的長期植入件。 在整形外科中，用于制造人工髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)以及接骨在整形外科中，用于制造人工髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)以及接骨板、骨釘、關(guān)節(jié)扣釘和骨針等。在心臟外科中，用于制造人板、骨釘、

24、關(guān)節(jié)扣釘和骨針等。在心臟外科中，用于制造人工心臟瓣膜等。工心臟瓣膜等。 三種：三種：精密鑄造精密鑄造、機(jī)械變形加工機(jī)械變形加工和和粉末冶金粉末冶金 由于其由于其價(jià)格較高，加工困難，應(yīng)用尚不普及價(jià)格較高，加工困難，應(yīng)用尚不普及。3.3 3.3 常用醫(yī)用金屬材料常用醫(yī)用金屬材料3.3.2 Co基合金基合金4 4）鈷基合金植入器件的制造加工方法）鈷基合金植入器件的制造加工方法表表2 幾種主要的鈷基合金的組成、性能和組織幾種主要的鈷基合金的組成、性能和組織口腔、骨板、骨釘、人工髖關(guān)節(jié)口腔、骨板、骨釘、人工髖關(guān)節(jié)較低較低CoCrMo合金合金醫(yī)用鈷基合金更適用于體內(nèi)承載條件苛刻的長期植醫(yī)用鈷基合金更適用于

25、體內(nèi)承載條件苛刻的長期植入件。入件。 人造髖關(guān)節(jié)的頭桿部分。從股骨上端插人造髖關(guān)節(jié)的頭桿部分。從股骨上端插進(jìn)金屬桿，桿頭有一個(gè)金屬頭，它嵌在進(jìn)金屬桿，桿頭有一個(gè)金屬頭，它嵌在粘于髖骨窩中的一個(gè)塑料臼中。粘于髖骨窩中的一個(gè)塑料臼中。 Co基合金基合金 Co基合金基合金 Co基合金基合金 在外科植入中運(yùn)用的在外科植入中運(yùn)用的TiTi金屬材料有四個(gè)級(jí)別金屬材料有四個(gè)級(jí)別（表（表3.33.3），它們之間的區(qū)別在于，它們之間的區(qū)別在于雜質(zhì)含量不同雜質(zhì)含量不同。 O O、N N、C C、H H與與TiTi形形成間隙固溶體，成間隙固溶體，F(xiàn)eFe與與TiTi形成置換固溶體。雜質(zhì)元素的含量過形成置換固溶體。雜

26、質(zhì)元素的含量過大會(huì)形成脆性化合物。大會(huì)形成脆性化合物。O O、N N和和C C能提高能提高TiTi的強(qiáng)度，降低其塑的強(qiáng)度，降低其塑性。性。TiTi很容易吸氫，很容易吸氫，H H含量過高會(huì)產(chǎn)生氫脆，降低其韌性。含量過高會(huì)產(chǎn)生氫脆，降低其韌性。微量的微量的FeFe對(duì)純鈦性能的影響不像對(duì)純鈦性能的影響不像O O、N N、C C那樣強(qiáng)烈。那樣強(qiáng)烈。 Ti-6Al-4VTi-6Al-4V是一種廣泛用于制造植入器械的鈦合金，這是一種廣泛用于制造植入器械的鈦合金，這種合金的主要合金元素是種合金的主要合金元素是Al(5.5%Al(5.5%6.5%6.5%，質(zhì)量分?jǐn)?shù)，質(zhì)量分?jǐn)?shù)) )和和V(3.5%V(3.5%4

27、.5%4.5%，質(zhì)量分?jǐn)?shù)，質(zhì)量分?jǐn)?shù)) )。3.3 3.3 常用醫(yī)用金屬材料常用醫(yī)用金屬材料3.3.3 鈦和鈦鈦和鈦合金合金1 1）分類、組成和性能）分類、組成和性能元素元素Ti-6Al-4V氮氮0.030.030.050.050.05碳碳0.100.100.100.100.08氫氫0.0150.0150.0150.0150.0125鐵鐵0.200.300.300.500.25氧氧0.180.250.350.400.13鈦鈦平衡平衡 表3.3 Ti金屬和Ti合金化學(xué)成分組成(以質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì))3.3 3.3 常用醫(yī)用金屬材料常用醫(yī)用金屬材料3.3.3 鈦和鈦鈦和鈦合金合金3.3 3.3 常用醫(yī)用金屬

28、材料常用醫(yī)用金屬材料3.3.3 鈦和鈦鈦和鈦合金合金1 1）分類、組成和性能）分類、組成和性能 商業(yè)用純商業(yè)用純TiTi和和Ti6Al4VTi6Al4V合金的機(jī)械立合金的機(jī)械立力學(xué)性能力學(xué)性能如表如表3-43-4，它們的彈性模量約為，它們的彈性模量約為110GPa110GPa，大約是鈷基合金的，大約是鈷基合金的一半。一半。表表3-4 Ti及及Ti合金的機(jī)械力學(xué)性能合金的機(jī)械力學(xué)性能(ASTM，F(xiàn)136)性能Ti-6Al-4V抗拉強(qiáng)度/MPa240345450550860屈服強(qiáng)度/MPa170275380485795延伸率/%2420181510斷面收縮率/%30303025253.3 3.3

29、常用醫(yī)用金屬材料常用醫(yī)用金屬材料3.3.3 鈦和鈦鈦和鈦合金合金1 1）分類、組成和性能）分類、組成和性能 TiTi為難熔稀有金屬，熔點(diǎn)為難熔稀有金屬，熔點(diǎn)17621762，密度小、比強(qiáng)度高；，密度小、比強(qiáng)度高；TiTi合金的強(qiáng)度可達(dá)到很高的水平，比強(qiáng)度是不銹鋼的合金的強(qiáng)度可達(dá)到很高的水平，比強(qiáng)度是不銹鋼的3.5 3.5 倍；倍；TiTi與氧反應(yīng)形成的氧化膜致密穩(wěn)定，有很好的鈍化作用，與氧反應(yīng)形成的氧化膜致密穩(wěn)定，有很好的鈍化作用， 具有很強(qiáng)的耐蝕性。具有很強(qiáng)的耐蝕性。 在生理環(huán)境下，在生理環(huán)境下，TiTi合金的均勻腐蝕很小，不會(huì)發(fā)生合金的均勻腐蝕很小，不會(huì)發(fā)生 點(diǎn)蝕、縫隙腐蝕和晶間腐蝕。點(diǎn)蝕

30、、縫隙腐蝕和晶間腐蝕。TiTi合金的磨損與應(yīng)力腐蝕較明顯。合金的磨損與應(yīng)力腐蝕較明顯。3.3 3.3 常用醫(yī)用金屬材料常用醫(yī)用金屬材料3.3.3 鈦和鈦鈦和鈦合金合金2 2）生物相容性）生物相容性 鈦是目前已知的鈦是目前已知的生物親和性最好生物親和性最好的金屬之一，鈦的金屬之一，鈦易于氧反應(yīng)形成致密易于氧反應(yīng)形成致密氧化鈦氧化鈦(TiO(TiO2 2) )鈍化膜鈍化膜，植入后引起，植入后引起的組織反應(yīng)輕微。的組織反應(yīng)輕微。凝膠狀態(tài)的凝膠狀態(tài)的TiOTiO2 2膜甚至具有誘導(dǎo)體液膜甚至具有誘導(dǎo)體液中鈣、磷離子沉積生成磷灰石的能力，表現(xiàn)出一定的中鈣、磷離子沉積生成磷灰石的能力，表現(xiàn)出一定的生物活性

31、和骨結(jié)合能力，生物活性和骨結(jié)合能力，尤其適合于骨內(nèi)埋植。尤其適合于骨內(nèi)埋植。Ti合金對(duì)人體毒性小，密度小，彈性模量接近于合金對(duì)人體毒性小，密度小，彈性模量接近于天然骨，是較佳的金屬生物醫(yī)用材料。天然骨，是較佳的金屬生物醫(yī)用材料。 鈦及鈦合金具有優(yōu)異的使用特性，被世界公認(rèn)是生物鈦及鈦合金具有優(yōu)異的使用特性，被世界公認(rèn)是生物醫(yī)療領(lǐng)域中優(yōu)異的金屬材料，采用醫(yī)療領(lǐng)域中優(yōu)異的金屬材料，采用鈦及鈦合金制造的股骨鈦及鈦合金制造的股骨頭、髖關(guān)節(jié)、肱骨、顱骨、膝關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)、肩關(guān)節(jié)、掌頭、髖關(guān)節(jié)、肱骨、顱骨、膝關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)、肩關(guān)節(jié)、掌指關(guān)節(jié)、頜骨以及心瓣膜、腎瓣膜、血管擴(kuò)張器、夾板、指關(guān)節(jié)、頜骨以及心瓣膜、腎瓣

32、膜、血管擴(kuò)張器、夾板、假體、緊固螺釘假體、緊固螺釘?shù)壬习俜N金屬件移植到人體中，取得了良等上百種金屬件移植到人體中，取得了良好的效果，被醫(yī)學(xué)界給予了很高的評(píng)價(jià)。好的效果，被醫(yī)學(xué)界給予了很高的評(píng)價(jià)。3.3 3.3 常用醫(yī)用金屬材料常用醫(yī)用金屬材料3.3.3 鈦和鈦鈦和鈦合金合金3 3）臨床應(yīng)用）臨床應(yīng)用 臨床應(yīng)用廣泛，其質(zhì)輕、比強(qiáng)度高、臨床應(yīng)用廣泛，其質(zhì)輕、比強(qiáng)度高、力學(xué)性質(zhì)接近人骨、力學(xué)性質(zhì)接近人骨、強(qiáng)度遠(yuǎn)低于純鈦，耐疲勞、耐蝕性均強(qiáng)度遠(yuǎn)低于純鈦，耐疲勞、耐蝕性均優(yōu)于不銹鋼和鈷基合優(yōu)于不銹鋼和鈷基合金，且金，且生物相容性和表面活性好，是較為理想的一種植入生物相容性和表面活性好，是較為理想的一種植

33、入材料材料。 主要用于：修補(bǔ)顱骨，制成鈦網(wǎng)或鈦箔用于修復(fù)腦膜和腹主要用于：修補(bǔ)顱骨，制成鈦網(wǎng)或鈦箔用于修復(fù)腦膜和腹膜、人工骨、關(guān)節(jié)、牙和矯形物、人工心臟瓣膜支架、人膜、人工骨、關(guān)節(jié)、牙和矯形物、人工心臟瓣膜支架、人工心臟部件和腦止血夾、口腔頜面矯形頜修補(bǔ)、手術(shù)器械工心臟部件和腦止血夾、口腔頜面矯形頜修補(bǔ)、手術(shù)器械、醫(yī)療儀器頜人工假肢等。、醫(yī)療儀器頜人工假肢等。3.3 3.3 常用醫(yī)用金屬材料常用醫(yī)用金屬材料3.3.3 鈦和鈦鈦和鈦合金合金3 3）臨床應(yīng)用）臨床應(yīng)用鈦合金骨鈦合金骨EL1Ti6Al4VEL1Ti6Al4V鈦基合金制作的骨釘和骨板鈦基合金制作的骨釘和骨板鈦基合金的醫(yī)學(xué)應(yīng)用：鈦基合金

34、的醫(yī)學(xué)應(yīng)用： 廣泛用于制作各種人工關(guān)節(jié)、牙床、人工心臟瓣膜、頭蓋骨修復(fù)等方面。廣泛用于制作各種人工關(guān)節(jié)、牙床、人工心臟瓣膜、頭蓋骨修復(fù)等方面。頭顱微型鋼板3.3 3.3 常用醫(yī)用金屬材料常用醫(yī)用金屬材料3.3.3 鈦和鈦鈦和鈦合金合金4 4）鈦和鈦合金植入器件的制造）鈦和鈦合金植入器件的制造 鈦是非?；钴S的元素，在高溫有氧氣存在時(shí)甚至能燃鈦是非?；钴S的元素，在高溫有氧氣存在時(shí)甚至能燃燒，因此在高溫加工處理過程中，需在惰性氣氛或真空條燒，因此在高溫加工處理過程中，需在惰性氣氛或真空條件進(jìn)行。氧容易擴(kuò)散進(jìn)入鈦使材料變脆，因此，任何加熱件進(jìn)行。氧容易擴(kuò)散進(jìn)入鈦使材料變脆，因此，任何加熱處理或鍛造都應(yīng)

35、在低于處理或鍛造都應(yīng)在低于925925C C的條件下進(jìn)行。由于鈦易磨的條件下進(jìn)行。由于鈦易磨損，損，在機(jī)械加工過程中易黏刀在機(jī)械加工過程中易黏刀，使加工變得困難，可，使加工變得困難，可采用采用電化學(xué)加工方法電化學(xué)加工方法解決這一問題。解決這一問題。 為了改善鈦及鈦合金的耐磨性能，可將鈦制品為了改善鈦及鈦合金的耐磨性能，可將鈦制品表面進(jìn)表面進(jìn)行高溫離子氮化行高溫離子氮化及應(yīng)用及應(yīng)用離子注入技術(shù)離子注入技術(shù)處理，通過引起晶格處理，通過引起晶格畸變，使制品表面呈壓力狀態(tài)，從而提高硬度和耐磨性?；?，使制品表面呈壓力狀態(tài)，從而提高硬度和耐磨性。 3.3 3.3 常用醫(yī)用金屬材料常用醫(yī)用金屬材料3.3.

36、3 鈦和鈦鈦和鈦合金合金4 4）鈦和鈦合金植入器件的制造）鈦和鈦合金植入器件的制造3.3 3.3 常用醫(yī)用金屬材料常用醫(yī)用金屬材料3.3.3 鈦和鈦鈦和鈦合金合金4 4）鈦和鈦合金植入器件的制造）鈦和鈦合金植入器件的制造 離子氮化離子氮化后的純鈦及鈦合金硬度分別提高后的純鈦及鈦合金硬度分別提高7 7倍和倍和2 2倍。純倍。純鈦的磨損率降低到原來的鈦的磨損率降低到原來的1/21/2，鈦合金降低到原來的，鈦合金降低到原來的1/61/6；氮；氮化后鈦材的年腐蝕率是非氮化的化后鈦材的年腐蝕率是非氮化的1/31/3。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明組織對(duì)表。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明組織對(duì)表面滲氮鈦材反應(yīng)輕微，材料無毒性。面滲氮鈦材反應(yīng)

37、輕微，材料無毒性。 利用離子注入技術(shù)利用離子注入技術(shù)，可在鈦及合金表面注入氮離子，使，可在鈦及合金表面注入氮離子，使其表面生成氮化鈦陶瓷涂層，大大提高鈦制品的耐磨，耐蝕其表面生成氮化鈦陶瓷涂層，大大提高鈦制品的耐磨，耐蝕性能，如性能，如TC4TC4氮化前后，制品在模擬體液中的年腐蝕率降低至氮化前后，制品在模擬體液中的年腐蝕率降低至原來的原來的1/31/3。3.4 3.4 齒科用金屬齒科用金屬3.4.1 齒科汞齊齒科汞齊 汞齊是一種含有汞金屬成分的合金汞齊是一種含有汞金屬成分的合金 。汞在室溫下是。汞在室溫下是液態(tài)，它能與其他金屬反應(yīng)，如銀、錫等，形成一種塑性液態(tài)，它能與其他金屬反應(yīng)，如銀、錫等

38、，形成一種塑性物質(zhì)，將其填入齲洞中，汞齊隨著時(shí)間推移發(fā)生硬化物質(zhì)，將其填入齲洞中，汞齊隨著時(shí)間推移發(fā)生硬化( (凝凝固固) )。 固態(tài)合金的成分固態(tài)合金的成分是：至少是：至少65%65%的銀，不超過的銀，不超過29%29%的錫的錫，6%6%的銅，的銅，2%2%的鋅和的鋅和3%3%的汞。的汞。 牙醫(yī)在填補(bǔ)齲洞時(shí)，一般先在機(jī)械研磨器中將微粒狀牙醫(yī)在填補(bǔ)齲洞時(shí)，一般先在機(jī)械研磨器中將微粒狀的固態(tài)合金和汞混合，材料變得容易變形，方便操作，然的固態(tài)合金和汞混合，材料變得容易變形，方便操作，然后填充進(jìn)準(zhǔn)備好的齲洞中。后填充進(jìn)準(zhǔn)備好的齲洞中。 3.4 3.4 齒科用金屬齒科用金屬3.4.1 齒科汞齊齒科汞齊

39、 現(xiàn)在應(yīng)用的汞齊合金的銀合金粉在現(xiàn)在應(yīng)用的汞齊合金的銀合金粉在組成組成、形狀形狀及及包裝包裝等方面都等方面都有有了較大改變了較大改變。在組成方面增加了。在組成方面增加了銅含量銅含量，減少，減少了銀含量了銀含量，使汞齊合金，使汞齊合金既提高了強(qiáng)度又降低了成本既提高了強(qiáng)度又降低了成本。傳統(tǒng)的銀合金粉制品是按比例配料后，。傳統(tǒng)的銀合金粉制品是按比例配料后，在無氧高溫條件下熔化，澆鑄成錠，再用機(jī)械切削粉碎成微細(xì)粉末，在無氧高溫條件下熔化，澆鑄成錠，再用機(jī)械切削粉碎成微細(xì)粉末，因此在顯微鏡下為片狀不規(guī)則形。如果將銀合金粉在真空條件下熔化因此在顯微鏡下為片狀不規(guī)則形。如果將銀合金粉在真空條件下熔化并霧化制

40、粉，則在顯微鏡下觀察為圓球形顆粒，又稱球形銀合金粉。并霧化制粉，則在顯微鏡下觀察為圓球形顆粒，又稱球形銀合金粉。由于球形粉末比不規(guī)則粉末的表面積小，故調(diào)和時(shí)所需汞的量也少，由于球形粉末比不規(guī)則粉末的表面積小，故調(diào)和時(shí)所需汞的量也少，因此提高了汞齊合金的強(qiáng)度。另外，在包裝方面使用膠囊包裝取代傳因此提高了汞齊合金的強(qiáng)度。另外，在包裝方面使用膠囊包裝取代傳統(tǒng)的瓶裝，按比例將一定量的汞和銀粉末分別裝于膠囊隔膜兩側(cè)，在統(tǒng)的瓶裝，按比例將一定量的汞和銀粉末分別裝于膠囊隔膜兩側(cè)，在兩者調(diào)和后完成汞齊化。這樣既減少了汞的污染又節(jié)約了原材料，并兩者調(diào)和后完成汞齊化。這樣既減少了汞的污染又節(jié)約了原材料，并提高了汞

41、齊合金的性能。提高了汞齊合金的性能。3.4 3.4 齒科用金屬齒科用金屬3.4.2 金金 金和金合金的耐久性、穩(wěn)定性和抗蝕性，使它們?cè)谘揽粕辖鸷徒鸷辖鸬哪途眯?、穩(wěn)定性和抗蝕性，使它們?cè)谘揽粕铣蔀楹苡杏玫慕饘佟３蔀楹苡杏玫慕饘佟?若合金含有若合金含有75%(75%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)質(zhì)量分?jǐn)?shù)) )或更多的金和其他貴金屬，它們或更多的金和其他貴金屬，它們就能保留其良好的抗蝕性。銅與金形成的合金可顯著提高其強(qiáng)就能保留其良好的抗蝕性。銅與金形成的合金可顯著提高其強(qiáng)度，度，鉑鉑也能改善其強(qiáng)度，但添加量不能超過也能改善其強(qiáng)度，但添加量不能超過4%4%；否則合金的熔；否則合金的熔點(diǎn)會(huì)提高。點(diǎn)會(huì)提高。銀銀的加入可抵消銅

42、的顏色。加入少量的的加入可抵消銅的顏色。加入少量的鋅鋅可降低其可降低其熔點(diǎn)，并排除在熔化過程中形成的氧。不同成分的金合金各有熔點(diǎn)，并排除在熔化過程中形成的氧。不同成分的金合金各有用途。含金量超過用途。含金量超過83%83%的合金較軟，用于鑲嵌，但其硬度太低的合金較軟，用于鑲嵌，但其硬度太低而不能承受太高的壓力。金含量少的較硬合金，用于牙冠和尖而不能承受太高的壓力。金含量少的較硬合金，用于牙冠和尖端處，可承受較大的壓力。端處，可承受較大的壓力。 Ni-TiNi-Ti合金具有形狀記憶的特性合金具有形狀記憶的特性，微米晶態(tài)的，微米晶態(tài)的Ni-TiNi-Ti合金合金在接近室溫時(shí)就展現(xiàn)出奇特的形狀記憶效

43、應(yīng)：當(dāng)溫度低在接近室溫時(shí)就展現(xiàn)出奇特的形狀記憶效應(yīng)：當(dāng)溫度低于轉(zhuǎn)變溫度時(shí)進(jìn)行塑性變形，然后溫度一升高，它就會(huì)于轉(zhuǎn)變溫度時(shí)進(jìn)行塑性變形，然后溫度一升高，它就會(huì)回復(fù)到原始形狀。回復(fù)到原始形狀。 形狀記憶效應(yīng)形狀記憶效應(yīng)普遍認(rèn)為與無擴(kuò)散馬氏體相變有關(guān)，即本普遍認(rèn)為與無擴(kuò)散馬氏體相變有關(guān)，即本質(zhì)上就是熱彈性。熱彈性行為歸因于母相和馬氏體的排質(zhì)上就是熱彈性。熱彈性行為歸因于母相和馬氏體的排序秩序。充分地了解與馬氏體相變相關(guān)地機(jī)械行為和熱序秩序。充分地了解與馬氏體相變相關(guān)地機(jī)械行為和熱行為是必要的。行為是必要的。 形狀記憶合金可用于拱形牙齒矯正。形狀記憶合金可用于拱形牙齒矯正。3.4 3.4 齒科用金屬齒

44、科用金屬3.4.3 Ni-Ti合金合金 鉭是化學(xué)活性很高的金屬，在生理或其它環(huán)境中，鉭是化學(xué)活性很高的金屬，在生理或其它環(huán)境中，甚至在缺氧的狀態(tài)下，其表面都能立即生成一層化學(xué)性能甚至在缺氧的狀態(tài)下，其表面都能立即生成一層化學(xué)性能穩(wěn)定的鈍化膜，從而使鉭穩(wěn)定的鈍化膜，從而使鉭具有很好的化學(xué)穩(wěn)定性具有很好的化學(xué)穩(wěn)定性和和抗生理抗生理腐蝕性腐蝕性，并具有，并具有良好的生物相容性良好的生物相容性。鉭植入骨內(nèi)能與周圍。鉭植入骨內(nèi)能與周圍生成的新骨直接接觸。最近有研究表面，多孔金屬鉭在其生成的新骨直接接觸。最近有研究表面，多孔金屬鉭在其表面進(jìn)行生物活化處理后，植入動(dòng)物體內(nèi)，孔內(nèi)有新骨生表面進(jìn)行生物活化處理后

45、，植入動(dòng)物體內(nèi)，孔內(nèi)有新骨生成，即具有誘導(dǎo)成骨性。這表明金屬鉭具有優(yōu)良的生物學(xué)成，即具有誘導(dǎo)成骨性。這表明金屬鉭具有優(yōu)良的生物學(xué)性能。性能。3.5 3.5 其他金屬其他金屬3.5.1 醫(yī)用鉭醫(yī)用鉭表3-5 鉭合金機(jī)械力學(xué)性能性能完全退火冷加工拉伸強(qiáng)度/MPa205515屈服強(qiáng)度/MPa140345延伸率/%20302楊氏模量/GPa1903.5 3.5 其他金屬其他金屬3.5.1 醫(yī)用鉭醫(yī)用鉭 鉭合金力學(xué)性能見表鉭合金力學(xué)性能見表3-53-5。 鉭可鉭可加工成板、帶、絲材加工成板、帶、絲材，用于制造骨板、骨釘、用于制造骨板、骨釘、夾板、縫合針等外科植入器械夾板、縫合針等外科植入器械。臨床上，鉭

46、片刻用于修補(bǔ)。臨床上，鉭片刻用于修補(bǔ)顱蓋，鉭絲可縫合神經(jīng)、肌腱和血管，鉭板可用于修補(bǔ)骨顱蓋，鉭絲可縫合神經(jīng)、肌腱和血管，鉭板可用于修補(bǔ)骨缺損，鉭網(wǎng)可用于修補(bǔ)肌肉組織。此外，在血管金屬支架缺損，鉭網(wǎng)可用于修補(bǔ)肌肉組織。此外，在血管金屬支架表面鍍一層鉭，能明顯提高血管支架的抗血栓性能。通過表面鍍一層鉭，能明顯提高血管支架的抗血栓性能。通過制造工藝控制和冷加工處理，鉭也可以用作承力部位的修制造工藝控制和冷加工處理，鉭也可以用作承力部位的修復(fù)。復(fù)。3.5 3.5 其他金屬其他金屬3.5.1 醫(yī)用鉭醫(yī)用鉭 鈮為難熔金屬，熔點(diǎn)為鈮為難熔金屬，熔點(diǎn)為24672467C C，其晶體結(jié)構(gòu)為體，其晶體結(jié)構(gòu)為體心立

47、方晶體。純鈮的密度為心立方晶體。純鈮的密度為8.5g/cm8.5g/cm3 3。鈮和鉭的化學(xué)性鈮和鉭的化學(xué)性質(zhì)很相似，具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和耐腐蝕性能質(zhì)很相似，具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和耐腐蝕性能。鈮對(duì)。鈮對(duì)很多腐蝕介質(zhì)在冷態(tài)或稍熱的條件下不起反應(yīng)，金屬鈮很多腐蝕介質(zhì)在冷態(tài)或稍熱的條件下不起反應(yīng)，金屬鈮在空氣中只在溫度高于在空氣中只在溫度高于200200C C時(shí)才明顯氧化。鈮和時(shí)才明顯氧化。鈮和ClCl、H H、N N分別在分別在200200C C、250250C C、400400C C時(shí)才發(fā)生反應(yīng)。時(shí)才發(fā)生反應(yīng)。 3.5 3.5 其他金屬其他金屬3.5.2 醫(yī)用鈮醫(yī)用鈮表表 3-6 鈮的機(jī)械力學(xué)

48、性能鈮的機(jī)械力學(xué)性能(ASTM,F560)性能完全退火冷加工拉伸強(qiáng)度/MPa2753001000顯微硬度/MPa6001100275延伸率/%-1025鈮的力學(xué)性能見表鈮的力學(xué)性能見表3-63-6。3.5 3.5 其他金屬其他金屬3.5.2 醫(yī)用鈮醫(yī)用鈮 鈮可通過鍛造、軋制或拉拔等工序加工成棒、板、鈮可通過鍛造、軋制或拉拔等工序加工成棒、板、管、絲和異性材等。鈮容易磨損和黏結(jié)刀具，切削加工管、絲和異性材等。鈮容易磨損和黏結(jié)刀具，切削加工時(shí)宜采用油水乳化液冷卻，以保持刀具刃部的鋒利性。時(shí)宜采用油水乳化液冷卻，以保持刀具刃部的鋒利性。醫(yī)用鈮一般采用高純鈮，鈮在醫(yī)學(xué)方面與鉭類似，如制醫(yī)用鈮一般采用高

49、純鈮，鈮在醫(yī)學(xué)方面與鉭類似，如制髓內(nèi)釘?shù)?。由于其來源和?jīng)濟(jì)原因，醫(yī)用鈮的用途受到髓內(nèi)釘?shù)取Ｓ捎谄鋪碓春徒?jīng)濟(jì)原因，醫(yī)用鈮的用途受到很大的限制。很大的限制。3.5 3.5 其他金屬其他金屬3.5.2 醫(yī)用鈮醫(yī)用鈮 鉑是一種銀白色金屬，俗稱白金。晶體結(jié)構(gòu)為面心立鉑是一種銀白色金屬，俗稱白金。晶體結(jié)構(gòu)為面心立方。鉑具有高熔點(diǎn)、高沸點(diǎn)和低蒸氣壓的特點(diǎn)，鉑的化學(xué)方。鉑具有高熔點(diǎn)、高沸點(diǎn)和低蒸氣壓的特點(diǎn)，鉑的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。鉑的主要物理性能為：密度性質(zhì)穩(wěn)定。鉑的主要物理性能為：密度21.45g/cm21.45g/cm2 2 (20(20C)C)，熔點(diǎn)，熔點(diǎn)17691769C C，電阻率，電阻率9.859.85

50、cm (0cm (0C)C)。 常見的鉑合金有鉑銥合金、鉑金合金和鉑銀合金，它常見的鉑合金有鉑銥合金、鉑金合金和鉑銀合金，它們均具有們均具有極好的抗蝕性能極好的抗蝕性能和和物理化學(xué)穩(wěn)定性物理化學(xué)穩(wěn)定性。用鉑及其合。用鉑及其合金制造的微探針廣泛用于人體神經(jīng)系統(tǒng)的各種植入性檢測(cè)金制造的微探針廣泛用于人體神經(jīng)系統(tǒng)的各種植入性檢測(cè)和修復(fù)用電子裝置，心臟起搏器等。鉑及其合金的力學(xué)性和修復(fù)用電子裝置，心臟起搏器等。鉑及其合金的力學(xué)性能較差及其成本較高，限制了其在醫(yī)學(xué)上的推廣應(yīng)用能較差及其成本較高，限制了其在醫(yī)學(xué)上的推廣應(yīng)用 。3.5 3.5 其他金屬其他金屬3.5.3 醫(yī)用鉑醫(yī)用鉑腐蝕：腐蝕：材料與周圍介

51、質(zhì)的化學(xué)、電化學(xué)或物理溶解作用而導(dǎo)致材料與周圍介質(zhì)的化學(xué)、電化學(xué)或物理溶解作用而導(dǎo)致 的破壞過程；的破壞過程； 是金屬與它所處的環(huán)境之間發(fā)生的一種不希望出現(xiàn)的化是金屬與它所處的環(huán)境之間發(fā)生的一種不希望出現(xiàn)的化 學(xué)反應(yīng)，將會(huì)導(dǎo)致金屬形成氧化物、氫氧化物或其他化學(xué)反應(yīng)，將會(huì)導(dǎo)致金屬形成氧化物、氫氧化物或其他化 合物而持續(xù)析出。合物而持續(xù)析出。4 4 醫(yī)用金屬材料的腐蝕醫(yī)用金屬材料的腐蝕 本質(zhì)上是電化學(xué)腐蝕。本質(zhì)上是電化學(xué)腐蝕。 其腐蝕原理與原電池的工作原理相類似其腐蝕原理與原電池的工作原理相類似 產(chǎn)生電子被稱為陽極產(chǎn)生電子被稱為陽極( (氧化氧化) )， 消耗電子被稱為陰極消耗電子被稱為陰極( (

52、還原還原) ) 在任何金屬表面都可產(chǎn)生陰極還原，在任何金屬表面都可產(chǎn)生陰極還原， 在陽極氧化產(chǎn)生腐蝕。在陽極氧化產(chǎn)生腐蝕。4 4 醫(yī)用金屬材料的腐蝕醫(yī)用金屬材料的腐蝕4.1 腐蝕的機(jī)理腐蝕的機(jī)理4 4 醫(yī)用金屬材料的腐蝕醫(yī)用金屬材料的腐蝕4.2 生理腐蝕生理腐蝕 -金屬材料在體內(nèi)與人體體液之間發(fā)生的腐蝕 分類：分類： (1) (1) 全面腐蝕全面腐蝕 又稱為均勻腐蝕又稱為均勻腐蝕 金屬材料表面各處腐蝕破壞深度差別很小，沒有腐蝕破壞金屬材料表面各處腐蝕破壞深度差別很小，沒有腐蝕破壞特別嚴(yán)重和特別輕微或甚至看不出腐蝕破壞的表面區(qū)域。特別嚴(yán)重和特別輕微或甚至看不出腐蝕破壞的表面區(qū)域。 在人體內(nèi)，金屬

53、材料的均勻腐蝕速率較低，年失重率較小，在人體內(nèi)，金屬材料的均勻腐蝕速率較低，年失重率較小，一般不存在對(duì)材料的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度造成大的破壞。但由于均勻腐蝕一般不存在對(duì)材料的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度造成大的破壞。但由于均勻腐蝕是在大面積上發(fā)生的，腐蝕產(chǎn)物及其金屬離子進(jìn)入人體的數(shù)量是在大面積上發(fā)生的，腐蝕產(chǎn)物及其金屬離子進(jìn)入人體的數(shù)量較多，對(duì)周圍組織的生長會(huì)有不利的影響。較多，對(duì)周圍組織的生長會(huì)有不利的影響。4 4 醫(yī)用金屬材料的腐蝕醫(yī)用金屬材料的腐蝕4.2 生理腐蝕生理腐蝕(2) (2) 局部腐蝕局部腐蝕: : 不同區(qū)域的腐蝕破壞深度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了腐蝕破不同區(qū)域的腐蝕破壞深度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了腐蝕破 壞的平均深度。對(duì)材料的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度影

54、響較大。壞的平均深度。對(duì)材料的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度影響較大。 點(diǎn)蝕：點(diǎn)蝕：在金屬表面局部出現(xiàn)了微電池作用在金屬表面局部出現(xiàn)了微電池作用 晶間腐蝕晶間腐蝕：發(fā)生在材料內(nèi)部晶粒邊界上：發(fā)生在材料內(nèi)部晶粒邊界上, ,導(dǎo)致力學(xué)性導(dǎo)致力學(xué)性 能下降能下降 縫隙腐蝕：縫隙腐蝕：由于環(huán)境中化學(xué)成分的濃度分布不均勻引由于環(huán)境中化學(xué)成分的濃度分布不均勻引 起，屬閉塞電池腐蝕，多發(fā)生在界面部位起，屬閉塞電池腐蝕，多發(fā)生在界面部位4 4 醫(yī)用金屬材料的腐蝕醫(yī)用金屬材料的腐蝕4.2 生理腐蝕生理腐蝕 (3) (3) 磨蝕磨蝕: :植入器件之間切向反復(fù)的相對(duì)滑動(dòng)所造成的表植入器件之間切向反復(fù)的相對(duì)滑動(dòng)所造成的表 面磨損和腐蝕環(huán)境作

55、用所造成的腐蝕。面磨損和腐蝕環(huán)境作用所造成的腐蝕。 (4) (4) 應(yīng)力腐蝕應(yīng)力腐蝕: :在應(yīng)力和腐蝕介質(zhì)共同作用下出現(xiàn)的一種在應(yīng)力和腐蝕介質(zhì)共同作用下出現(xiàn)的一種 加速腐蝕的行為。在裂紋尖端處可發(fā)生力學(xué)和加速腐蝕的行為。在裂紋尖端處可發(fā)生力學(xué)和 電化學(xué)綜合作用，導(dǎo)致裂紋迅速擴(kuò)展而造成植電化學(xué)綜合作用，導(dǎo)致裂紋迅速擴(kuò)展而造成植 入器件斷裂失效。入器件斷裂失效。4 4 醫(yī)用金屬材料的腐蝕醫(yī)用金屬材料的腐蝕4.2 生理腐蝕生理腐蝕 (5) (5) 疲勞腐蝕疲勞腐蝕: :材料在腐蝕介質(zhì)中承受某些應(yīng)力的循環(huán)作材料在腐蝕介質(zhì)中承受某些應(yīng)力的循環(huán)作 用所產(chǎn)生的腐蝕，表面微裂紋和缺陷可使用所產(chǎn)生的腐蝕，表面微

56、裂紋和缺陷可使 疲勞腐蝕加劇。疲勞腐蝕加劇。 (6) (6) 電偶腐蝕電偶腐蝕: :發(fā)生在兩個(gè)具有不同電極電位的金屬配件發(fā)生在兩個(gè)具有不同電極電位的金屬配件 偶上的腐蝕。偶上的腐蝕。4 4 醫(yī)用金屬材料的腐蝕醫(yī)用金屬材料的腐蝕4.2 生理腐蝕生理腐蝕4 4 醫(yī)用金屬材料的腐蝕醫(yī)用金屬材料的腐蝕4.3 常用金屬材料的耐腐蝕性能常用金屬材料的耐腐蝕性能 通過陽極極化曲線檢測(cè)表明，金屬材料的耐蝕性為通過陽極極化曲線檢測(cè)表明，金屬材料的耐蝕性為鈦鈦合金合金 鈷基合金鈷基合金 不銹鋼不銹鋼 提高金屬的抗腐蝕性能的途徑提高金屬的抗腐蝕性能的途徑： （1 1）在）在材料表面形成保護(hù)層材料表面形成保護(hù)層 （2

57、 2）提高材料表面光潔度）提高材料表面光潔度 不銹鋼：不銹鋼：在不銹鋼中加入鉻、鎳或鈷，或制成在不銹鋼中加入鉻、鎳或鈷，或制成Co-Ni-Cr-TiCo-Ni-Cr-Ti 合金；降低不銹鋼中的合金；降低不銹鋼中的SiSi、MnMn等雜質(zhì)元素及非金等雜質(zhì)元素及非金 屬夾雜物，其耐腐蝕性能可大大提高。屬夾雜物，其耐腐蝕性能可大大提高。 貴金屬：貴金屬：有較強(qiáng)抗蝕性，如果僅考慮抗蝕性的話，是理想有較強(qiáng)抗蝕性，如果僅考慮抗蝕性的話，是理想 的植入材料。的植入材料。 鈦及鈦合金：鈦及鈦合金：表面經(jīng)過鈍化處理可生成一層保護(hù)性的氧化表面經(jīng)過鈍化處理可生成一層保護(hù)性的氧化 膜，提高抗蝕能力。常用的表面鈍化處理

58、有化學(xué)膜，提高抗蝕能力。常用的表面鈍化處理有化學(xué) 和電化學(xué)鈍化兩種工藝。和電化學(xué)鈍化兩種工藝。 Co-Cr-MoCo-Cr-Mo合金：合金：鈷基合金在生物體內(nèi)多保持鈍化狀態(tài)，其鈷基合金在生物體內(nèi)多保持鈍化狀態(tài)，其 鈍化膜穩(wěn)定，耐蝕性好。廣泛用于植入器件的制鈍化膜穩(wěn)定，耐蝕性好。廣泛用于植入器件的制 造。造。4 4 醫(yī)用金屬材料的腐蝕醫(yī)用金屬材料的腐蝕4.3 常用金屬材料的耐腐蝕性能常用金屬材料的耐腐蝕性能 金屬及其合金在生物體內(nèi)的腐蝕問題尚未解決，需對(duì)其金屬及其合金在生物體內(nèi)的腐蝕問題尚未解決，需對(duì)其表面進(jìn)行改性。表面進(jìn)行改性。 表面改性不僅要表面改性不僅要抑制有害金屬離子的溶出抑制有害金屬離

59、子的溶出，而且要，而且要促進(jìn)促進(jìn)組織的再生和加強(qiáng)材料與組織結(jié)合組織的再生和加強(qiáng)材料與組織結(jié)合。 金屬生物材料的表面改性技術(shù)主要可以分為：金屬生物材料的表面改性技術(shù)主要可以分為： （1 1）物理化學(xué)方法物理化學(xué)方法 （2 2）形態(tài)學(xué)方法形態(tài)學(xué)方法 （3 3）生物化學(xué)方法生物化學(xué)方法。5 5 金屬與合金表面涂層處理金屬與合金表面涂層處理 -改善金屬生物材料表面性能的主要方法改善金屬生物材料表面性能的主要方法 （1 1）熱噴涂）熱噴涂 （2 2）脈沖激光融覆：）脈沖激光融覆： （3 3）離子濺射）離子濺射 （4 4）噴砂法）噴砂法 （5 5）電結(jié)晶法）電結(jié)晶法 （6 6）電化學(xué)法）電化學(xué)法 （7 7

60、）離子注入）離子注入5 5 金屬與合金表面涂層處理金屬與合金表面涂層處理5.1 物理化學(xué)方法物理化學(xué)方法 在不改變金屬基體表層的化學(xué)組成的情況下，將其直在不改變金屬基體表層的化學(xué)組成的情況下，將其直接植入生物體內(nèi)，從而達(dá)到對(duì)生物體組織在其上的粘附、接植入生物體內(nèi)，從而達(dá)到對(duì)生物體組織在其上的粘附、生長以及粘附強(qiáng)度產(chǎn)生重要影響。此方法并不在基體表面生長以及粘附強(qiáng)度產(chǎn)生重要影響。此方法并不在基體表面產(chǎn)生強(qiáng)化層或附加涂層，而是通過改善植入體的表面微觀產(chǎn)生強(qiáng)化層或附加涂層，而是通過改善植入體的表面微觀形貌來獲得最好的植入效果。形貌來獲得最好的植入效果。 形態(tài)學(xué)表面改性工藝在提高結(jié)合強(qiáng)度的同時(shí)，一般不形