真空等離子噴涂
羥基磷灰石（Hydroxyapatite，HA）生物陶瓷材料具有優良的生物活性和生物相容性，但HA燒結后強度較低，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揮生物陶瓷材料和鈦合金材料各自的優勢，克服各自的缺點，較好滿足臨床應用的需要。
1.人工關節表面真空等離子弧噴涂Ti、HA涂層在Ti或其合金基材上沉積的等離子噴涂鈦（Ti）、羥基磷灰石（HA）涂層已在臨床上獲得應用。等離子弧噴涂是一個高溫過程，粉末在噴涂過程中會發生較為復雜的物理、化學變化。等離子弧噴涂HA涂層與其噴涂粉末相比，會發生結構和組成的改變，并導致涂層結晶度的降低。在高于500℃的環境中，Ti很容易與O2、H2、N2以及CO2反應。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會與周圍氣氛發生反應。噴涂過程中產生的反應產物往往會降低涂層的延展性，并導致材料產生裂紋。
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備。采用真空等離子噴涂技術可以制備性能優良的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現，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合，大氣噴涂（APS）Ti涂層與基體間的結合強度約為37MPa，而真空噴涂（VPS）Ti涂層的結合強度可達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晶度測定結果顯示，APS HA涂層的結晶度僅為42％，而VPS HA涂層的結晶度則超過60％，可滿足臨床植入對涂層結晶度的要求。真空等離子噴涂Ti-HA涂層人工髖關節實際部件見圖2.已噴涂人工髖關節植入物約7000件。
4.HA基復合涂層。采用等離子弧噴涂技術，在Ti-6Al-4V合金基體上，制備了HA/Ti、HA/TiO2、HA/ZrO2，等復合涂層，能有效地改善涂層與基體之間的結合。
結合強度分析表明，在HA涂層中摻入金屬或陶瓷等成分，涂層的結合情況可以得到改善。以HA/ZrO2復合涂層為例，摻入ωZrO2＝60％的復合涂層的結合強度比純HA涂層高出約一倍。結合強度的提高，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失配，減少了因熱膨脹系數失配導致的殘余熱應力在涂層與基體界面處的集中。另外，摻雜物小身的結合強度較高也是復合涂層結合強度提高的一個重要原因。 |
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