專利名稱：一種牙科用鈦合金材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種生物醫(yī)用鈦合金材料，特別涉及一種齒科用生物醫(yī)用鈦合金材
料，主要用于臨床口腔修復(fù)、種植等。 二、研究
背景技術(shù)：
據(jù)統(tǒng)計，牙周病、齲齒、牙列不齊是目前我國最普遍的三大牙病，這三種牙病的各種后遺癥，如牙齒缺損、牙齦腫脹疼痛、拔牙也困擾著人們，有90%的人患有不同程度的牙齦炎和牙周炎。過去由于經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平及口腔衛(wèi)生觀念、意識的制約，國人對早期治療及預(yù)防性治療的認(rèn)識及合作程度較發(fā)達(dá)國家明顯落后。近年來，隨著人們生活水平提高、患者治療意識的增強(qiáng)，我國的牙科臨床及科研均得到了前所未有的發(fā)展，牙科用材料也得到了迅速發(fā)展。 牙科用材料主要有金合金、Ni-Cr合金、Co-Cr合金、不銹鋼等。金合金的價格和顏色限制了其應(yīng)用。Ni-Cr合金、Co-Cr合金、不銹鋼均含有Ni、 Co、 Cr等有害元素，因此逐漸被淘汰。與這些材料相比，鈦及鈦合金密度小、比強(qiáng)度高，具有極好的生物相容性和耐腐蝕性。鑒于這些優(yōu)點(diǎn)，從20世紀(jì)80年代起發(fā)達(dá)國家就開始研究鈦在口腔修復(fù)中的應(yīng)用，近年來，牙科用鈦合金得到長足發(fā)展，如a+P型鈦合金Ti6A14V、 Ti6A17Nb和Ti5A12. 5Fe，但這些合金中含細(xì)胞毒素元素和較高的的彈性模量，逐漸被淘汰。不含細(xì)胞毒素元素、具有較低的彈性模量的鈦合金逐漸被人們青睞。如美國的Til3Nbl3Zr、 Til5Mo和Til5Mo3Nb，日本研究的Ti29Nbl3Ta4. 6Zr、 Ti29Nbl3Ta4Mo、 Ti29Nbl3Ta2Sn和Ti29Nbl3Ta6Sn。以及國內(nèi)如申請?zhí)枮?2144726. 8的專利提供了一種制作義齒的新型口腔用鈦合金，申請?zhí)枮?00410020500.8的專利提供了一種齒科用生物醫(yī)用鈦合金，具有較低的彈性模量等。但這些合金成本太高(如Ta元素的加入)，且難以克服耐蝕性和耐磨性差的缺點(diǎn)，另外，Mo、Nb等難熔稀有金屬的加入，將會增加冶煉難度，容易使合金成分不均勻，使其在牙科上的普及和推廣受到很大的限制。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有牙科用鈦合金材料成本較高、耐蝕性和耐磨性差等缺陷，本發(fā)明合金中添加廉價的、生物相容性較好的P共析元素銅和微量元素(稀土元素鑭、鈰或鋰中的一種)，采用中間合金加入，結(jié)合特殊的控制手段和工藝流程，可降低合金體系的熔點(diǎn)與材料成本、提高材料的耐蝕性，同時控制其相結(jié)構(gòu)和耐磨性。 本發(fā)明提供的牙科用鈦合金成分包括鈦、鋯、銅和微量元素，Zr的重量百分比為5 15%， Cu的重量百分比為1 5%，微量元素的重量百分比為0. 05 0. 5%， Ti余量。所包括的微量元素根據(jù)性能匹配的要求可調(diào)節(jié)，至少為鋰或稀土元素鑭、鈰中的一種。
本發(fā)明提供的牙科用鈦合金的制作工藝過程為配料_裝料_熔煉_鑄造成型。原材料采用海綿鈦、海綿鋯、純銅、微量元素，先制備中間合金，然后按一定的比例配成合金材料，再經(jīng)真空電弧熔煉多次成錠。 本發(fā)明提供的牙科用鈦合金主要為a相，含少量|3相，具有優(yōu)良的耐蝕性，與13型鈦合金相比，具有更好的耐磨性，適用于牙科修復(fù)中。加入P共析元素Cu能穩(wěn)定一定量的13相至室溫，同時能細(xì)化合金晶粒，起到細(xì)晶強(qiáng)化作用，使得合金保持較高的強(qiáng)度和塑性，提高合金耐磨性，并且，析出的Ti2Cu硬粒子也能有效提高耐磨性。Zr屬于中性元素，可降低鑄造線收縮率，強(qiáng)化合金力學(xué)性能，改善焊接性能，且生物相容性好，與國內(nèi)外現(xiàn)有牙科用鈦合金相比，具有以下明顯優(yōu)點(diǎn) 1、與目前臨床廣泛上所廣泛應(yīng)用的Ti6A14V合金相比，避免了有毒元素的加入。同時避免了鉭、鈮等貴金屬的加入，控制了合金成本； 2、合金鑄造性能良好，鑄造表面光滑，熔融狀態(tài)下其粘度明顯小于純鈦；
3、合金壓縮強(qiáng)度高達(dá)1300MPa至2000MPa ;
4、耐磨性優(yōu)于現(xiàn)有牙科用鈦合金。
四具體實(shí)施方式
實(shí)施例1 :
1.配料
海綿鋯50克
銅 10克
鋰 0. 5克
海綿鈦余量 _ 總重1000克
2.熔煉 首先將海綿鈦、合金元素及中間合金放入真空非自耗電極水冷銅坩堝電弧爐中。將爐膛抽真空至10—3pa，然后輸入高純惰性氣體進(jìn)行一次或數(shù)次的反復(fù)沖洗。通電熔煉時，鎢極頭陰極和水冷銅坩堝陽極上的引弧端頭之間高壓放電產(chǎn)生電弧，釋放出巨大的熱量，使金屬在短時間內(nèi)熔化，將熔化過的鑄錠翻轉(zhuǎn)五次進(jìn)行重熔來保證其成分的均勻性，熔煉后直接鑄造成型。 3.本實(shí)施例制備的鈦合金主要技術(shù)指標(biāo) 該合金硬度HV = 248 壓縮強(qiáng)度1360MPa密度4. 68克/立方厘米。 實(shí)施例2 : 1.配料 海綿鋯120克 銅 35克 鑭 4克 海綿鈦余量 _ 總重1000克 2.熔煉方法同實(shí)施例l。 3.本實(shí)施例制備的鈦合金主要技術(shù)指標(biāo) 該合金硬度HV = 308 壓縮強(qiáng)度1920MPa 密度4. 93克/立方厘米。
4
實(shí)施例3 : 1.配料 海綿鋯100克 銅 40克 鈰 3克 海綿鈦余量 _ 總重1000克 2.熔煉方法同實(shí)施例l。 3.本實(shí)施例制備的鈦合金主要技術(shù)指標(biāo) 該合金硬度HV = 322 壓縮強(qiáng)度1987MPa 密度4. 89克/立方厘米。 實(shí)施例4 : 1.配料 海綿鋯70克 銅 15克 鋰 l克 海綿鈦余量 _ 總重1000克 2.熔煉方法同實(shí)施例l。 3.本實(shí)施例制備的鈦合金主要技術(shù)指標(biāo) 該合金硬度HV = 260 壓縮強(qiáng)度1440MPa 密度4. 71克/立方厘米。 實(shí)施例5 : 1.配茅斗 海綿鋯50克 銅 20克 鈰 2克 海綿鈦余量 _ 總重1000克 2.熔煉方法同實(shí)施例l。 3.本實(shí)施例制備的鈦合金主要技術(shù)指標(biāo) 該合金硬度HV = 273 壓縮強(qiáng)度1580MPa 密度4. 70克/立方厘米。 實(shí)施例6 : 1.配料 海綿鋯150克 銅 30克 鈰 4克 海綿鈦余量
_ 總重1000克 2.熔煉方法同實(shí)施例l。 3.本實(shí)施例制備的鈦合金主要技術(shù)指標(biāo) 該合金硬度HV = 295 壓縮強(qiáng)度1855MPa 密度4. 97克/立方厘米。 實(shí)施例7 : 1.配料 海綿鋯100克 銅 20克 鑭 5克 海綿鈦余量 _ 總重1000克 2.熔煉方法同實(shí)施例l。 3.本實(shí)施例制備的鈦合金主要技術(shù)指標(biāo) 該合金硬度HV = 282 壓縮強(qiáng)度1630MPa 密度4. 83克/立方厘米。
權(quán)利要求
一種牙科用Ti-Zr-Cu-M鈦合金，其特征在于合金成分包括鈦、鋯、銅和微量元素，Zr的重量百分比為5～15％，Cu的重量百分比為1～5％，微量元素M的重量百分比為0.05～0.5％，Ti余量；所包括的微量元素M根據(jù)性能匹配的要求可調(diào)節(jié)，至少為鋰或稀土元素鑭、鈰中的一種；其相結(jié)構(gòu)為主相α和少量的β相。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種牙科用鈦合金材料，合金成分包括鈦、鋯、銅和微量元素，Zr的重量百分比為5～15％，Cu的重量百分比為1～5％，微量元素M的重量百分比為0.05～0.5％，Ti余量。所包括的微量元素M根據(jù)性能匹配的要求可調(diào)節(jié)，至少為鋰或稀土元素鑭、鈰中的一種；其相結(jié)構(gòu)為主相α和少量的β相。材料的性能指標(biāo)如下維氏硬度為260-320，抗壓強(qiáng)度為1300-2000MPa。
文檔編號A61K6/04GK101705390SQ200910216430
公開日2010年5月12日 申請日期2009年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月1日
發(fā)明者馮作明, 朱達(dá)川, 涂銘旌 申請人:四川大學(xué)