一種含銅抗菌鈦合金及其製備方法
2023-05-08 15:10:41 1
專利名稱：一種含銅抗菌鈦合金及其製備方法
技術領域：
本發明涉及抗菌鈦合金及其製備方法。
背景技術：
鈦合金醫學應用廣泛，如外科的人工關節。齒科中鈦及鈦合金的應用更加廣泛，如人造牙根，牙齒矯正絲、白齒用齒冠橋、金屬牙床、牙託、顎骨植入材等。但是，用於醫療的鈦合金在使用中發現出現下列問題1)外科人工假體，儘管手術過程中採用無菌操作，並配合抗生素使用，但是由於鈦及鈦合金植入體的感染仍然造成很高的發病率，長期以來一直是困擾醫務人員的一個棘手問題。資料表明全髓關節置換術後感染率為0. -1% ；全膝關節感染率為"4% ；而全肘關節為4% -47% ；眼睛旁路的感染率高達4% -30%。2)齒科鈦合金，大量臨床統計結果證實，齒科鈦合金植入體的鬆動、脫落，相當一部分原因是由於種植體頸部菌斑堆積，導致種植義齒失敗。鈦合金是生物惰性材料，儘管經過不同的表面處理或改性處理，可以提高表面的生物相容性，但是本身不具備抗菌性，細菌容易在表面生長。因此，使鈦合金具有抗菌性可以有效地解決鈦合金表面的細菌感染問題， 提高植入成功率，對改善患者生活質量具有重要意義目前，抗菌鈦或鈦合金都是通過表面處理的方法而製備的。如在Ti植入體表面鍍銀，在表面塗含有抗生素藥物的有機抗菌塗層，在TiA塗層中添加Ag離子和Cu離子，在表面製備載銀羥基磷灰石層，在表面注入銅、銀、氟、氮離子，直接在鈦合金表面噴塗TiM，或者將鈦在NaCl溶液中陽極氧化和微弧氧化獲得抗菌性。上述抗菌鈦或鈦合金都是通過表面技術獲得的抗菌性能，但是抗菌劑都存在於表面，抗菌性能會在使用過程由於塗層的降解或者摩擦等原因逐漸衰退，甚至完全喪失，即表面型抗菌鈦合金抗菌性能存在長效性問題。
發明內容
本發明是為了解決現有抗菌鈦或鈦合金的表面抗菌層易衰退或喪失，存在的長效性差的問題，而提供一種含銅抗菌鈦合金及其製備方法。本發明的一種含銅抗菌鈦合金是在純鈦或者鈦合金中加入質量百分比為 30%的銅製成的。本發明的一種含銅抗菌鈦合金的製備方法按以下步驟進行一、按質量百分比稱取 30%的純銅粉和70% 99%的鈦材料粉，其中鈦材料為純鈦或者鈦合金；二、在氣體或液體保護下，將純銅粉與鈦材料粉加入到球磨機中，球料質量比為1 10 1，球磨機轉速為100轉/分鐘 600轉/分鐘，球磨時間為0. 5h 20h，得到粉料；三、將步驟二得到的粉料加入到模具中，再把模具放在真空熱壓燒結爐中，先抽真空至IX 10-2 IX l(T5Pa，然後升溫至850°C 1080°C並升壓至50MPa 300MPa，保持0. 5h 3h，得到含銅抗菌鈦合金。
本發明的含銅抗菌鈦合金是在純鈦或者鈦合金中加入銅元素，在鈦合金中形成抗菌相。當含銅抗菌鈦合金與菌液或者其它液體接觸時，就會溶解Cu離子，溶解出的Cu離子具有殺菌作用，從而達到殺菌抗菌的效果。本發明的含銅抗菌鈦合金是通過合金化處理使鈦合金整體都具有抗菌性，即整體性抗菌鈦合金。即使經過表面磨損後仍然具有良好的抗菌性能，因此具有長效性。本發明的含銅抗菌鈦合金可用於醫學領域或者日常生活用品領域。
圖1是具體實施方式
十七製備的含銅抗菌鈦合金的掃描電鏡照片。
具體實施例方式具體實施方式
一本實施方式的一種含銅抗菌鈦合金是在純鈦或者鈦合金中加入質量百分比為 30%的銅製成的。本實施方式中純鈦是指鈦含量彡99. 9% (質量)的鈦。本實施方式的含銅抗菌鈦合金是在純鈦或者鈦合金中加入銅元素，在鈦合金中形成抗菌相。當含銅抗菌鈦合金與菌液或者其它液體接觸時，就會溶解Cu離子，溶解出的Cu 離子具有殺菌作用，從而達到殺菌抗菌的效果。本實施方式的含銅抗菌鈦合金是通過合金化處理使鈦合金整體都具有抗菌性，即整體性抗菌鈦合金。即使經過表面磨損後仍然具有良好的抗菌性能，因此具有長效性。
具體實施方式
二本實施方式與具體實施方式
一不同的是所述的鈦合金為α型鈦合金、β型鈦合金或α+β型鈦合金；其他與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三本實施方式與具體實施方式
一不同的是所述的鈦合金為 Ti-6A1-4V, Ti-6Al-7Nb, Τ -5Α1-2.5Fe, Ti-12Mo-6Zr-2Fe, Ti-15Mo-5Zr-3AU Ti-15Mo-3Nb-30、Ti-15Zr-4Nb-2Ta-0. 2Pd、Ti-15Zr-4Nb-2Ta-0. 2Pd、Ti_13Nb_13Zr 或 Ti-Nb-Ta-&。其他與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
四本實施方式的一種含銅抗菌鈦合金的製備方法按以下步驟進行一、按質量百分比稱取1 % 30 %的純銅粉和70 % 99 %的鈦材料粉，其中鈦材料為純鈦或者鈦合金；二、在氣體或液體保護下，將純銅粉與鈦材料粉加入到球磨機中，球料質量比為1 10 1，球磨機轉速為100轉/分鐘 600轉/分鐘，球磨時間為0. 20h，得到粉料；三、將步驟二得到的粉料加入到模具中，再把模具放在真空熱壓燒結爐中，先抽真空至IX KT2Pa 1父10^^，然後升溫至8501 1080°C並升壓至50MPa 300MPa，保持 0. 5h 池，得到含銅抗菌鈦合金。本實施方式步驟一中的純銅是指銅含量>99. 9% (質量)的銅，純鈦是指鈦含量 ^ 99.9% (質量)的鈦。本實施方式的含銅抗菌鈦合金是在純鈦或者鈦合金中加入銅元素，在鈦合金中形成抗菌相。當含銅抗菌鈦合金與菌液或者其它液體接觸時，就會溶解Cu離子，使溶解出的 Cu離子具有殺菌作用，從而達到殺菌抗菌的效果。本實施方式的含銅抗菌鈦合金是通過合金化處理使鈦合金整體都具有抗菌性，即整體性抗菌鈦合金。即使經過表面磨損後仍然具有良好的抗菌性能。
具體實施方式
五本實施方式與具體實施方式
四不同的是步驟二所述的氣體保護，是指在惰性氣體或高純氮氣保護下。其它與具體實施方式
四相同。本實施方式中高純氮氣是指氮氣的濃度> 99. 999% (體積)的氮氣。
具體實施方式
六本實施方式與具體實施方式
四不同的是步驟二所述的液體保護，是指在純銅粉與鈦材料粉中加入溶劑中，銅粉與鈦材料粉的質量之和與溶劑的體積的比為Ig 5mL 20mL，其中溶劑是指無水乙醇或丙酮。其它與具體實施方式
四相同。本實施方式球磨後，將漿料在不高於100°C的溫度下烘乾成粉。
具體實施方式
七本實施方式與具體實施方式
四至六之一不同的是步驟一中按質量百分比稱取3% 25%的純銅粉和75% 97%的鈦材料粉。其它與具體實施方式
四至六之一相同。
具體實施方式
八本實施方式與具體實施方式
四至六之一不同的是步驟一中按質量百分比稱取15%的純銅粉和85%的鈦材料粉。其它與具體實施方式
四至六之一相同。
具體實施方式
九本實施方式與具體實施方式
四至八之一不同的是步驟二中的球料質量比為2 8 1。其它與具體實施方式
四至八之一相同。
具體實施方式
十本實施方式與具體實施方式
四至八之一不同的是步驟二中的球料質量比為6 1。其它與具體實施方式
四至八之一相同。
具體實施方式
十一本實施方式與具體實施方式
四至十之一不同的是步驟二中球磨機轉速為150轉/分鐘 500轉/分鐘，球磨時間為 18h。其它與具體實施方式
四至十之一相同。
具體實施方式
十二 本實施方式與具體實施方式
四至十之一不同的是步驟二中球磨機轉速為300轉/分鐘，球磨時間為12h。其它與具體實施方式
四至十之一相同。
具體實施方式
十三本實施方式與具體實施方式
四至十二之一不同的是步驟四中真空熱壓燒結爐的真空度為lX10』a lX10_4Pa。其它與具體實施方式
四至十二之一相同。
具體實施方式
十四本實施方式與具體實施方式
四至十二之一不同的是步驟四中真空熱壓燒結爐的真空度為5X 10_3Pa，其它與具體實施方式
四至十二之一相同。
具體實施方式
十五本實施方式與具體實施方式
四至十四之一不同的是步驟四中真空熱壓燒結的溫度為880°C 1000°C、壓力為IOOMPa 250MPa，真空熱壓燒結時間為 Ih 2. .。。其它與具體實施方式
四至十四之一相同。
具體實施方式
十六本實施方式與具體實施方式
四至十四之一不同的是步驟四中真空熱壓燒結的溫度為920°C、壓力為180MPa，真空熱壓燒結時間為2h.。。其它與具體實施方式
四至十四之一相同。
具體實施方式
十七本實施方式的一種含銅抗菌鈦合金的製備方法按以下步驟進行一、按質量百分比稱取25%的純銅粉和75%的純鈦粉；二、在高純氬氣保護下，將步驟一稱取的純銅粉與純鈦粉加入到球磨機中，球料質量比為5 1，球磨機轉速為200轉/分鐘，球磨時間為5h，得到粉料；三、將步驟二得到的粉料加入到模具中，再把模具放在真空熱壓燒結爐中，先抽真空至IX 10_3Pa，然後升溫至900°C並升壓至lOOMPa，保持池，得到含銅抗菌鈦合金。本實施方式步驟一中的純銅是指銅的含量>99. 9% (質量)的銅，純鈦是指鈦的含量彡99.9% (質量)的鈦。本實施方式中高純氬氣是指濃度> 99. 999% (體積)的氬氣；本實施方式得到的含銅抗菌鈦合金是在純鈦中加入25% (質量)的銅製成的。本實施方式得到的含銅抗菌鈦合金掃描電鏡照片如圖1所示，圖1中白色的質點就是形成的抗菌相，從圖1可以看出，抗菌相均勻分布在合金中。本實施方式製備的一種含銅抗菌鈦合金抗菌性能的檢測參考QB/T 2591-2003抗菌塑料抗菌性能試驗方法和抗菌效果的覆蓋膜法按以下步驟進行a、預備實驗樣品實驗樣品為陰性對照樣品、空白對照組樣品及本實施方式製備的含銅抗菌鈦合金，其中陰性對照樣品為直徑90mm或IOOmm的滅菌平皿內平板；空白對照組樣品為直徑10mm、厚Imm的商業醫用純鈦片；本實施方式製備的含銅抗菌鈦合金的直徑為10mm、厚為Imm;將陰性對照樣品、對照組樣品和本實施方式製備的含銅抗菌鈦合金有樣品採用醫學常規高溫高壓滅菌， 待用；b、配製實驗細菌懸液復甦實驗菌並培養後經形態學及生化試驗鑑定為純培養物， 用常規培養基分別將實驗中的金黃色葡萄球菌和大腸桿菌配製成細菌濃度為IXlO6Cfu/ mL的細菌液；C、抗菌性能評價分別取細菌液0. 2mL滴加在陰性對照樣品、對照樣品和本實施方式製備的含銅抗菌鈦合金上，每個樣品選5個平行樣，用滅菌覆蓋膜分別覆蓋在樣品上，鋪平，使菌均勻接觸樣品，置入滅菌平皿中，然後在(37 士 1 °C )於普通培養箱(厭氧菌在厭氧培養箱)培養M小時；d、將實驗樣品取出後，分別加入洗脫液20mL，反覆洗實驗樣品及覆蓋膜，充分搖勻後，取一定量接種於各自的培養基，在(37 士 1°C)下培養，其中需氧條件培養M小時，厭氧菌在厭氧條件培養72小時，然後測定活菌數；以上實驗重複三次，將上述測定的活菌數乘以100為各樣品實際回收活菌數。實驗樣品的抗菌率)計算
權利要求
1.一種含銅抗菌鈦合金，其特徵在於含銅抗菌鈦合金是在純鈦或者鈦合金中加入質量百分比為 30%的銅製成的。
2.根據權利要求1所述的一種含銅抗菌鈦合金，其特徵在於所述的鈦合金為α型鈦合金、β型鈦合金或α+β型鈦合金。
3.如權利要求1所述的一種含銅抗菌鈦合金的製備方法，其特徵在於含銅抗菌鈦合金的製備方法按以下步驟進行一、按質量百分比稱取 30%的純銅粉和70% 99%的鈦材料粉，其中鈦材料為純鈦或者鈦合金；二、在氣體或液體保護下，將純銅粉與鈦材料粉加入到球磨機中，球料質量比為1 10 1，球磨機轉速為100轉/分鐘 600轉/分鐘， 球磨時間為0. 5h 20h，得到粉料；三、將步驟二得到的粉料加入到模具中，再把模具放在真空熱壓燒結爐中，先抽真空至lX10』a 1\10_節￡1，然後升溫至8501 1080°C並升壓至50MPa 300MPa，保持0. 5h 3h，得到含銅抗菌鈦合金。
4.根據權利要求3所述的一種含銅抗菌鈦合金的製備方法，其特徵在於所述的氣體保護是指在惰性氣體或高純氮氣的保護下。
5.根據權利要求3或4所述的一種含銅抗菌鈦合金的製備方法，其特徵在於步驟二所述的液體保護是指將純銅粉與鈦材料粉中加入溶劑中，銅粉與鈦材料粉的質量之和與溶劑的體積的比為Ig 5mL 20mL，其中溶劑是指無水乙醇或丙酮。
6.根據權利要求3或4所述的一種含銅抗菌鈦合金的製備方法，其特徵在於步驟一中按質量百分比稱取3% 25%的純銅粉和75% 97%的鈦材料粉。
7.根據權利要求3或4所述的一種含銅抗菌鈦合金的製備方法，其特徵在於步驟二中的球料質量比為2 8 1。
8.根據權利要求3或4所述的一種含銅抗菌鈦合金的製備方法，其特徵在於步驟二中球磨機轉速為150轉/分鐘 500轉/分鐘，球磨時間為 18h。
9.根據權利要求3或4所述的一種含銅抗菌鈦合金的製備方法，其特徵在於步驟四中真空熱壓燒結爐的真空度為1 X IO^3Pa 1 X 10_4Pa。
10.根據權利要求3或4所述的一種含銅抗菌鈦合金的製備方法，其特徵在於步驟四中真空熱壓燒結的溫度為880°C 1000°C、壓力為IOOMPa 250MPa，真空熱壓燒結時間為 Ih 2. 5h。
全文摘要
一種含銅抗菌鈦合金及其製備方法，本發明涉及抗菌鈦合金及其製備方法。本發明解決了現有抗菌鈦或鈦合金的表面抗菌層易衰退或喪失，存在的長效性差的問題。本發明含銅抗菌鈦合金是在純鈦或者鈦合金中加入質量百分比為1％～30％的銅製成的。方法稱取純銅粉和鈦材料粉，在氣體或液體保護下，將純銅粉與鈦材料粉加入到球磨機中球磨，得到粉料；再將粉料加入到模具中，經真空熱壓燒結，得到含銅抗菌鈦合金。本發明的含銅抗菌鈦合金為整體性抗菌鈦合金，具有長效性。含銅抗菌鈦合金可用於醫學領域或者日常生活用品領域。
文檔編號C22C14/00GK102212717SQ201110137259
公開日2011年10月12日 申請日期2011年5月24日 優先權日2011年5月24日
發明者張二林, 李慕勤, 王紅英 申請人:佳木斯大學