Ti35Nb7Zr-xHA生物复合材料的微观组织与性能研究

为了改善Ti-Nb-Zr合金的生物活性,采用放电等离子烧结(SPS)技术制备了不同羟基磷灰石(HA)含量的Ti35Nb7Zr-xHA(x=0、5、10、20(质量分数,%))生物复合材料,研究了HA含量对复合材料微观组织、力学性能及体外生物活性的影响。结果表明,复合材料主要由β-Ti、α-Ti、HA及陶瓷相(Ti_xP_y、CaTiO_3、Ti_2O、CaO)组成;HA含量增加会导致β-Ti减少而α-Ti和陶瓷相明显增多;与Ti-35Nb-7Zr合金(E:45GPa,σ:1 736 MPa)相比,HA含量为5%和10%时,复合材料的抗压强度分别为1 662MPa和1 593MPa,弹性模量分别为48GPa和49GPa,综合力学性能与Ti-35Nb-7Zr合金接近,展现出良好的力学性能,而过高的HA含量(20%)会导致复合材料弹性模量明显升高(E:55GPa)、抗压强度急剧下降(σ:958 MPa),复合材料的力学性能降低;体外生物活性实验表明,加入10%HA的复合材料在人工模拟体液(SBF)中浸泡7d后表面生成了大量的类骨磷灰石层,与Ti-35Nb-7Zr合金相比,其显示出更优异的体外生物活性。

羟基磷灰石与氧化锆体积比对钛基复合支架力学性能和腐蚀性能的影响

通过环保、低成本的混合法制备氧化锆(ZrO2)和羟基磷灰石(HA)增强钛基支架材料,该材料具有较低的弹性模量(E)、足够的物理、电化学和生物学性能。研究羟基磷灰石和氧化锆体积分数的变化对支架力学性能、腐蚀性能和抗菌性能的影响。采用扫描电子显微镜结合电子色散光谱和X射线衍射对支架进行表征,通过压缩试验检测材料的力学性能及其详细的断裂机制,用电化学法测试样品在37℃模拟体液中的体外腐蚀敏感性,通过比较大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌面积进行抑菌试验。结果表明,随着HA:ZrO_(2)体积分数比例的增加,支架的力学强度降低,当其比例为6:4时,复合支架的E最低(6.61GPa)。纯钛、HA:ZrO_(2)体积分数比例为3:2和6:4的支架材料,其腐蚀电流密度(J_(corr))分别为21、337和504μA/cm^(2)。体积分数比例为6:4的支架对金黄色葡萄球菌的抑菌能力优于其他支架。

采用铁钛复合材料固定土壤中的砷

固定化修复是常见的含砷土壤修复方法,合理选择固化剂至关重要。根据土壤中砷的特性,分别合成了铁钛复合材料和生物炭改性的铁钛复合材料,探究2种材料对土壤中砷固化的效果,并采用吸附等温模型、吸附动力学模型等对其吸附特性进行研究。结果表明:生物炭改性的铁钛复合材料的吸附效果优于铁钛复合材料;通过吸附动力学模型拟合发现最佳模型为Elovich模型,说明2种材料对三价砷[As(Ⅲ)]的吸附机制主要为化学吸附;吸附等温实验中最佳模型为Freundlich等温吸附模型,表明As(Ⅲ)在2种材料表面的吸附为非均相多分子吸附和单层吸附,同时包括物理和化学吸附。上述2种吸附材料均能较好地吸附土壤中的As,最大吸附量分别为48.63,61.09 mg/g。通过添加生物炭可有效提高材料的吸附速率,实现短期内快速稳定土壤中As的效果,且在不同含水率条件下均具有较高的As固定化效果。研究结果可为探索新型的复合材料用以固定土壤中的As提供借鉴。

退火温度对HA/Ti-24Nb-4Zr复合材料组织与性能的影响

利用放电等离子烧结(SPS)技术制备了HA/Ti-24Nb-4Zr生物复合材料,研究了不同退火温度对复合材料显微组织和力学性能(抗压强度、屈服强度、屈强比、压缩弹性模量)的影响。结果表明,烧结态复合材料主要由β-Ti相、少量初生α-Ti相及HA相组成;随着退火温度的升高,复合材料基体中β-Ti相含量增多且晶粒逐渐长大,针状次生α-Ti相在晶界处和晶内不断析出,HA相结构和含量变化不大;与烧结态相比,不同退火温度处理后的复合材料强度和弹性模量先略微上升后下降,而塑韧性呈不断提高趋势;复合材料在850℃退火处理后,抗压强度、屈服强度、屈强比和压缩弹性模量值分别为1507 MPa、1270 MPa、0.84和42 GPa,塑韧性得到明显改善,作为生物医用植入材料具有潜在的应用前景。