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醫用鈦合金材料使用有哪些優點和缺點

Ti-based- Alloy as Biomedical Material醫用鈦合金材料是目前已知的生物親和性最好的金屬之一,上世紀40年代以來,鈦和鈦合金材料逐漸在臨床醫學中獲得應用。1951年,人類開始用純鈦制作接骨板和骨螺釘。20世紀70年代中期,鈦及鈦合金材料開始獲得廣泛的醫學應用,成為最有發展前景的醫用材料之一。

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目前,鈦和鈦合金材料主要應用于整形外科,尤其是四肢骨和顱骨整復,被用以制作各種骨折內固定器械、人工關節、頭蓋骨和硬膜、人工心臟瓣膜、齒、牙床、托環和牙冠。其中,醫用應用最多的鈦合金材料是TC4(Ti-6A1-4V),該合金在室溫下具有а十β兩相混合組織,通過固溶處理和時效處理,可使其強度等力學性能顯著提高。

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醫用鈦合金材料頭蓋骨,鈦及鈦合金材料的密度在4.5g/cm3左右,幾乎僅為不銹鋼和鈷合金的一半,密度接近人體硬組織,且其生物相容性、耐腐蝕性和抗疲勞性能都優于不銹鋼和鈷合金,是目前最佳的金屬醫用材料。鈦及鈦合金材料與人體的親和性,源于植入后其表面致密的氧化鈦(TiO2)鈍化膜具有誘導體液中鈣、磷離子沉積生成磷灰石的能力,表現出一定的生物活性和骨結合能力,尤其適合于骨內埋植。

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鈦及鈦合金材料缺點是硬度較低,耐磨性差。若磨損發生,首先導致氧化膜破壞,隨后磨損的顆粒腐蝕產物進人體組織,尤其是Ti-6A1-4V合金中含有毒性的釩(V)可導致植入物的失效。為了改善鈦及鈦合金材料的耐磨性能,可對鈦及鈦合金材料制品表面進行高溫離子氨化或離子注入技術處理,強化其表面耐磨性。近年來,開發出的一些新型鈦合金材料(主要是β型合金),都注重減少了對人體有一定危害的元素,例如V和Al, 有效地改善了鈦合金材料的生物相容性。


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