钛合金在生物医学上的应用最新PPT课件

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1.3 钛白粉的生产
■钛白粉：化学式TiO2，晶型有锐钛型（A-TiO2）和金红石型（R-TiO2）两种工业产品。它是最好的白色颜料，还是塑料、造纸业的重要原料。
■生产方法： ①硫酸法：既能生产金红石型钛白粉也能生产锐钛型钛白粉，为传统工艺，废料（硫酸亚铁）处理问题尚未很好解决。 ②氯化法：只能生产金红石型钛白粉，目前世界上60% 以上的钛白粉由此种发法生产，正在不断取代①。
目前使用最广泛的Ti-6Al-4V合金，是在20世纪40年代晚期由美国开发出来的。现在，人们已经开发出了大量的钛合金，从而开辟了轻合金在许多工业领域中得以广泛应用的新局面。
认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“ 精准扶贫”项目
认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“ 精准扶贫”项目
■化学性能：钛的耐腐蚀性很好，虽然钛是一种非常活泼的金属，其
平衡电位很低，在介质中的热力学腐蚀倾向大，但是因为钛和氧的亲和力大，在空气或含氧介质中，钛表面生成一层致密、附着力强、惰性大的氧化膜，保护了钛基体不受腐蚀，即使受到机械磨损，也会很快自愈或再生，这表明钛是具有强烈钝化倾向的金属。对海水的抗腐蚀性很强。
2 工业纯钛（纯度约为99.5%）
2.1 基本性质
■物理性质：纯钛是银白色金属，位于周期表ⅣB族。
表2-1 钛的基本物理性能数据
名称相对原子量原子半径溶化温度/℃ α-TiβTi相变比密度/g/cm3
热导率 /[W/(m●K)] 超导转变温度／K
数值
47.9 0.145 1668±5（属难熔金属）相变潜热：3.47KJ/mol, 相变温度:882 ℃, 结构:α(hcp), β(bcc) 4.505(20 ℃) ,4.35(870 ℃) ,4.32(900 ℃),约为纲的57% 22.08,只有铁的1/4,是铜的1/7

钛合金在生物医学方面的应用资料

1.生物力学相容性：主要包括硬度、屈服强度、弹性模量和延伸性。如果植入物由于强度不高或者植入物与人体骨之间的机械性能不匹配而发生断裂失效，这就是生物不相容性。通常期望骨修复植入物的弹性模量与人体骨的弹性模量接近，人体骨的弹性模量在4~30GPa之间。 2.生物相容性：作为植入物的材料应该对人体无毒性、在体内不会引起任何炎症和过敏反应植入物在人体植入成功主要取决于材料与人体的反应，这也能衡量材料的生物相容性。 3.耐腐蚀和耐磨性能：在体液环境中，植入材料的有效使用时间取决于磨损性，耐磨性能差会引起植入物松动并且产生磨损碎屑，在沉积的组织中引起反应。 4.骨结合性：植入材料表面由于微运动与人体骨和其它组织不能很好地结合，就会导致植入物在体内松动。植入物表面化学表面粗糙度和表面性毛豆对骨结合起着主要作用。
钛和钛基复合材料的主要应用
历史学院凌长均
钛于1791年由格雷格尔于英国康沃尔郡发现，并用希腊神话的泰坦为其命名。在地壳中，钛的储量仅次于铁、铝、镁居于第四位，它储量非常的丰富。钛的正真利用在20世纪五十年代，美国研制成功的Ti-6Al-4V合金。钛的性能：由于钛具有熔点高、强度大、韧性好、抗疲劳、耐腐蚀、导热系数低、高低温度耐受性好等优越性能，尤其是钛能和铁、镁、钼等其他金属溶合成性能优越的合金或复合材料。定义：钛合金是以钛为基础加入其他元素组成的合金。种类：α合金,(α+β)合金和β合金。中国分别以TA、TC、TB表示。钛合金的缺点钛合金主要限制是在高温与其它材料的化学反应性差，这容易造成模具的损坏，这就使钛合金的价格变得十分昂贵。这是钛合金无法发扬光大的最大致命伤。
钛合金诸多领域应用的实例
钛在生物医学方面的应用
生物医用材料是用于对生物体进行诊断、治疗、修复或替换其病损组织、器官或增进其功能的金属或合金，主要用于骨和牙等应组织的秀发和替换、心血管和软组织修复以及人工器官的制造。钛的物理性能具有密度低、比强度高、耐热及耐腐蚀性好、生物相容性优异等特点，此外钛及钛合金具有无毒、质轻、耐生物体腐蚀、弹性模量低及生物相容性优异等特点，成为理想的医用金属材料，被广泛应用于人体骨、人体关节、牙科、整形外科、心脏外科、体内支撑架及医疗器械等医学领先迄今为止，还没有看到比钛合金更好的金属材料应用于临床的了。美国、西欧等极其重视钛合金的研发工作，不断发出新型医用材料，扩大了台机器合金在医学领域的应用，满足了各类假肢、牙病患者康复的愿望。

带你简单却全面的认识生物医用钛合金

生物医用钛合金生物医用材料是指和生物系统相作用，用以诊断、治疗修复或替代机体中的组织、器官或增进其功能的材料。

可分为医用金属材料、医用高分子材料、医用陶瓷材料等，其中医用金属材料占有很大的比重，特别是骨科产品、心脑血管产品。

由于钛与人体骨骼接近，对人体组织具有良好的生物相容性、无毒副作用，具有其他材料无法比拟的优势,所以医用钛在医疗领域得到了广泛的应用。

生物医用钛合金的优势∙生物相容性：与人体发生最小的生物学反应，无毒无磁，作为人体植入物，对人体无毒副作用。

∙力学性能：高强度、低弹性模量，既满足力学要求，又与人体自然骨弹性模量相近，可减少应力屏蔽效应，更有利于人骨的生长愈合。

∙耐腐蚀性能：钛合金为生物惰性材料，在人体生理环境下有有意的抗腐蚀性能，对人体生理环境不产生污染。

∙质轻：一般钛合金的密度仅为不锈钢的56%，植入人体后大幅度减轻人体的负荷量。

生物医用钛合金发展历程金属材料是人类生物医学发展史上最早用于创伤修复和矫形治疗的传统材料。

从20世纪30年代起，CoCr合金、不锈钢曾先后被用于医学领域并成为目前传统的医用金属材料；20世纪40 年代,性能更优异的生物医用钛得到研究并证明了其临床可行性。

生物医用钛合金经历了纯钛与Ti-6Al-4V钛合金、改良钛合金、低模量β钛合金三个历程：∙1950-1980年：纯钛首次用于生物医药领域，证实了良好的生物相容性。

Ti6Al4V 广泛用于外科修复或替换材料。

∙1980-1990年:证实V、Al是对生物体有毒副作用的元素；开发出以Nb、Fe替代V的第二代改良新型医用钛合金。

∙1990年-至今：90年代初期开发第一个具有更好生物相容性和更低弹性模量的β钛合金Ti13Nb13Zr,从此开启了具有优异性能的生物医用β钛合金的开发和使用。

国内研究现状及问题我国从20世纪70年代开始医用钛合金材料的研究和应用，经过前期对Ti-6Al-4V 、Ti-6Al-7Nb、Ti-5Al-2.5Fe医用钛合金的仿制研究，早在1999年西北有色金属研究院在国内首次研制出第一个具有我国自主知识产权近α型新型医用钛合金TAMZ（Ti-2.5Al-2.5Mo-2.5Zr），综合性能与Ti-6Al-7Nb相当。

钛合金在生物医学方面的应用

作为生物医用材料的钛及其合金必须满足
1.生物力学相容性：主要包括硬度、屈服强度、弹性模量和延伸性。如果植入物由于强度不高或者植入物与人体骨之间的机械性能不匹配而发生断裂失效，这就是生物不相容性。通常期望骨修复植入物的弹性模量与人体骨的弹性模量接近，人体骨的弹性模量在4~30GPa之间。 2.生物相容性：作为植入物的材料应该对人体无毒性、在体内不会引起任何炎症和过敏反应植入物在人体植入成功主要取决于材料与人体的反应，这也能衡量材料的生物相容性。 3.耐腐蚀和耐磨性能：在体液环境中，植入材料的有效使用时间取决于磨损性，耐磨性能差会引起植入物松动并且产生磨损碎屑，在沉积的组织中引起反应。 4.骨结合性：植入材料表面由于微运动与人体骨和其它组织不能很好地结合，就会导致植入物在体内松动。植入物表面化学表面粗糙度和表面性毛豆对骨结合起着主要作用。
钛合金在生物医学方面的应用
钛于1791年由格雷格尔于英国康沃尔郡发现，并用希腊神话的泰坦为其命名。在地壳中，钛的储量仅次于铁、铝、镁居于第四位，它储量非常的丰富。钛的正真利用在20世纪五十年代，美国研制成功的Ti-6Al-4V合金。钛的性能：由于钛具有熔点高、强度大、韧性好、抗疲劳、耐腐蚀、导热系数低、高低温度耐受性好等优越性能，尤其是钛料。定义：钛合金是以钛为基础加入其他元素组成的合金。种类：α合金,(α+β)合金和β合金。中国分别以TA、TC、TB表示。钛合金的缺点钛合金主要限制是在高温与其它材料的化学反应性差，这容易造成模具的损坏，这就使钛合金的价格变得十分昂贵。这是钛合金无法发扬光大的最大致命伤。
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目前，钛及其合金主要用于航天航空和军事工业上。据统计，钛在航空航天的应用约占钛总量的7左右。钛主要应用与军用飞机、民用飞机、航空发动机、航天器、人造卫星壳体连结座、高强螺栓、燃料箱、导弹尾翼等船舶行业钛合金在海洋条件下有着及其优良的耐腐蚀性能、高比强度、无磁等特点因而广泛应用于船舶行业。目前，钛在船舶上已经应用的部件有：耐压壳体、螺旋桨和桨轴、通海管道、阀门及附件、热交换器声学装置零件部件。体育器械在体育行业的应用正在兴起。目前主要应用于钛铸造的高尔夫球杆头，具有重量轻、强度大与不锈钢相比可以制作打击面与容积更大的球头，因而打得准，打得远。化工和能源化工、冶金、造纸、制碱、石油和农药工业是使用钛合金较早的行业主要用于耐腐浆泵、阀门、叶轮、阳极液槽、加热器、蒸发器等部件。其它行业，在建筑业中，钛的应用越来越广，主要应用与许多重污染的地方、都市和海滨地区的腐蚀问题得到很好的解决。比如日本建造的世界首例钛屋顶加利福利亚的塞里托斯千年图书馆的屋顶。农业和畜牧业、食品业和制药业中、核工业中、日常消费品中，钛用于制造手表壳、照相机外壳、野营用具、录放机、拐杖、剪子、剃须刀等等。日本星野乐器公司使用钛制作了鼓，，市场上出现了9克钛制的眼镜架。

生物医用金属材料PPT

详细描述
3D打印技术是一种新兴的制造技术，通过逐层堆积材料的方式构建三维实体。在生物医用金属材料的制备中，3D打印技术可用于快速原型制造、个性化医疗器械制造等领域。通过3D打印技术，可以制造出具有复杂形状和结构的金属器件，满足个性化医疗的需求。
04
生物医用金属材料的表面改性
物理改性
表面涂层
表面接枝
通过化学反应在金属表面接枝有机分子或聚合物，改善表面的润湿性、细胞亲和性和抗凝血性能。
生物改性
生物活性物质涂层
将生物活性物质如生长因子、骨形成蛋白等与高分子材料结合，形成具有生物活性的涂层，促进骨愈合和组织再生。
细胞培养
将细胞种植在金属表面，通过细胞与材料的相互作用，改善材料的生物相容性和组织再生能力。
3
新兴市场国家经济的快速发展和医疗保健体系的不断完善也为生物医用金属材料市场带来巨大的增长潜力。
06
生物医用金属材料的挑战与展望
技术挑战
加工难度
材料性能的稳定性
生物医用金属材料往往需要精细的加工技术，以确保材料的形状、尺寸和表面质量满足医疗应用的需求。
生物医用金属材料需要在复杂的环境中保持其性能的稳定性，例如在人体内的高温、高湿和富氧的环境中。
切削加工法
总结词
通过切削工具对金属材料进行加工成型的工艺。
详细描述
切削加工法是一种传统的金属加工工艺，通过切削工具对金属材料进行加工，以获得所需的形状和尺寸。在生物医用金属材料的制备中，切削加工法常用于制造小型、精密的金属器件，如手术器械和医疗器械等。
3D打印技术
总结词
通过逐层堆积材料的方式构建三维实体的技术。
05
生物医用金属材料的市场分析

钛合金在医疗方面的应用

心脏瓣膜由钛合金制成，通过手术植入患者体内，能够替换病变的心脏瓣膜，改善心脏功能。
随着心血管疾病患者的不断增加和医疗技术的不断进步，钛合金在心血管领域的应用将更加广泛和重要。同时，新型钛合金材料的研发和应用也将为心血管植入物的发展带来新的机遇和挑战。
03
钛合金在医疗应用中的优势
良好的生物相容性
耐腐蚀性
钛合金在人体内具有较好的耐腐蚀性，不易被腐蚀和磨损，能够长期保持其性能和形态。
耐腐蚀的特性使得钛合金在医疗应用中具有较长的使用寿命，减少了更换和维修的频率。
低致敏性
钛合金不易引发过敏反应，降低了因植入物引起的过敏风险。
低致敏性使得钛合金在医疗应用中具有广泛的适用范围，尤其适用于对金属过敏的人群。
扩大应用领域
随着技术的成熟和成本的降低，钛合金有望在更多医疗领域得到应用，如个性化医疗植入物、药物输送系统等。
提高患者生活质量
通过改进钛合金的性能和设计，有望为患者提供更加舒适和有效的医疗解决方案，提高其生活质量。
05
案例分析
骨科钛合金植入物案例
总结词
广泛使用、高耐久性
详细描述
骨科钛合金植入物在骨折治疗、关节置换和脊柱手术等领域广泛应用。由于其优良的生物相容性和耐腐蚀性，能够与骨骼形成稳定的骨整合，降低感染风险，提高植入物的使用寿命。
牙科钛合金植入物案例
总结词
美观、耐用
详细描述
牙科钛合金植入物主要用于牙齿缺失的修复。与传统烤瓷牙相比，钛合金植入物具有更好的生物相容性和耐腐蚀性，同时能够达到美观的效果。它们能够承受日常口腔中的各种压力和摩擦，使用寿命长。
神经外科钛合金植入物案例
总结词

钛合金在生物医学方面的应用

钛合金在生物医学方面的应用钛合金是一种具有良好生物相容性和生物适应性的金属材料，因此在生物医学领域具有广泛的应用。

本文将重点介绍钛合金在人工关节、牙科植入物、骨修复和生物医学传感器等方面的应用。

一、钛合金在人工关节中的应用人工关节是治疗关节疾病和严重骨关节损伤的重要手段，而钛合金具有良好的生物相容性和机械性能，使其成为人工关节的理想材料之一。

钛合金人工关节可以经过特殊设计和表面处理，使其与人体组织更好地结合，减少组织的刺激和炎症反应，提高手术成功率和患者的生活质量。

二、钛合金在牙科植入物中的应用牙科植入物是恢复缺失牙齿的有效方法，而钛合金具有出色的生物相容性和化学稳定性，因此被广泛应用于牙科植入物的制作。

钛合金牙科植入物可以与牙骨更好地结合，形成稳固的支撑作用，同时减少对周围牙齿的影响，有效恢复咀嚼功能和美观。

三、钛合金在骨修复中的应用骨折和骨缺损的修复一直是医学领域的重要研究方向，而钛合金在骨修复中具有独特的优势。

钛合金可通过制作人工骨融合器、骨修复板等器械，为骨折或骨缺损部位提供稳定的支撑，并促进骨组织的生长和修复。

此外，钛合金还可以与生物陶瓷复合使用，提高骨修复材料的生物活性和力学性能。

四、钛合金在生物医学传感器中的应用生物医学传感器用于监测人体的生理参数，钛合金在该领域也有重要应用。

由于钛合金具有良好的化学稳定性和生物相容性，可以直接与人体组织接触，不会引起免疫反应和组织损伤。

因此，钛合金可以用于制作生物医学传感器的感测元件，用于检测血压、心电图等生理信号，实现对患者的长期监测和健康管理。

总结：钛合金在生物医学方面的应用涵盖了人工关节、牙科植入物、骨修复和生物医学传感器等多个领域。

其良好的生物相容性和机械性能使其成为生物医学材料领域的重要选择之一。

随着科技的不断进步，钛合金材料在生物医学领域的应用将会越来越广泛，为人类健康事业作出更大贡献。

钛合金材料在生物医学方面的应用

钛合金材料在生物医学方面的应用信息43常晨2140502056钛合金材料在生物医学方面的应用信息43 常晨2140502056内容摘要：生物医用钛合金材料已经成为全世界外科植入材料以及各种医疗器械产品生产所需的主要原材料。

本文简略介绍了生物医用钛合金材料的发展历史，以及生物医用钛合金材料及制品的研发、生产及其在生物医学工程领域的具体应用现状，分析了现在生物医用钛合金材料及制品在研发、生产、应用等方面的问题，并就此提出大体发展方向。

关键字：钛合金材料生物医用材料生物相容性性质及应用正文：一、发展历史金属材料是最早用于临床医学的生物医用材料，金属材料用于人体修复已有数百年的历史，早在18 世纪后期，Fe、Au、Ag、Pt 等金属就已经用于人体断骨固定。

与高分子材料、陶瓷材料等其他材料相比，金属材料作为医用材料具有强度高、韧性良好及加工性能好等特点，目前用于外科植入物和矫形器械的金属材料主要包括不锈钢、钴基合金和钛合金三大系列，它们占整个生物材料产品市场份额的40% 左右。

然而在人体环境内，不锈钢和钴基合金会溶出Ni、Cr 和Co 等元素，对人体产生毒副作用。

另外，不锈钢及钴基合金的弹性模量与人体骨骼相差略大，容易对骨骼产生较大伤害最终导致植入后松动或断裂。

钛合金由于其优良的耐腐蚀性与良好的生物相容性已广泛应用于人体硬组织的缺损、创伤和疾病等修复、矫形及替代等治疗。

20 世纪中叶以来，以钛合金为主的医用金属材料开始在人体硬组织的外科植入及人体软组织的介入治疗方面显示出独特而神奇的疗效，而钛合金人工关节、牙种植体、血管内支架和心脏瓣膜等具有典型代表性的医疗器械产品的问世，对医学的发展具有划时代的意义和革命性贡献，使得临床治疗从初级的简单“修复、矫形”治疗上升到更高层次的组织与器官的“替代式”治疗，极大改善和提高了人们的生活质量，克服了以往重大疾病只能单纯依靠药物治疗的不足。

二、分类及特点生物医用钛合金材料是专指用于生物医学工程的一类功能结构材料，主要用于外科植入物和矫形器械等产品的生产和制造。

钛合金在生物医学中的应用

一
通过对体内细胞功能的研究，超晶Ｔｉ一６ＡＩ一４Ｖ合金被证实对成骨细胞吸附有促进作用。Ｔｉ一６ＡＩ一４Ｖ合金中存在Ｑ和Ｂ两相，ａ和Ｂ相晶粒的大小、均一性和分散性（主要是Ｂ相），以及合金内部Ｑ和相晶粒的大小都会影响Ｔｉ一６ＡＩ一４Ｖ合金结构。退火温度对Ｔｉ一６Ａ１— ４Ｖ合金硬度的影响，表明在合金整体微米硬度不受影响的情况下，较低的退火温度对Ｑ和１３相分布有较大的影响。与常规晶粒合金相比，超晶合金具有较好的机械和生物响应性能。另外含有生物相容合金元素（如Ｎｂ，Ｚｒ，ｒａ等）的钛合金通过不同的加工处理过程，可以形成具有超晶结构的钛合金，使得生物性和机械性能大大提高，不过这方面研究正在进一步的研究和开发中。三、结论，文章介绍了钛合金材料在生物医学领域应用的一些基本的合成方法，钛合金以及生物医学领域的进一步研究和发展将进～步推动新型材料和新技术的产生，使得病人的生活质量得以改善，另
、
商用纯钛合金
商用纯钛合金很早被应用在生物医疗器械中，如血管支架，创伤或脊柱固定器件等。Ｆｅ元素含量很低的情况下，植入物和人体之间基本上不产生不良反应。商用纯钛虽然有以上优势，但是作为硬组织植入物，其机械强度还达不到人体要求。对机械强度的要求使得越来越多的４级商用纯钛合金被应用在生物器件中，通过提外要想在未来的研究中取得更大的进展，需要不同领域的专家，包高氧元素的含量，其机械强度超过了２级商用纯钛。括材料、生物力学以及细胞生物学方面的研究人员的通力合作。Ｒ．ｚ．Ｖａｌｉｅｖ等研究报道了一种增强的纯钛合金，通过等通道转角挤压技术（ｅｑｕａｌｃｈａｎｎｅｌａｎｇｕｌａｒｐｒｅｓｓｉｎｇ，ＥＣＡＰ）和其参考文献：他的变形处理加工过程，使得２级商用纯钛合金的强度提高。实验（ＩＩＭ．Ｌｏｎｇ，Ｈ．Ｊ．Ｒａｃｋ，Ｂｉｏｍａｔｅｒｉａｌｓ１９９８；１９：１６２１测试了三种状态下纯钛的强度：４００ ℃下ＥＣＡＰ（８遍）（＃１），Ｅ－［２］Ｄ．Ｒ．Ｓｕｍｎｅｒ，Ｊ．Ｏ．Ｇａｌａｎｔｅ，Ｃｌｉｎ．Ｏ￣ｈｏｐ．Ｒｅｌａｔ．Ｒｅｓ．１９９２；ＣＡＰ＋６５％冷压延（＃２）及ＥＣＡＰ＋压延之后３００￣Ｃ退火处理（＃３）。超晶２７４：２０２．（Ｕｌｔｒａ — ｆｉｎｅＧｒａｉｎｅｄ，ＵＦＧ）结构中既有等轴微结构存在，也有具［３】ＶＭｉｅｖ，Ｖ．Ｖ．Ｓｔｏｌｙａｒｏｖ，ＨＪ．Ｒａｃｋ，Ｔ．Ｃ．Ｌｏｗｅ，ｉｎ：Ｓ．Ｓｈｒｉｖａｓ — 有明显边界的亚晶粒结构存在。较之原本的粗糙晶粒的商用纯钛，ｔａｒａ（Ｅｄ．），ＭｅｄｉｃａｌＤｅｖｉｃｅＭａｔｅｒｉａｌｓ，ＡＳＭ，Ｃｌｅｖｅｌａｎｄ，ＯＨ，２００４．Ｐ．

钛和钛合金在生物医学领域的应用

钛和钛合金在生物医学领域的应用
医疗器械方面，钛和钛合金常被制成手术钳、植入物螺丝和骨板等器械。

其具有良好的机械强度和生物相容性，能够长时间耐用且不会对人体造成不良影响。

同时，它的耐腐蚀性能也能够保证器械的长期使用效果。

种植材料方面，钛和钛合金常被用于制作各种植入材料，如人工关节、牙种植体等。

由于其良好的生物相容性，能够与人体组织紧密结合，从而实现长期的功能恢复和修复。

此外，钛和钛合金还具有良好的生物耐蚀性，能够避免植入物腐蚀和金属疲劳等问题，从而提高了植入材料的使用寿命。

牙科修复方面，钛和钛合金常被用于制作牙齿种植体和义齿支架等。

由于其稳定性好、结构紧密、耐腐蚀性高，能够保证长期稳固的修复效果。

同时，钛和钛合金还具有良好的美观度，能够让患者获得满意的修复效果。

外科手术方面，钛和钛合金常被用于制作骨板、骨钉、脊柱螺钉等手术器械。

由于其强度高、生物相容性好、耐腐蚀性强，能够满足外科手术器械的各种要求，从而提高了手术的安全性和效果。

总之，钛和钛合金在生物医学领域的应用广泛，已经成为一种重要的生物材料。

在未来，随着科学技术的不断进步，钛和钛合金在生物医学领域的应用将会得到更广泛的拓展和深化。

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钛合金在医疗方面的应用ppt课件

钛合金在医疗方面的应用
1
钛的起源
• 钛于1791年由格雷格尔于英国康沃尔郡发现，并用希腊神话的泰坦为其命名。在地壳中，钛的储量仅次于铁、铝、镁居于第四位，它储量非常的丰富。钛的正真利用在20世纪五十年代，美国研制成功的Ti-6Al-4V合金。
2
钛的性能
• 由于钛具有熔点高、强度大、韧性好、抗疲劳、耐腐蚀、导热系数低、高低温度耐受性好等优越性能，尤其是钛能和铁、镁、钼等其他金属溶合成性能优越的合金或复合材料。
10
钛合金在医学方面的具体应用
面部治疗
当人体面部遭到严重破坏时，局部组织修复就要用外科植入人体进行。钛合金具有良好的生物相容性和所需强度，因此是人体面部组织修复的理想材料。纯钛网做为骨头托架已用于颚骨再造手术。
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独同欢温
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人体矫形
钛合金弹性模量比不锈钢更接近人体骨骼，
3
钛合金简介
• 定义：钛合金是以钛为基础加入其他元素组成的合金。
• 种类：α合金,(α+β)合金和β合金。中国分别以TA、TC、TB表示。
• 钛合金的缺点
• 钛合金主要限制是在高温与其它材料的化学反应性差，这容易造成模具的损坏，这就使钛合金的价格变得十分昂贵。这是钛合金无法发扬光大的最大致命伤。
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• 钛应用于医学医疗方面的优势
• 钛具有密度低，为4.5克/立方厘米，是
钢的60%左右，重量轻可以增加病人舒适感和活动功能。强度高，比强度大，外科手术中，植入物的强度水平应高于自然骨，钛及钛合金的屈服强度为207-1379MPa，而自然骨为83-117MPa，故能够满足性能要求。无磁；导热系数小，仅为钢的1/5，铝的 1/3，铜的1/2；线膨胀系数小，为碳钢的 1/5，为不锈钢的一半；植入物和自然骨之间弹性模量的协调，对于延长使用寿命至关重要，自然骨必须弯而不断。

钛合金在生物医学方面应用PPT课件

钛合金在生物传感器方面的应用
生物传感器
钛合金具有良好的导电性和稳定性，可以用于制作生物传感器。这些传感器可以检测生物分子、离子和气体等。
生物分子检测
利用钛合金表面的特殊性质，可以设计出用于检测生物分子的传感器，如蛋白质、核酸和糖类等。
在线监测
通过将钛合金传感器植入体内或与外部设备相连，可以实现实时在线监测生物分子浓度的变化，为疾病的诊断和治疗提供依据。
06 未来展望与研究方向
提高钛合金的生物相容性和耐腐蚀性
生物相容性
通过表面改性、涂层技术等手段，提高钛合金与人体组织的相容性，减少排异反应和炎症反应。
耐腐蚀性
研究新型钛合金材料，提高其耐腐蚀性能，降低因腐蚀引起的并发症和植入物的失效风险。
探索新型钛合金材料和制备技术
材料创新
开发具有优异性能的新型钛合金材料，如高强度、高韧性、轻量化等特性，以满足不同医疗领域的需求。
钛合金在人工关节置换中的应用
总结词
钛合金因其良好的生物相容性和机械性能，在人工关节置换中广泛应用。
详细描述
钛合金被用于制造人工髋关节、膝关节等，能够与人体骨组织形成稳定的骨整合，降低植入物的松动和磨损，提高关节的长期稳定性和使用寿命。
钛合金在骨折内固定中的应用
总结词
钛合金作为骨折内固定的材料，具有良好的生物相容性和抗腐蚀性。
总结词
钛合金因其良好的生物相容性和机械性能，成为牙科修复材料的理想选择。
详细描述
钛合金用于牙科修复材料，能够提供高强度、耐腐蚀和美观的修复效果。同时，钛合金与人体骨骼和牙齿的结合能力强，能够减少并发症和修复失败的风险。此外，钛合金修复材料易于加工和定制，能够满足患者个性化的修复需求。

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氧当量和硬度的关系为： HV=65+310·O0.5当。
3.2 纯钛
3.2 纯钛
氢可增加高温形变时塑性，即提高热塑性或超塑性。生产上暂时将氢渗入合金中，然后高温变形，再通过真空退火去氢。增塑的原因是氢降低形变激活能，即降低原子扩散迁移所必须克服的能垒，提高了变形过程中扩散协调变形能力；同时氢原子在高温下分布比较均匀，减小了局部弹性畸变；氢有促进晶粒细化作用，从而改善高温热塑性。
微量铁和硅在固溶范围内与钛形成置换固溶体，它们对钛的性能影响没有间隙杂质元素那样强烈。作为杂质时，铁和硅的含量分别要求小于0.3％和0.15％，但有时也作为合金元素加入。
3.2 纯钛耐蚀性能：
钛的标准电极电位很低(E=－1.63V)，但钛的致钝电位亦低，故钛容易钝化。
常温下钛表面极易形成由氧化物和氮化物组成的钝化膜，它在大气及许多浸蚀性介质中非常稳定，具有很好的抗蚀性。
在大气、海水、氯化物水溶液及氧化性酸(硝酸、铬酸等)和大多数有机酸中，其抗蚀性相当于或超过不锈钢，在海水中耐蚀性极强，可与白金相比，是海洋开发工程理想的材料。
3.2 纯钛
力学性能：纯钛性能和纯铁相似，塑性好，延伸率可达50～60%，断面收缩率可达70～80%，强度不太高（300MPa）。纯钛力学性能与纯度有关：间隙杂质（氧、氮、碳）含量增加，其强度升高，塑性陡降。常温下钛为密排六方结构，与其他六方结构的金属(镉、锌、镁) 相比，钛的塑性要高得多。原因是：滑移模型和晶体中各晶面的层错能有关，如层错能低，则有利于全位错分解为不全位错，以促进滑移的继续进行；钛的层错能比基面小，原来在基面上进行滑移的位错容易通过交滑移而转移到棱柱面上，并可发生分解，这样基面上的滑移很快终止，而棱柱面上的滑移则发挥着主导作用。反之，对于基面层错能比较低的金属，如镉、锌、镁，则{0001} 是主要滑移面。

钛合金在生物医学方面的应用

手术器械钛医疗器械具有良好的抗腐蚀能力，反复的清洗、消毒表面质量不受影响；无磁性，能够排除对微小、敏感植入电子器械的破坏威胁；质轻，用来替代不锈钢重量大为减轻，使医生操作过程中更加灵活，降低医生的疲劳程度。因此，目前已用来制作手术刀片、止血钳、剪刀、电动骨钻、镊子等等
前景及展望
钛合金具备生物医用材料所需的优异性能而大量用作人体植入物，特别是作为人体硬组织修复和替代的材料。关节置换是由例如骨质疏松症、骨关节炎和创伤等疾病引起的。据估计到2030年底，对长期有效的植入物需求增长巨大，全髋关节置换数将增长174%，全膝关节成形术预计增长673%。外科修复增长，由于各种原因引起的身体创伤增多。因此开发具有较长使用寿命和优异生物相容性的钛合金材料，应用前景广阔。
迄今为止，还没有看到比钛合金更好的金属材料应用于临床的了。美国、西欧等极其重视钛合金的研发工作，不断发出新型医用材料，扩大了台机器合金在医学领域的应用，满足了各类假肢、牙病患者康复的愿望。
作为生物医用材料的钛及其合金必须满足
生物相容性：作为植入物的材料应该对人体无毒性、在体内不会引起任何炎症和过敏反应植入物在人体植入成功主要取决于材料与人体的反应，这也能衡量材料的生物相容性。
钛和钛基复合材料的主要应用
历
史
学
院
凌
长
均
钛于1791年由格雷格尔于英国康沃尔郡发现，并用希腊神话的泰坦为其命名。在地壳中，钛的储量仅次于铁、铝、镁居于第四位，它储量非常的丰富。钛的正真利用在20世纪五十年代，美国研制成功的Ti-6Al-4V合金。钛的性能：由于钛具有熔点高、强度大、韧性好、抗疲劳、耐腐蚀、导热系数低、高低温度耐受性好等优越性能，尤其是钛能和铁、镁、钼等其他金属溶合成性能优越的合金或复合材料。定义：钛合金是以钛为基础加入其他元素组成的合金。种类：α合金,(α+β)合金和β合金。中国分别以TA、TC、TB表示。钛合金的缺点钛合金主要限制是在高温与其它材料的化学反应性差，这容易造成模具的损坏，这就使钛合金的价格变得十分昂贵。这是钛合金无法发扬光大的最大致命伤。

医用金属材料PPT课件

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• （2）生物相容性：钛及钛合金的缺点是硬度较低，耐磨性差。
为了改善钛及钛合金的耐磨性能，可将钛制品表面进行高温离子氮化及应用离子注入技术处理，通过引起晶格畸变，使制品表面呈压力状态，从而提高硬度和耐磨性。
离子氮化后的纯钛及钛合金硬度分别提高7倍和2倍。纯钛的磨损率降低到原来的1/2，钛合金降低到原来的1/6；氮化后钛材的年腐蚀率是非氮化的1/3。动物实验表明组织对表面渗氮钛材反应轻微，材料无毒性。
795～1000 1790 600
CoNiCrMoWF 冷加工 e
828
退火(ISO)
276
1000 600
延伸率(%)
9.0 15.0 28.0 8.0 60.0 12.0 10.0 50.0 8.0 50.0
18.0
50.0
疲劳强度 (MPa) 250 280 897 － 345 586 －－－－
• 形状记忆效应普遍认为与无扩散马氏体相变有关，即本质上就是热弹性。热弹性行为归因于母相和马氏体的排序秩序。充分地了解与马氏体相变相关地机械行为和热行为是必要的。
• 形状记忆合金可用于拱形牙齿矫正。
• 3.5 其他金属
• （1）医用钽
•
钽是化学活性很高的金属，在生理或其它环境中，甚至在缺氧的状态
0.03%，进一步提高了其在含Cl溶液体系中的耐蚀性能，
降低了材料致敏性，这就是常见的316L不锈钢
表给出了奥氏体不锈钢316和316L的力学性能。显然，退火态的材料硬度与强度较低，而经过冷加工后，材料可以具有更高的强度和硬度。这说明此类材料可以在大范围内调节力学性能。
但即使是牌号为316L的不锈钢在体内的特定环境下（如在高压或缺氧区域）也会被腐蚀。它们适合做临时装置，如骨折固定板、固定螺钉或销子.。

(医药)钛合金在生物医学上的应用

近 10多年以来，生物医用材料及制品的市场增长率一直保持在 20%25%左，预计未来10年-15年内，包括生物医用材料在内的医疗器械产业将达到医药制品市场规模，成为 21世纪世界经济的支柱产业。
在生物医用金属材料中，钛及其合金凭借优良的综合性能，成为人工关节（髋、膝、肩、踝、肘、腕、指关节等）、骨创伤产品（髓内钉、钢板、螺钉等）、脊柱矫形内固定系统、牙种植体、牙托、牙矫形丝、人工心脏瓣膜、介入性心血管支架等医用内植物产品的首选材料。
我国NTSMA材料的基础研究比国外晚，但在临床应用研究方面处于国际领先地位。 2000 年，在骨科内植入物方面，兰州西脉记忆合金股份有限公
司，取得国家药品监督管理局的产品准产注册，
促进了NTSMA骨科内植物的临床应用。目前，我国已有3家企业注册生产NTSMA 骨内固定装置，主要有骑缝钉、聚髌器、环抱钢板、 Ni-TI弓形记忆加压接骨器、髓内钉等产品。
。
梦想从心开始！
祝福大家早日实践自己的梦想！

Ni-Ti 形状记忆合金（NTSMA）的开发与应用
80 年代初期， Ni-Ti形状记忆合金成功用于骨科临床，引起骨科专家和临床医生的关注，并称之为“神奇金属”。这种功能材料具有奇特的形状记忆效应、超弹性、耐疲劳、耐磨损、耐腐蚀、生物相容性好。它是由56%（质量百分比）的 Ni 和 44%（质量百分比）的钛组成。用于骨科临床的 NTSMA) 的变形温度为 0℃-5℃，回复温度为 37℃左右。用NTSMA材料固定骨折后，在体温或热盐水湿敷下升温而产生形状回复，但骨骼对材料回复产生了限制，这样在骨折断端产生一种动态、持续性质的加压力或钳夹力而达到固定骨折的作用。
目前，还没有比钛合金更好的金属材料用于临床。发达国家和世界知名体内植入物产品供应商都非常重视钛合金的研发工作，推出了一系列新的医用钛合金材料，包括具有生物活性的钛合金仿生材料，在医用钛合金材料的表面处理方面也做了很多专利性的设计与开发，赋予医用钛合金材料更好的生物活性以满足人体的生理需要，从而达到使患者早日康复的目的。

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目前，还没有比钛合金更好的金属材料用于临床。发达国家和世界知名体内植入物产品供应商都非常重视钛合金的研发工作，推出了一系列新的医用钛合金材料，包括具有生物活性的钛合金仿生材料，在医用钛合金材料的表面处理方面也做了很多专利性的设计与开发，赋予医用钛合金材料更好的生物活性以满足人体的生理需要，从而达到使患者早日康复的目的。
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近 10多年以来，生物医用材料及制品的市场增长率一直保持在 20%25%左，预计未来10年-15年内，包括生物医用材料在内的医疗器械产业将达到医药制品市场规模，成为 21世纪世界经济的支柱产业。
在生物医用金属材料中，钛及其合金凭借优良的综合性能，成为人工关节（髋、膝、肩、踝、肘、腕、指关节等）、骨创伤产品（髓内钉、钢板、螺钉等）、脊柱矫形内固定系统、牙种植体、牙托、牙矫形丝、人工心脏瓣膜、介入性心血管支架等医用内植物产品的首选材料。
钛合金在生物医学上的应用
主要工作内容：
1.群发飞信(相关比赛等的通知)
2.学年评优奖学金评比
3.五四红评 4.亚运会志愿者、残运会手语演员相关工作

生物医用材料是材料科学的一个重要分支，是用于诊断、治疗或替代人体组织、器官或增进其功能、具有高技术含量和高经济价值的新型载体材料，是材料科学技术中一个正在发展的新领域。生物医用材料对于探索人类生命奥秘、保障人类健康长寿做出更大贡献。
我国NTSMA材料的基础研究比国外晚，但在临床应用研究方面处于国际领先地位。 2000 年，在骨科内植入物方面，兰州西脉记忆合金股份有限公司，取得国家药品监督管理局的产品准产注册，促进了NTSMA骨科内植物的临床应用。目前，我国已有3家企业注册生产 NTSMA 骨内固定装置，主要有骑缝钉、聚髌器、环抱钢板、 Ni-TI弓形记忆加压接骨器、髓内钉等产品。
Ni-Ti 形状记忆合金（NTSMA）的开发与应用
80 年代初期， Ni-Ti形状记忆合金成功用于骨科临床，引起骨科专家和临床医生的关注，并称之为“神奇金属”。这种功能材料具有奇特的形状记忆效应、超弹性、耐疲劳、耐磨损、耐腐蚀、生物相容性好。它是由56%（质量百分比）的 Ni 和 44%（质量百分比）的钛组成。用于骨科临床的 NTSMA) 的变形温度为 0℃-5℃，回复温度为 37℃左右。用NTSMA材料固定骨折后，在体温或热盐水湿敷下升温而产生形状回复，但骨骼对材料回复产生了限制，这样在骨折断端产生一种动态、持续性质的加压力或钳夹力而达到固定骨折的作用。