钛合金在生物医学方面的应用

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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。
医用钛合金材料
在医学领域中广泛使用的仍是Ti-6Al-4v ELI合金。但后者会析出极微 量的钒和铝离子，降低了其细胞适应性且有可能对人体造成危害，这 一问题早已引起医学界的广泛关注。美国早在20世纪80年代中期开 始研制无铝、无钒、具有生物相容性的钛合金，将其用于矫形术。日 本、英国等也在该方面做了大量的研究工作，并取得一些新的进展。 例 • 在日本已开发出一系列具有优良生物相容性的α +β钛合金，包括Ti15Zr-4Nb_4ta-0.2Pd、Ti-15Zr-4Nb-aTa-0.2Pd-0.20~0.05N、Ti15Sn-4Nb-2Ta-0.2Pd和Ti-15Sn-4nb-2Ta-0.2Pd-0.20，这些合金 的腐蚀强度、疲劳强度和抗腐蚀性能均优于Ti-6Al-4v ELI。与α +β钛 合金相比，β钛合金具有更高的强度水乎，以及更好的切口性能和韧 性，更适于作为植入物植入人体。 • 在美国，已有5种β钛合金被推荐至医学领域，即TMZFTM（TI12Mo-^Zr-2Fe）、Ti-13Nb-13Zr、Timetal 21SRx（TI-15Mo2.5Nb-0.2Si）、Tiadyne 1610（Ti-16Nb-9.5Hf）和Ti-15Mo。 • 估计在不久的将来，此类具有高强度、低弹性模量以及优异成形性和 抗腐蚀性能的庐钛合金很有可能取代目前医学领域中广泛使用的Ti6Al-4V ELI合金[28,32]。
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。
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。
却未 在与 枝群 头芳 独同 欢温 笑暖
• 介入性治疗
介入性治疗通常实在X射线图像监视下，利用穿刺插管技 术将特制导管、支架等沿血管或体内其他管腔输送到体内 病变处就地治疗。过去的316L不锈钢制的支架纵向柔韧 性不太满意，而钛镍形状记忆合金支架具有偏向式力学效 应和形体记忆效应，除此之外良好的冷加工成形性，更适 合人体要求。 人体矫形 钛合金弹性模量比不锈钢更接近人体骨骼，因此钛合金 肘关节、踝关节等被广泛用于人体矫形手术中。据报道每 年世界上大约有一亿病人由于臂关节和膝关节炎症而进行 替换治疗，因此钛制假肢应用前景广泛。
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ຫໍສະໝຸດ Baidu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。