钛合金在生物医学上的应用最新PPT课件
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■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
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。
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祝福大家早日实践自己的梦想！
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。