【文章內(nèi)容簡介】 性質(zhì) 鈦及鈦合金的密度較小，為 ，幾乎僅為鐵基和鈷基合金的一半，其 比強(qiáng)度高，彈性模量低，生物力學(xué)相容性較好；生物相容性、耐腐蝕性和抗疲勞性 能都優(yōu)于不銹鋼和鈷基合金。 鈦是目前已知的生物親和性最好的金屬之一，鈦易與氧反應(yīng)形成致密氧化鈦（ TiO2）鈍化膜，植入后引起的組織反應(yīng)輕微。凝膠狀態(tài)下的 TiO2膜甚至具有誘導(dǎo)體液中鈣、磷離子沉積生成磷灰石的能力，表現(xiàn)出一定的生物活性和骨性結(jié)合能力，尤其適合于骨內(nèi)埋植。 純鈦在低于 882℃ 時(shí)為六方密排（ hcp）的 ? 單相組織，力學(xué)性能較低，屈服強(qiáng)度為 170～ 485Mpa，抗拉強(qiáng)度為 240～550 Mpa，延伸率為 15%～ 24%。隨著鈦中氧含量的增高，純鈦的強(qiáng)度提高，塑性下降。氧起著固溶強(qiáng)化的作用。此外，采用冷加工變形處理也可以提高純鈦的強(qiáng)度。 （二）表面處理與生物相容性 鈦及鈦合金的表面鈍化處理可使材料表面生成一層保護(hù)性的氧化膜，提高抗蝕能力。常用的表面鈍化處理有化學(xué)和電化學(xué)鈍化兩種工藝。鈍化后的植入器件在生理環(huán)境下均勻腐蝕甚微。但氧化膜中的鈦仍可以以離子的形式擴(kuò)散并積累于周圍組織，引起相鄰組織的顏色呈藍(lán)灰至黑色，經(jīng)多年臨床觀察發(fā)現(xiàn)，這種組織變色反應(yīng)并不造成大的生理危害。 鈦及鈦合金缺點(diǎn)是硬度較低，耐磨性差。若磨損發(fā)生，首先導(dǎo)致氧化膜破壞，隨后磨損得顆粒腐蝕產(chǎn)物進(jìn)入生物組織，尤其是 Ti6Al4V合金中含有毒性的釩（ V）可導(dǎo)致植入物的失效。為了改善鈦及鈦合金的耐磨性能，可將鈦制品表面進(jìn)行高溫離子氮化及應(yīng)用離子注入技術(shù)處理，通過引起晶格畸變，使制品表面呈壓應(yīng)力狀態(tài)，從而提高硬度和耐磨性。 為了改善鈦及合金與骨組織的結(jié)合性，可采用等離子噴涂和燒結(jié)法在鈦合金基材表面上涂多孔純鈦或 Ti6Al4V合金涂層，有利于新骨組織長入形成機(jī)械結(jié)合。 80年代又開發(fā)了鈦合金表面等離子噴涂羥基磷灰石陶瓷涂層的技術(shù)，使鈦合金表面具有生物活性，成功用于鈦種植牙根和人工關(guān)節(jié)柄部，提高了植入物與骨組織的結(jié)合強(qiáng)度。 （三）加工工藝 鈦的冶煉和成型加工比其他生物醫(yī)用金屬材料困難，常采用雙真空或惰性氣體保護(hù)的自耗電極熔煉法，并需嚴(yán)格控制雜志元素含量。醫(yī)用鈦合金植入件可采用精密鍛造工藝，也可采用軋制型材工藝制備，其機(jī)械性能相當(dāng)。形狀復(fù)雜的制品也可采用真空熔模精密鑄造工藝生產(chǎn)，熱等靜壓工藝可以消除合金鑄件內(nèi)部疏松組織，使合金性能得到改善。 （四）臨床應(yīng)用 在骨外科，用于制作各種骨折內(nèi)固定器械和人工關(guān)節(jié)。其特點(diǎn)是彈性模量比其他金屬材料更接近天然骨、密度小、質(zhì)量輕。但鈦合金耐磨性能不好，且存在咬合現(xiàn)象。因此，用鈦合金制造組合式全關(guān)節(jié)需注意材料間的配合。 在顱腦外科，微孔鈦網(wǎng)可修復(fù)損壞的頭蓋骨和硬膜，能有效保護(hù)腦髓液系統(tǒng)。鈦合金也可制作顱骨板用于顱骨的整復(fù)。 在口腔及額面外科，純鈦網(wǎng)作為骨頭托架已用于顎骨再造手術(shù)，制作義齒、牙床、托環(huán)、牙橋和牙冠等，在口腔整畸、口腔種植等領(lǐng)域也有良好的臨床效果。 在心血管方面，純鈦可用來制造人工心臟瓣膜和框架。在心臟起搏器中，密封的鈦盒能有效防止潮氣滲入密封的電子元器件。此外，一些用物理方法刺激骨生長的電子裝置也采用了鈦材。 ? 齒科用金屬 ? 齒科汞齊 汞齊是一種含有汞金屬成分的合金 。汞在室溫下是液態(tài)，它能與其他金屬反應(yīng)，如銀、錫等，形成一種塑性物質(zhì)，將其填入齲洞中，汞齊隨著時(shí)間推移發(fā)生硬化 (凝固 )。 固態(tài)合金的成分 是：至少 65%的銀，不超過 29%的錫， 6%的銅，2%的鋅和 3%的汞。 ? 牙醫(yī)在填補(bǔ)齲洞時(shí)，一般先在機(jī)械研磨器中將微粒狀的固態(tài)合金和汞混合，材料變得容易變形，方便操作，然后填充進(jìn)準(zhǔn)備好的齲洞中。 ? 現(xiàn)在應(yīng)用的汞齊合金的銀合金粉在 組成 、 形狀 及 包裝 等方面都 有了較大改變 。在組成方面增加了銅含量，減少了銀含量，使汞齊合金既提高了強(qiáng)度又降低了成本。傳統(tǒng)的銀合金粉制品是按比例配料后，在無氧高溫條件下熔化，澆鑄成錠，再用機(jī)械切削粉碎成微細(xì)粉末，因此在顯微鏡下為片狀不規(guī)則形。如果將銀合金粉在真空條件下熔化并霧化制粉，則在顯微鏡下觀察為圓球形顆粒，又稱球形銀合金粉。由于球形粉末比不規(guī)則粉末的表面積小，故調(diào)和時(shí)所需汞的量也少，因此提高了汞齊合金的強(qiáng)度。另外，在包裝方面使用膠囊包裝取代傳統(tǒng)的瓶裝，按比例將一定量的汞和銀粉末分別裝于膠囊隔膜兩側(cè)，在兩者調(diào)和后完成汞齊化。這樣既減少了汞的污染又節(jié)約了原材料，并提高了汞齊合金的性能。 金 ? 金和金合金的耐久性、穩(wěn)定性和抗蝕性，使它們在牙科上成為很有用的金屬 。 ? 若 合金含有 75%(質(zhì)量分?jǐn)?shù) )或更多的金和其他貴金屬，它們就能保留其良好的抗蝕性。銅與金形成的合金可顯著提高其強(qiáng)度， 鉑 也能改善其強(qiáng)度，但添加量不能超過 4%；否則合金的熔點(diǎn)會(huì)提高。 銀 的加入可抵消銅的顏色。加入少量的 鋅 可降低其熔點(diǎn)，并排除在熔化過程中形成的氧。不同成分的金合金各有用途。含金量超過 83%的合金較軟，用于鑲嵌，但其硬度太低而不能承受太高的壓力。金含量少的較硬合金，用于牙冠和尖端處，可承受較大的壓力。 NiTi合金 ? （一）機(jī)理與性能 目前，應(yīng)用最成功的是鎳鈦形狀記憶合金，它是等原子比的金屬間化合物， 高溫相是體心立方 氯化銫（ CsCl）型 B2結(jié)構(gòu) ， 低溫相馬氏體（ M）是單斜 B19型結(jié)構(gòu)， 中間相 R為菱形結(jié)構(gòu)， 相變時(shí)發(fā)生 B2 — R— M和 B2 — M轉(zhuǎn)變。當(dāng)?shù)陀谀骋获R氏體轉(zhuǎn)變溫度以下發(fā)生一定程度的塑性變形時(shí)，轉(zhuǎn)變成有序的馬氏體組織；當(dāng)溫度升高到逆轉(zhuǎn)變溫度以上時(shí)，其馬氏體組織即逆轉(zhuǎn)變?yōu)楦邷啬赶嘟M織，即無序的奧氏晶體結(jié)構(gòu)，從而恢復(fù)原來的形狀，伴隨著很大的回復(fù)力，完成機(jī)械能轉(zhuǎn)化。 記憶合金有單向、雙程和全程記憶三種（見表 25）。單程記憶效應(yīng)回復(fù)力大；雙程記憶同時(shí)有高溫和低溫的形態(tài)，溫度升降可逆地反復(fù)；全程記憶即加熱時(shí)為高溫相形狀，冷卻時(shí)則形成與高溫相形狀相同但方向相反的現(xiàn)象。 醫(yī)用鎳鈦形狀記憶合金成分為 Ti44%～ 46%， Ni54%～ 56%，其機(jī)械性能明顯優(yōu)于 316L不銹鋼和鈷基合金，同時(shí)又兼有高的耐蝕性。鎳鈦形狀記憶合金的形狀記憶恢復(fù)溫度為36℃ 177。 2℃ ，接近人體的體溫。低于逆轉(zhuǎn)變溫度時(shí)，延性高。在 70～ 140Mpa應(yīng)力下發(fā)生塑性變形；在逆轉(zhuǎn)變溫度以上時(shí)又可變堅(jiān)硬。這種奇妙的性能在醫(yī)學(xué)中獲得了許多應(yīng)用。 （二）臨床應(yīng)用 NiTi形狀記憶合金的形狀恢復(fù)溫度與人體體溫基本一致，應(yīng)用起來十分方便。例如：在整形外科中 NiTi形狀記憶合金用于制作 脊椎側(cè)彎癥矯形器械、人工頸椎椎間關(guān)節(jié)、加壓騎縫針、人工關(guān)節(jié)、髕骨整復(fù)器、顱骨板、顱骨鉚釘、接骨板、髓內(nèi)釘、髓內(nèi)鞘、接骨超彈絲、關(guān)節(jié)接頭等。在口腔科中用作齒列矯正用唇弓絲、齒冠、托環(huán)、頜骨固定 等，隨著研究和開發(fā)的深入，其應(yīng)用領(lǐng)域?qū)?huì)不斷擴(kuò)大。 ? 其他金屬 ? （ 1） 醫(yī)用鉭 ? 鉭是化學(xué)活性很高的金屬，在生理或其它環(huán)境中，甚至在缺氧的狀態(tài)下，其表面都能立即生成一層化學(xué)性能穩(wěn)定的鈍化膜，從而使鉭 具有很好的化學(xué)穩(wěn)定性 和 抗生理腐蝕性 ，并具有 良好的生物相容性 。鉭植入骨內(nèi)能與周圍生成的新骨直接接觸。最近有研究表面，多孔金屬鉭在其表面進(jìn)行生物活化處理后，植入動(dòng)物體內(nèi)，孔內(nèi)有新骨生成，即具有誘導(dǎo)成骨性。這表明金屬鉭具有優(yōu)良的生物學(xué)性能 [19]。 ? 鉭合金力學(xué)性能見表 35。鉭可 加工成板、帶、絲材 ， 用于制造骨板、骨釘、夾板、縫合針等外科植入器械 。臨床上，鉭片刻用于修補(bǔ)顱蓋，鉭絲可縫合神經(jīng)、肌腱和血管，鉭板可用于修補(bǔ)骨缺損，鉭網(wǎng)可用于修補(bǔ)肌肉組織。此外，在血管金屬支架表面鍍一層鉭，能明顯提高血管支架的抗血栓性能。通過制造工藝控制和冷加工處理，鉭也可以用作承力部位的修復(fù)。 性能 完全退火 冷加工 拉伸強(qiáng)度 /MPa 205 515 屈服強(qiáng)度 /MPa 140 345 延伸率 /% 20～ 30 2 楊氏模量 /GPa — 190 表 35 鉭合金機(jī)械力學(xué)性能 ? （ 2） 醫(yī)用鉑 ? 鉑是一種銀白色金屬，俗稱白金。晶體結(jié)構(gòu)為面心立方。鉑具有高熔點(diǎn)、高沸點(diǎn)和低蒸氣