发展历程
钛元素发现于1789年,1908年挪威和美国开始用硫酸法生产钛白,1910年在试验室中首先用钠法制得海绵钛,1948年美国杜邦公司才用镁法成吨生产海绵钛---这标志着海绵钛即钛工业化生产的开始。
中国钛工业起步于20世纪50年代。1954,北京有色金属研究总院开始进行海绵钛制备工艺研究,1956年国家把钛当作战略金属列入了12年发展规划,1958年在抚顺铝厂实现了海绵钛工业试验,成立了中国最早海绵钛生产车间,同时在沈阳有色金属加工厂成立了中国个钛板带加工材生产试验车间。
20世纪60-70年代,在国家的统一规划下,先后建设了以遵义钛厂为代表的10余家海绵钛生产单位;在1967年在洛阳铜加工厂成立了中国首先个钛管棒加工材生产试验车间和第二条钛板带材生产试验车间,直到1972年宝鸡有色金属加工厂建成投产后,洛阳铜加工将工艺资料移交北京有色研究总院,按照冶金部的专业划分,不再承担钛材料的开发试制工作;以北京有色研究总院、沈阳铝镁院、抚顺铝厂、沈阳有色金属加工厂、东北轻合金加工厂、洛阳铜加工厂等单位为主,援建了宝鸡有色金属加工厂和宝鸡贵金属所,从此按照行业划分,以宝鸡有色金属加工厂和宝鸡贵金属所为主,承担了国内大部分钛加工材料的生产开发试制工作。同时中国也成为继美国、前苏联和日本之后的第四个具有完整钛工业体系的国家。
钛能与铁、铝、钒或钼等其他元素熔成合金,造出高强度的轻合金,在各方面有着广泛的应用,包括航天(喷气发动机及航天器)、军事、工业程序(化工与石油制品、海水淡化及造纸)、汽车、农产食品、医学(义肢、骨科移植及牙科器械与填充物)、厨房用具 运动用品、珠宝及手机等等。[4]。钛最有用的两个特性是,抗腐蚀性,及金属中的高强度-重量比[7]。在非合金的状态下,钛的强度跟某些钢相若,但却还要轻45%[8]。有两种同素异形体[9]和五种天然的同位素,分别为:46Ti(8.25%)、47Ti(7.44%)、48Ti(73.72%)49Ti(5.41%)50Ti(5.18%)。[3] 钛的化学性质及物理性质和锆相似,这是因为两者的价电子数目相同,并于元素周期表中同属一族。
生物医用钛合金分类及性能
生物医用钛合金按材料显微组织类型可分为α型、α+β型和β型钛合金三类。目前临床广泛使用的材料仍以纯钛和Ti-6Al-4V合金为主,但β型钛合金由于更低的弹性模量和更好的生物相容性已成为该领域的研究热点,是最有应用前景的生物医用钛合金。
可以看出, 第二代生物医用钛合金弹性模量明显比一代低 ,合金设计时Nb含量有增加的趋势且都是β型钛合金, Ti-35Nb-7Zr-5Ta 和Ti-29Nb-13Ta-7.1Zr合金具有低的弹性模量55MPa, 与人体骨的弹性模量最接近。因此开发较低弹性模量的生物医用β型钛合金已成为该领域的研究热点。目前国内外研究最为广泛的生物医用超弹性β钛合金是Ti-Nb系超弹性β钛合。