一种钽涂层及其制备方法

本申请涉及医用骨植入材料，更具体地说，是涉及一种钽涂层及其制备方法。

背景技术：

1、近年来，因外伤、先天性疾病等原因造成的骨缺损患者日益增多，当骨缺损较大时，无法依靠人体骨组织再生进行自我修复，需要借助医用骨植入材料进行修复，因此人们对医用骨植入材料的需求越来越高。医用骨植入材料主要用于修复、充填骨缺损或对骨折断端起到固定和支撑作用，包括自体骨、异体骨、金属材料、高分子材料、无机非金属材料等。作为人体植入物，医用骨植入材料应具备良好的生物相容性、生物亲和性和人体安全性；力学方面要有一定的强度，力学性能应与人体骨组织适配，弹性模量接近于人骨，还需要耐磨、耐老化；化学上要求性能稳定、耐腐蚀且易于消毒灭菌等。

2、在骨植入材料表面制备性能优异的涂层是提高骨组织材料性能的有效方式，化学气相沉积、磁控溅射、等离子喷涂等是目前常用的涂层制备方法；目前骨植入材料的制备方法中，化学气相沉积技术因为其工艺难度低，操作简单，成品率高，且以化学气相沉积技术最为稳定，也最适于工业化生产，是目前工业化生产可行性最高的植入材料制备技术。

3、钽作为一种新兴的可生物植入金属，具有极强的耐腐蚀性和优异的成骨活性，能够与人骨组织有效结合，比钛金属具有更好的组织修复性能，但是，临床手术中存在的术中感染和术后感染等问题依然十分严峻，影响临床手术的质量效果。借助化学气相沉积技术制备医用金属钽涂层的方法具有制备简单，能耗低，能够大规模生产等优势，开发抗菌功能型骨植入材料钽涂层，能够有效提高骨组织物适用性，提高临床手术效果。

4、公开号为cn116837343a的中国专利公开了一种通过化学气相沉积制备镀铜的医用钽金属材料的方法，通过纯钽与氯气反应生成五氯化钽，将五氯化钽与氢气进行置换得到沉积于基体表面的钽单质；再以纯铜替换纯钽与氯气反应后，与氢气置换得到沉积于钽单质表面的铜单质，该技术方案保留了钽金属的优势，制备方法简单，但先置换钽单质，再在钽单质表面沉积铜单质，这种复层的沉积方式使得铜单质覆盖第一层钽单质，人体组织和细胞仅能够与最外层的铜单质金属接触，并不能发挥出钽、铜两种金属的协同增效效果。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本申请提供一种利用化学气相沉积法在基体材料表面沉积钽涂层的制备方法和由该制备方法得到的钽涂层，通过该制备方法同步沉积钽单质与铜单质，在基体材料表面形成具有协同增效效果的以钽单质为基体、复合铜单质的钽涂层，解决了临床手术易感染的问题，提高医疗骨植入材料的骨缺损治疗效果。

2、本申请采用的技术方案如下：提供一种钽涂层的制备方法，包括以下步骤：

3、（1）将固体纯钽金属与氯气反应，得到五氯化钽气体，通过氩气输送，将五氯化钽气体通入放置有基体材料的cvd设备反应仓中，cvd设备反应仓内为高纯氩气气氛；

4、（2）将氯化铜粉末加入石英料舟内，并放置在管式炉的石英管中，对石英管抽真空后通入氮气，加热，得到氯化铜气体，将氯化铜气体通入cvd设备反应仓中；

5、（3）向cvd设备反应仓中通入氢气，同步置换出钽单质和铜单质，钽单质和铜单质同步沉积在基体材料表面；

6、（4）反应完成后缓慢停止氢气、五氯化钽气体和氯化铜气体通入，持续通入氩气并保温，降温后获得钽涂层。

7、优选地，步骤（1）中，固体纯钽金属与氯气反应的温度为950-1050℃，氯气通入速率为260-300ml/min，反应真空度为10-15pa。

8、优选地，步骤（1）中，氩气通入速率为8000-10000ml/min。

9、优选地，步骤（2）中，氯化铜的反应温度为900-1100℃。

10、优选地，步骤（2）中，氮气通入速率为1000-2000ml/min。

11、优选地，步骤（3）中，氢气通入速率为500-600ml/min，cvd设备反应仓的温度为1000-1150℃，反应时间为3-9h。

12、本申请还提供一种钽涂层，由上述的制备方法得到。

13、优选地，钽涂层以钽单质为基体，复合铜单质，以及微量的钽氮化物和铜氮化物。

14、优选地，钽涂层厚度为30-150μm。

15、本发明具有以下的突出特点和有益效果：1.针对临床手术中存在的术中感染和术后感染等问题，在钽金属涂层中同步沉积铜金属，铜离子具有杀菌作用，使得钽金属涂层具有抑菌性能，通过钽金属和铜金属的协同增效能够解决手术的感染问题，并提高人体组织修复效果。2.本发明中的制备方法采用钽、铜两种金属同步沉积的技术，避免了复层沉积中铜金属覆盖钽金属、无法发挥两种金属的协同效果的问题，实现钽金属和铜金属均能够与人体组织和细胞接触，有助于钽金属涂层调控细胞行为，促进人体骨组织再生。3.步骤（1）中采用氩气气氛下输送五氯化钽，步骤（2）中采用氮气气氛下输送氯化铜，在反应仓内调控保护气氛组成，调整氮气浓度，使五氯化钽气体和氯化铜气体达到稳定，实现在基体材料表面沉积形成以金属钽为基体，复合铜金属，以及微量的钽氮化物、铜氮化物的表面涂层；避免了两种金属材料同步沉积过程中受到两种金属的气体化合物的影响，容易导致沉积不均匀的问题；提高了涂层材料之间的结合力，保证涂层具有与人体组织适配的力学性能。

技术特征：

1.一种钽涂层的制备方法，其特征在于：包含以下步骤：

2.如权利要求1所述的一种钽涂层的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，所述固体纯钽金属与所述氯气反应的温度为950-1050℃，所述氯气通入速率为260-300ml/min，反应真空度为10-15pa。

3.如权利要求1所述的一种钽涂层的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，所述氩气通入速率为8000-10000ml/min。

4.如权利要求1所述的一种钽涂层的制备方法，其特征在于：步骤（2）中，所述氯化铜的反应温度为900-1100℃。

5.如权利要求1所述的一种钽涂层的制备方法，其特征在于：步骤（2）中，所述氮气通入速率为1000-2000ml/min。

6.如权利要求1所述的一种钽涂层的制备方法，其特征在于：步骤（3）中，所述氢气通入速率为500-600ml/min，所述cvd设备反应仓的温度为1000-1150℃，反应时间为3-9h。

7.一种钽涂层，其特征在于：由权利要求1-6任一项所述的制备方法得到。

8.如权利要求7所述的一种钽涂层，其特征在于：所述钽涂层以所述钽单质为基体，复合所述铜单质，以及微量的钽氮化物和铜氮化物。

9.如权利要求7所述的一种钽涂层，其特征在于：所述钽涂层厚度为30-150μm。

技术总结本发明提供了一种钽涂层及其制备方法，该制备方法包括以下步骤：纯钽与氯气反应得到五氯化钽气体，氯化铜在保护气氛下加热形成氯化铜气体，将五氯化钽气体和氯化铜气体与氢气进行置换，得到同步沉积于基体材料表面的钽单质和铜单质，形成钽涂层。本发明提供的制备方法解决了钽单质与铜单质不能同步沉积的问题，本发明制备的钽涂层具有优异的力学性能、生物活性和抗菌性能，通过钽金属和铜金属涂层的协同增效，解决了手术易感染问题，有效促进新骨的结合和长入，提高对骨缺损处的治疗效果。本申请广泛应用于医用骨植入材料技术领域。技术研发人员：张鹏,房士尧,刘康,朱强,孙金平受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学（威海）技术研发日：技术公布日：2024/6/11