钛具有优良的综合性能,广泛地应用于临床,但其在临床应用中主要存在以下问题:一是生物力学相容性较差,其弹性模量与人体硬组织不匹配;二是生物活性较差,其不能与人体硬组织形成化学骨性结合。因此,降低钛弹性模量以提高其生物力学相容性的研究和钛表面改性以提高其生物活性的研究,具有重要的科学研究价值和很好的临床应用前景,成为近年来生物医用材料领域研究最为活跃的方向之一。本文先采用粉末冶金法获得低弹性模量的多孔钛烧结体,再采用微弧氧化法对烧结体表面改性处理,制备出生物力学相容性、生物活性和力学性能良好的多孔钛基表面复合材料,系统地研究了多孔钛基表面复合材料的结构、组成、生物活性和力学性能特性。钛烧结体的研究结果表明:粉末冶金制备的钛烧结体未有新相形成且结晶良好。随着成形压力的增加,其密度逐渐提高,孔隙率逐渐减小;粉末冶金孔的孔径逐渐减小,形状由不规则形逐渐向圆形转变。控制孔隙特性使钛烧结体的杨氏弹性模量降至28.5GPa,提高了材料整体生物力学相容性。微弧氧化膜层的研究结果表明:钛烧结体在300V～500V恒电压下微弧氧化处理,在其表面得到多孔状含钙、磷的氧化膜层。多孔形貌是材料表面的主要特征,既有粉末冶金形成的较大的孔,也有微弧氧化形成的较小的孔,特别是大孔内壁分布着小孔的大孔套小孔的形态特征,降低了材料表层的弹性模量,进一步提高了材料的生物力学相容性。膜层主要由CaTiO₃、金红石相和锐钛矿相TiO₂组成,金红石相TiO₂随电压升高而增多。随着电压升高,膜层表面Ca含量增多,P含量先增加后变化不大,Ca/P比增大。膜层与钛烧结体有较高的结合强度,膜层有一定的抗剪切能力。随着电压的升高,膜层与钛烧结体的结合强度和膜层的抗剪切能力下降。模拟体液浸泡试验研究结果表明:多孔钛基表面复合材料具有良好的生物活性。材料的粉末冶金孔、微弧氧化孔以及含Ca和P的物质,有助于类骨磷灰石形核。类骨磷灰石生长于粉末冶金孔和微弧氧化孔之中,提高了材料的生物活性和对类骨磷灰石的机械固定作用。50MPa粉末冶金成形压力与300V微弧氧化电压处理获得的多孔钛基表面复合材料具有较好的生物力学相容性和生物活性,有望成为人体硬组织替换和修复材料。