医学领域中钛合金的应用现状与发展趋势
钛是20世纪50年代发展起来的一种重要的结构金属，钛合金因具有比强度高、耐蚀性好、耐热性高等特点而被广泛用于各个领域。世界上许多国家都认识到锨合金材料的重要性，相继对其进行研究开发，并得到了实际应用。
第一个实用的钛合金是1954年美国研制成功的Ti-6Al-4V合金，由于它的耐热性、强度、塑性、韧性、成形性、可焊性、耐蚀性和生物相容性均较好，而成为钛合金工业中的王牌合金，该合金使用量已占全部钛合金的75％～85％。其他许多钛合金都可以看做是Ti-6Al-4V合金的改型。
20世纪50～60年代，主要是发展航空发动机用的高温钛合金和机体用的结构钛合金，70年代开发出一批耐蚀钛合金，80年代以来，耐蚀钛合金和高强钛合金得到进一步发展。耐热钛合金的使用温度已从50年代的400℃提高到90年代的600～650℃。A2(Ti3Al)和r（TiAl）基合金的出现，使钛在发动机的使用部位正由发动机的冷端（风扇和压气机）向发动机的热端（涡轮）方向推进。结构钛合金向高强、高塑、高强高韧、高模量和高损伤容限方向发展。
另外，20世纪70年代以来，还出现了Ti-Ni、Ti-Ni-Fe、Ti-Ni-Nb等形状记忆合金，并在工程上获得日益广泛的应用。
目前，世界上已研制出的钛合金有数百种，最著名的合金有20～30种，如Ti-6Al-4V、Ti-5Al-2.5Sn、Ti-2Al-2.5Zr、Ti-32Mo、Ti-Mo-Ni、Ti-Pd、SP-700、Ti-6242、Ti-1023、Ti-10-5-3、Ti-1023、BT9、BT20、IMI829、IMI834等[2,4]。
钛合金可以分为α、α+β、β型合金及钛铝金属间化合物（TixAl，此处x=1）四类。表6列出了四类典型钛合金及特点[2,4]。
钛合金人体植入物是与人的生命和健康密切相关的特殊的功能材料。同其它金属材料相比较，使用钛及钛合金的优势主要有六点：
1 质轻
钛及钛合金的密度，20℃时为4.5克/厘米3，仅为不锈钢的56%。植入人体内大幅度减轻了人体的负荷量，作为医疗器械也减轻了医务人员操作负荷。
2 弹性模量低
钛及钛合金的弹性模量低，纯钛为10850公斤力/毫米2 ，仅为不锈钢的53%，植入人体内与人体自然骨更接近，有利于接骨，能够减少骨头对植入物的应力屏蔽效应。 3 无磁性
钛及钛合金是无磁性金属，不受电磁场和雷雨天气的影响，这有利于使用后的人体安全。 4无毒性
钛及钛合金的无毒性，作为植入物对人体无毒副作用。.
5 抗腐蚀性
钛及钛合金被称为是生物惰性金属材料，对人体血液的浸泡环境中具有优异的耐腐蚀性能，保证了与人体血液及细胞组织的相容性好，作为植入物不产生人体污染，不会发生过敏反应，这是钛及钛合金应用的基础条件。
在人体植入物用钛及钛合金表面进行阳极氧化着色处理，提高了植入物件在人体条件下的耐磨性、耐蚀性和循环疲劳抗力，也在很大程度上解决了金属离子溶出问题，提高了植入物的相溶性。同时也可以作为不同规格制品的标识，方便了手术操作。
6 强度高、韧性好
因外伤、肿瘤等因素导致骨、关节损害，为建立稳固的骨支架，必须借助弧型板、螺丝钉、人造骨及关节等，这些植入物要长期留置于人体内，会受到人体的弯曲、扭转、挤压、肌肉
收缩力等作用，要求植入物具有高的强度和韧性。研究与临床实例证明，在人体受力小的部位可以用纯钛，在人体受力大的部位可以用Ti-6Al-4V合金，完全可以满足人体植入物的要求。
医用钛合金的发展
钛无毒、质轻、强度高且具有优良的生物相容性，是非常理想的医用金属材料，可用作植人人体的植人物等。目前，在医学领域中广泛使用的仍是Ti-6Al-4v ELI合金。但后者会析出极微量的钒和铝离子，降低了其细胞适应性且有可能对人体造成危害，这一问题早已引起医学界的广泛关注。羌国早在20世纪80年代中期便开始研制无铝、无钒、具有生物相容性的钛合金，将其用于矫形术。日本、英国等也在该方面做了大量的研究工作，并取得一些新的进展。例如，日本已开发出一系列具有优良生物相容性的α+β钛合金，包括Ti-15Zr-4Nb_4ta-0.2Pd、Ti-15Zr-4Nb-aTa-0.2Pd-0.20~0.05N、Ti-15Sn-4Nb-2Ta-0.2Pd和Ti-15Sn-4nb-2Ta-0.2Pd-0.20，这些合金的腐蚀强度、疲劳强度和抗腐蚀性能均优于Ti-6Al-4v ELI。与α+β钛合金相比，β钛合金具有更高的强度水乎，以及更好的切口性能和韧性，更适于作为植入物植入人体。在美国，已有5种β钛合金被推荐至医学领域，即TMZFTM（TI-12Mo-^Zr-2Fe）、Ti-13Nb-13Zr、Timetal 21SRx（TI-15Mo-2.5Nb-0.2Si）、Tiadyne 1610（Ti-16Nb-9.5Hf）和Ti-15Mo。估计在不久的将来，此类具有高强度、低弹性模量以及优异成形性和抗腐蚀性能的庐钛合金很有可能取代目前医学领域中广泛使用的Ti-6Al-4V ELI合金。
钛合金在医学领域的应用
医学领域钛合金主要用于制造植入人体内的医疗器件、假体或人工器官和辅助治疗设备的钛合金。 主要有钛6铝4钒、钛5铝2.5锡、ELI钛6铝4钒等合金。它们具有比强度高、力学性质接近人骨，强度远优于纯钛，还具有耐疲劳、耐腐蚀及生物相容性优良等特点。广泛用于各种人工关节人工骨、骨固定器件、义齿、齿科嵌、固定桥等。
一、钛合金内核陶瓷骨
一种可望用于人体的陶瓷骨日前在上海面世。中科院上海硅酸盐研究所的科研人员说，不久的将来它将造福无数患者。
中国工程院院士丁传贤介绍说，陶瓷骨的“内核”是金属钛合金，质地十分坚硬，外披一件陶瓷“外衣”。这层“外衣”是在摄氏2万度高温下用等离子体高速喷涂而成的。它除外形与人体骨相似外，还能与人体“和睦相处”。科研人员出示的Ｘ光片显示：受伤小狗的体内植入陶瓷骨，数个月后周围的肌肉开始与其融洽相连，新旧骨胳逐渐延伸直至融为一体。这主要是因为陶瓷骨的陶瓷涂层与人体骨组织中的主要无机成分相似。
据介绍，我国每年因各类事故、疾病引起的骨缺损或骨损伤患者约300万人，骨骼不健全人群则达1000万人，而我国临床目前用的人工骨多由金属制成，缺乏生物活性与相融性，而具有良好的生物活性与力学性能，是陶瓷骨的最大优点。它有人工膝关节、胫骨等多个品种，颜色微微泛白，用镊子敲上去发出铮铮响声。科研人员说，人工骨一旦穿上陶瓷“外衣”后，就会被人体视为“自己人”，加速骨骼愈合，促进组织生长。
二、人造髋关节
人造髋关节，人造关节的一种，仿照人体髋关节的结构。指从大腿骨上端插进金属杆，杆顶有一个金属球，能代替股骨顶部。在髋骨窝中粘牢一个塑料臼，金属球就嵌在臼内。如今已有成千上万病人装上这种关节。
1.材料： 股骨头柄分别采用钛合金、钴铬钼合金、超低碳不锈钢材料制造，塑料内臼、髋臼采用无毒超高分子聚乙烯制造，金属杯采用钛合金（与钛合金、钴铬钼合金股骨头柄配合）和超低碳不锈钢材料制造。
2.组成： a.单极由股骨头柄组成；
b.单极全髋由股骨头柄和塑料髋臼组成；
c.双头半髋由股骨头柄、塑料内臼和金属杯组成；
d.双动全髋由股骨头柄、塑料内臼、金属杯和塑料髋臼组成。
3加工方法：
钛合金产品毛坯采用热等静压的加工方法。钴铬钼合金采用铸造的加工方法，不锈钢采用锻造的加工方法，后经机加工成型，并经过表面处理而成。
三、钛合金烤瓷牙
它主要是指介于贵金属烤瓷牙和镍铬合金烤瓷牙之间的烤瓷牙材料，此种瓷牙从严格意义上来说，保证人体亲和性好，而且此种材料是比较适合人体健康的要求，其使用寿命会大大超出人们的想象，从理论上来讲，只要注意正确用牙，使用寿命都是终生的
优点
钛合金与陶瓷的结合力很好，钛合金烤瓷牙具有不易崩瓷、经久耐用的特点，钛合金的生物相容性好，通常不会引起周围组织变色。
缺点
钛合金烤瓷冠内冠呈灰金属色，钛合金烤瓷冠修复后会在特殊光线下会呈现出不易察觉的偏青色，其美容效果比较差。
四、钛合金支架
目前钛合金制造支架以强度高，表面光滑、耐磨损、耐腐蚀，永久修复等优点而被广泛应用。一般的钛合金支架含钛4-6%，具有良好的生物相容性，同等于75%的黄金合金。
用钛合金制造支架，修复短期内患者即可行使咀嚼功能，且不适感消除快，固位好，用钛合金支架修复缺失牙，具有良好的强度和弹性。纯钛与人体组织有良好的适应性，使得其基托下方的口腔黏膜不会产生类似排斥的反应，如微血管流速的改变、组织液渗出的增加等等。这样患者戴用钛合金基托义齿后产生义齿性口炎的条件就大大减少，提高了患者的满意度。
钛合金支架能很好的帮助恢复牙体形态和功能，且强度高，表面光滑、耐磨损、耐腐蚀，一种永久修复体，适用于一切固定者。尤其是它的生物相容性好，对镍离子敏感的人比较适合，现已被广泛地推广应用于前牙的修复。
医学领域中钛合金的应用现状与发展趋势
钛是20世纪50年代发展起来的一种重要的结构金属，钛合金因具有比强度高、耐蚀性好、耐热性高等特点而被广泛用于各个领域。世界上许多国家都认识到锨合金材料的重要性，相继对其进行研究开发，并得到了实际应用。
第一个实用的钛合金是1954年美国研制成功的Ti-6Al-4V合金，由于它的耐热性、强度、塑性、韧性、成形性、可焊性、耐蚀性和生物相容性均较好，而成为钛合金工业中的王牌合金，该合金使用量已占全部钛合金的75％～85％。其他许多钛合金都可以看做是Ti-6Al-4V合金的改型。
20世纪50～60年代，主要是发展航空发动机用的高温钛合金和机体用的结构钛合金，70年代开发出一批耐蚀钛合金，80年代以来，耐蚀钛合金和高强钛合金得到进一步发展。耐热钛合金的使用温度已从50年代的400℃提高到90年代的600～650℃。A2(Ti3Al)和r（TiAl）基合金的出现，使钛在发动机的使用部位正由发动机的冷端（风扇和压气机）向发动机的热端（涡轮）方向推进。结构钛合金向高强、高塑、高强高韧、高模量和高损伤容限方向发展。
另外，20世纪70年代以来，还出现了Ti-Ni、Ti-Ni-Fe、Ti-Ni-Nb等形状记忆合金，并在工程上获得日益广泛的应用。
目前，世界上已研制出的钛合金有数百种，最著名的合金有20～30种，如Ti-6Al-4V、Ti-5Al-2.5Sn、Ti-2Al-2.5Zr、Ti-32Mo、Ti-Mo-Ni、Ti-Pd、SP-700、Ti-6242、Ti-1023、Ti-10-5-3、Ti-1023、BT9、BT20、IMI829、IMI834等[2,4]。
钛合金可以分为α、α+β、β型合金及钛铝金属间化合物（TixAl，此处x=1）四类。表6列出了四类典型钛合金及特点[2,4]。
钛合金人体植入物是与人的生命和健康密切相关的特殊的功能材料。同其它金属材料相比较，使用钛及钛合金的优势主要有六点：
1 质轻
钛及钛合金的密度，20℃时为4.5克/厘米3，仅为不锈钢的56%。植入人体内大幅度减轻了人体的负荷量，作为医疗器械也减轻了医务人员操作负荷。
2 弹性模量低
钛及钛合金的弹性模量低，纯钛为10850公斤力/毫米2 ，仅为不锈钢的53%，植入人体内与人体自然骨更接近，有利于接骨，能够减少骨头对植入物的应力屏蔽效应。 3 无磁性
钛及钛合金是无磁性金属，不受电磁场和雷雨天气的影响，这有利于使用后的人体安全。 4无毒性
钛及钛合金的无毒性，作为植入物对人体无毒副作用。.
5 抗腐蚀性
钛及钛合金被称为是生物惰性金属材料，对人体血液的浸泡环境中具有优异的耐腐蚀性能，保证了与人体血液及细胞组织的相容性好，作为植入物不产生人体污染，不会发生过敏反应，这是钛及钛合金应用的基础条件。
在人体植入物用钛及钛合金表面进行阳极氧化着色处理，提高了植入物件在人体条件下的耐磨性、耐蚀性和循环疲劳抗力，也在很大程度上解决了金属离子溶出问题，提高了植入物的相溶性。同时也可以作为不同规格制品的标识，方便了手术操作。
6 强度高、韧性好
因外伤、肿瘤等因素导致骨、关节损害，为建立稳固的骨支架，必须借助弧型板、螺丝钉、人造骨及关节等，这些植入物要长期留置于人体内，会受到人体的弯曲、扭转、挤压、肌肉
收缩力等作用，要求植入物具有高的强度和韧性。研究与临床实例证明，在人体受力小的部位可以用纯钛，在人体受力大的部位可以用Ti-6Al-4V合金，完全可以满足人体植入物的要求。
医用钛合金的发展
钛无毒、质轻、强度高且具有优良的生物相容性，是非常理想的医用金属材料，可用作植人人体的植人物等。目前，在医学领域中广泛使用的仍是Ti-6Al-4v ELI合金。但后者会析出极微量的钒和铝离子，降低了其细胞适应性且有可能对人体造成危害，这一问题早已引起医学界的广泛关注。羌国早在20世纪80年代中期便开始研制无铝、无钒、具有生物相容性的钛合金，将其用于矫形术。日本、英国等也在该方面做了大量的研究工作，并取得一些新的进展。例如，日本已开发出一系列具有优良生物相容性的α+β钛合金，包括Ti-15Zr-4Nb_4ta-0.2Pd、Ti-15Zr-4Nb-aTa-0.2Pd-0.20~0.05N、Ti-15Sn-4Nb-2Ta-0.2Pd和Ti-15Sn-4nb-2Ta-0.2Pd-0.20，这些合金的腐蚀强度、疲劳强度和抗腐蚀性能均优于Ti-6Al-4v ELI。与α+β钛合金相比，β钛合金具有更高的强度水乎，以及更好的切口性能和韧性，更适于作为植入物植入人体。在美国，已有5种β钛合金被推荐至医学领域，即TMZFTM（TI-12Mo-^Zr-2Fe）、Ti-13Nb-13Zr、Timetal 21SRx（TI-15Mo-2.5Nb-0.2Si）、Tiadyne 1610（Ti-16Nb-9.5Hf）和Ti-15Mo。估计在不久的将来，此类具有高强度、低弹性模量以及优异成形性和抗腐蚀性能的庐钛合金很有可能取代目前医学领域中广泛使用的Ti-6Al-4V ELI合金。
钛合金在医学领域的应用
医学领域钛合金主要用于制造植入人体内的医疗器件、假体或人工器官和辅助治疗设备的钛合金。 主要有钛6铝4钒、钛5铝2.5锡、ELI钛6铝4钒等合金。它们具有比强度高、力学性质接近人骨，强度远优于纯钛，还具有耐疲劳、耐腐蚀及生物相容性优良等特点。广泛用于各种人工关节人工骨、骨固定器件、义齿、齿科嵌、固定桥等。
一、钛合金内核陶瓷骨
一种可望用于人体的陶瓷骨日前在上海面世。中科院上海硅酸盐研究所的科研人员说，不久的将来它将造福无数患者。
中国工程院院士丁传贤介绍说，陶瓷骨的“内核”是金属钛合金，质地十分坚硬，外披一件陶瓷“外衣”。这层“外衣”是在摄氏2万度高温下用等离子体高速喷涂而成的。它除外形与人体骨相似外，还能与人体“和睦相处”。科研人员出示的Ｘ光片显示：受伤小狗的体内植入陶瓷骨，数个月后周围的肌肉开始与其融洽相连，新旧骨胳逐渐延伸直至融为一体。这主要是因为陶瓷骨的陶瓷涂层与人体骨组织中的主要无机成分相似。
据介绍，我国每年因各类事故、疾病引起的骨缺损或骨损伤患者约300万人，骨骼不健全人群则达1000万人，而我国临床目前用的人工骨多由金属制成，缺乏生物活性与相融性，而具有良好的生物活性与力学性能，是陶瓷骨的最大优点。它有人工膝关节、胫骨等多个品种，颜色微微泛白，用镊子敲上去发出铮铮响声。科研人员说，人工骨一旦穿上陶瓷“外衣”后，就会被人体视为“自己人”，加速骨骼愈合，促进组织生长。
二、人造髋关节
人造髋关节，人造关节的一种，仿照人体髋关节的结构。指从大腿骨上端插进金属杆，杆顶有一个金属球，能代替股骨顶部。在髋骨窝中粘牢一个塑料臼，金属球就嵌在臼内。如今已有成千上万病人装上这种关节。
1.材料： 股骨头柄分别采用钛合金、钴铬钼合金、超低碳不锈钢材料制造，塑料内臼、髋臼采用无毒超高分子聚乙烯制造，金属杯采用钛合金（与钛合金、钴铬钼合金股骨头柄配合）和超低碳不锈钢材料制造。
2.组成： a.单极由股骨头柄组成；
b.单极全髋由股骨头柄和塑料髋臼组成；
c.双头半髋由股骨头柄、塑料内臼和金属杯组成；
d.双动全髋由股骨头柄、塑料内臼、金属杯和塑料髋臼组成。
3加工方法：
钛合金产品毛坯采用热等静压的加工方法。钴铬钼合金采用铸造的加工方法，不锈钢采用锻造的加工方法，后经机加工成型，并经过表面处理而成。
三、钛合金烤瓷牙
它主要是指介于贵金属烤瓷牙和镍铬合金烤瓷牙之间的烤瓷牙材料，此种瓷牙从严格意义上来说，保证人体亲和性好，而且此种材料是比较适合人体健康的要求，其使用寿命会大大超出人们的想象，从理论上来讲，只要注意正确用牙，使用寿命都是终生的
优点
钛合金与陶瓷的结合力很好，钛合金烤瓷牙具有不易崩瓷、经久耐用的特点，钛合金的生物相容性好，通常不会引起周围组织变色。
缺点
钛合金烤瓷冠内冠呈灰金属色，钛合金烤瓷冠修复后会在特殊光线下会呈现出不易察觉的偏青色，其美容效果比较差。
四、钛合金支架
目前钛合金制造支架以强度高，表面光滑、耐磨损、耐腐蚀，永久修复等优点而被广泛应用。一般的钛合金支架含钛4-6%，具有良好的生物相容性，同等于75%的黄金合金。
用钛合金制造支架，修复短期内患者即可行使咀嚼功能，且不适感消除快，固位好，用钛合金支架修复缺失牙，具有良好的强度和弹性。纯钛与人体组织有良好的适应性，使得其基托下方的口腔黏膜不会产生类似排斥的反应，如微血管流速的改变、组织液渗出的增加等等。这样患者戴用钛合金基托义齿后产生义齿性口炎的条件就大大减少，提高了患者的满意度。
钛合金支架能很好的帮助恢复牙体形态和功能，且强度高，表面光滑、耐磨损、耐腐蚀，一种永久修复体，适用于一切固定者。尤其是它的生物相容性好，对镍离子敏感的人比较适合，现已被广泛地推广应用于前牙的修复。