钛及钛合金因具有优异的力学性能、耐腐蚀性能及良好的生物相容性，在临床骨替换应用方面取得了巨大的成功。但是，由于存在弹性模量不匹配、植入体-骨结合强度低等问题，对降低材料弹性模量提出了进一步要求。孔隙的加入很好的解决了这一问题，多孔钛不仅具有与人骨相近的弹性模量，又为骨组织的长入提供了空间。研究者们已经对多孔钛的生物及力学相容性进行了广泛的研究，并取得了一些有价值的成果。然而，有关生物多孔金属材料在临床应用中还存在许多尚待解决的问题，尤其是针对特定的生物学应用，开展集中而系统的理论和实验研究还略显匮乏，而这对生物多孔钛的发展及早日进入临床应用具有非常重要的意义。本文采用添加造孔剂的粉末冶金法制备了不同孔结构参数的生物医用多孔钛材料。主要研究了不同造孔剂粒度和体积分数对多孔钛孔隙率、孔径大小及其分布的影响，对多孔钛的孔结构特征进行了观察；研究了不同孔结构参数多孔钛的准静态压缩性能、弹性模量和强度与孔隙率/相对密度间关系，以及在压缩过程中的孔结构变形机制；采用碱热处理方法对多孔钛进行表面改性，对活化层的结构特征进行观察，并对具有活化层表面多孔钛的力学性能进行研究；最后采用浸泡模拟体液的方法研究了活化后多孔钛的体外骨生物活性，并就活化层诱导磷灰石的形成机制进行了探讨。论文的主要工作和取得的成果如下：（1）研究了造孔剂粒度和体积分数对多孔钛孔隙率、孔径大小及其分布的影响。采用粉末冶金方法制备的多孔钛，其孔隙率<70%，孔径分布在100~550μm范围内。当造孔剂的粒度保持不变时，多孔钛的孔隙率、孔隙尺寸及连通性能都随造孔剂体积分数的增大而增大，而孔隙的宏观形貌主要受造孔剂的形态影响，与造孔剂体积分数关系不大。当造孔剂的体积分数保持不变时，造孔剂的粒度越大，多孔钛的孔隙率、孔隙尺寸及其连通性能都增大，孔隙间通道变宽。且多孔钛的孔径分布范围和平均孔径均大于造孔剂的分布范围及其平均尺寸。（2）粉末冶金制备的多孔钛材料的孔结构特征。多孔钛具有三维连通的孔隙结构，其孔结构分为两种：一种为去除造孔剂后留下的宏观孔隙，大小由造孔剂粒度决定，四种不同孔径多孔钛的孔径分布分别为100~200μm、125~350μm、225~425μm和250~550μm，相应的平均孔径分别为144μm、230μm、315μm和407μm；另一种孔结构为分布在宏观孔隙孔壁上的小孔洞，大小约为几个微米。这种复合的孔结构特征满足骨组织的生长要求。（3）多孔钛的准静态压缩力学性能。生物多孔钛的准静态压缩应力-应变曲线具有多孔材料的典型特征，都具有三个阶段应力-应变响应行为，即线弹性阶段、平台区和致密化阶段。区别在于，高孔隙率多孔钛具有明显的平台阶段，而低孔隙率（<32%）的多孔钛则出现“伪平台”阶段，且伪平台阶段的斜率显著依赖于孔隙率，随着孔隙率的增加，“伪平台”阶段的曲线斜率逐渐减小。多孔钛的弹性模量大致分布在1~18GPa范围内，屈服强度大约分布在50~800MPa范围内，抗压强度在100~1600MPa范围内，均满足皮质骨对于弹性模量的要求。且随着孔隙率的增加，多孔钛的弹性模量和强度均不断下降。（4）不同孔结构参数的生物多孔钛的弹性模量和强度与孔隙率/相对密度间关系及孔结构变形。粉末冶金制备的多孔钛，其相对弹性模量、相对屈服强度与相对密度之间，均存在一定的本构关系，常数项C1和C2是与孔形态或制备工艺相关的参数，而n1和n2则分别预示了多孔钛的弹性阶段和屈服后的孔壁变形方式。对于本研究中的制备工艺来讲，相应的C1和C2值分别为0.17和1.45，n1和n2值则分别分布在（1.2~1.8）和（2.6~3.0）范围内，n2平均值为2.79，说明相应的孔壁变形方式为弯曲和屈曲共存，并以屈曲为主导。（5）碱热处理后多孔钛样品的活化层表面形貌及力学性能研究。碱热处理后多孔钛表面获得了无裂纹的生物活化层，为钛酸钠和金红石的混合物质，且其形态呈现微孔网状结构，微孔大小约为200nm。碱热处理会降低多孔钛的力学性能，但并不影响力学性能与孔结构之间的本质关系。（6）活化层的截面结构特征。活化层从基体内部到表面可划分为三个区域：第Ⅰ个区域为多孔钛基体内部；第Ⅱ区域为中间过渡层；第Ⅲ区域即为由Na2Ti5O11和TiO2组成的活化层。活化层厚度约为1.64μm。碱热处理过程中，Ca离子与Na离子同时参与多孔钛的反应，Ca离子的参与使多孔钛表面生成了具有活性的钛酸钙，进一步提高了多孔钛的生物活性，使改性的样品在后续的植入初期更早完成骨整合，缩短恢复期。（7）活化后多孔钛的体外骨生物活性及诱导磷灰石沉积的机制探讨。改性后多孔钛样品浸泡模拟体液3天后，表面生成了低结晶度且不稳定的棒状磷灰石，磷灰石含有Ti、O、Na、Ca、P、Cl和C七种元素，是掺杂了Mg2+的羰基磷灰石，（Ca+Mg）/P为1.67，说明经改性后的多孔钛具有很好的诱导磷灰石形成的能力。此外，样品表面还生成了一种为白色颗粒状物质，是磷灰石形成过程中的中间产物钛酸钙。在SBF浸泡过程中，样品表面的Ti-OH基团，先吸收Ca2+形成钛酸钙，钛酸钙进而结合磷酸根生成磷酸钙。而碱热处理后样品表面的含Ca物质，在浸泡模拟体液过程中，促进了磷酸钙在样品表面沉积进而转变成稳定的类骨磷灰石。