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针对目前硬组织替代用钛合金植入体表面生物陶瓷涂层与基体间界面结合差,在受力和疲劳情况下容易剥落,以及生物陶瓷材料性脆易断裂,植入人体后易早期断裂失效等关键问题,开展了低成本、高性能的生物陶瓷涂层材料与生物陶瓷复合材料研究。本论文通过涂层材料与钛合金基体间的热膨胀系数的匹配设计,优化涂层/基体界面结合,在钛合金基体上沉积六钛酸钾(K2Ti6O13)和K2Ti6O13/HA(羟基磷灰石)生物陶瓷涂层,以获得具有良好生物活性、较高结合强度和耐磨性能的生物活性涂层。首先通过固相反应和化学沉淀法分别制备了K2Ti6O13和HA粉体,确定了粉体的合成工艺,并对其进行了表征;然后用等离子喷涂的方法在Ti-6Al-4V合金基体上分别制备了K2Ti6O13和K2Ti6O13/HA生物陶瓷涂层;利用XRD和SEM技术对材料的相组成和表面与截面形貌进行表征,按照ASTM C-633标准对涂层的结合强度进行了检测,利用摩擦磨损试验机检测了涂层的抗摩擦性能,利用模拟体液培养和傅立叶红外光谱分析了其生物活性。结果表明,本研究所制的K2Ti6O13具有与Ti-6Al-4V相近的热膨胀系数,通过计算可知K2Ti6O13与HA的重量配比为80%:20%时,K2Ti6O13/HA生物陶瓷涂层的热膨胀系数与Ti-6Al-4V合金一致。通过正交实验获得等离子喷涂的最佳工艺参数:电压39.8V,电流850A,主气45L/min,辅气27.9L/min,距离100mm。在此参数下,Ti-6Al-4V合金基体上K2Ti6O13和K2Ti6O13/HA涂层均具有最大的结合强度,分别为20MPa和23.7MPa。所制备涂层厚度为50~100μm。磨损实验表明涂层可以有效地提高钛合金的耐磨性。通过涂层组织观察现,涂层具有凹凸不平的表面,该表面有利于骨组织的长入。物相分析结果表明,复合涂层中K2Ti6O13与HA有相互助熔的作用,并且两者反应生成了TiO2等新物质。涂层经模拟体液培养后,发现K2Ti6O13/HA涂层表面有钙磷层沉积,具有较好的生物活性。另外,本研究还采用冷压成型+1050℃、1100℃、1150℃和1200℃无压大气烧结的方法制备了K2Ti6O13生物陶瓷和HA含量分别为25%、50%、75%和100%的K2Ti6O13晶须/HA复合生物陶瓷。然后利用XRD和SEM对材料的相组成和表面与断面形貌进行了表征,检测了其线收缩率、体积密度和气孔率等物理性质,测试了陶瓷的抗弯强度,并通过模拟体液培养试验表征了生物陶瓷的生物活性。试验结果表明,1100℃烧结的K2Ti6O13陶瓷具有最大的的抗弯强度120MPa;复合陶瓷在1150℃和1200℃时烧结致密,HA含量为50%时具有最大的抗弯强度160MPa。单相K2Ti6O13陶瓷烧结后晶须会熔合成粗大而多孔的柱状晶,强度会有所降低,晶相并未发生大的改变。在复合生物陶瓷体系中,HA能促进K2Ti6O13陶瓷发生相变反应,随着HA含量的增加和烧结温度的升高复合陶瓷中的K2Ti6O13逐渐转变为TiO2,部分TiO2会与HA反应生成CaTiO3,或促进其分解生成TCP。1150℃烧结含50%HA的复合陶瓷不仅具有较大的抗弯强度,可达159MPa,而且经模拟体液培养发现,7天就会长出钙磷层,随着培养时间的延长钙磷层会变的厚且致密。同时,1150℃烧结含75%HA的复合陶瓷也具有很好的生物活性,而K2Ti6O13陶瓷的生物活性不太明显。