一、核心医用钛材料种类

1. 纯钛

纯钛根据氧和铁含量分为多个等级（Gr1, Gr2, Gr3, Gr4），氧含量越高，强度越高，但塑性略有下降。

• 特点： 优异的生物相容性、好的耐腐蚀性、良好的塑性加工性能。它是所有医用金属材料中生物相容性的“好标准”。

• 常用等级：

  • Gr1 (强度低，塑性好)： 用于对成形性要求高的板片材制品。

  • Gr2 (强度和塑性的较佳平衡)： 这是应用广泛的医用纯钛，用于骨螺钉、骨板、牙种植体、牙冠/桥支架等。

  • Gr3/Gr4 (强度高)： 用于需要高强度的承重部位植入物。

• 主要应用： 牙科种植体、颌面修复、非主要承力部位的骨固定器械（接骨板、螺钉）、心血管支架等。

2. 钛合金

这是世界上使用广泛、重要的航空航天和医用钛合金。

• 成分： 含6%铝(Al)，4%钒(V)。

• 特点： 强度高（约为纯钛的2倍）、疲劳性能好、生物相容性良好。

• 重要区分：

  • Ti-6Al-4V ： 这是医用选版本。ELI意味着间隙元素（如氧、氮、铁）含量低，这使其拥有更好的断裂韧性和更低的弹性模量，更接近人骨，能减少“应力屏蔽”效应，有利于骨骼愈合。

• 主要应用： 人工关节（髋、膝、肩）、脊柱内固定系统、牙种植体、颅骨修复等高承重或复杂受力部位的植入物。

3. Ti-6Al-7Nb (钛合金)

这是为替代Ti-6Al-4V而开发的医用专用合金，因为钒(V)元素被认为有潜在的细胞毒性。

• 成分： 含6%铝(Al)，7%铌(Nb)。用生物惰性更好的铌(Nb)取代了钒(V)。

• 特点： 生物相容性优于Ti-6Al-4V，力学性能与之相当。

• 主要应用： 与Ti-6Al-4V ELI类似，主要用于制造人工髋关节和股骨头等。

4. β型钛合金 

这是一类新型医用钛合金，以β相稳定元素（如Nb, Ta, Zr, Mo, Sn）为主，完全不含铝(Al)和钒(V)。

• 特点：

  • 弹性模量低： 接近人骨，能大大减少应力屏蔽。

  • 高强度、高耐磨性。

  • 优异的耐腐蚀性和生物相容性（不含Al、V）。

• 主要应用： 新一代人工关节、脊柱动态固定系统、心血管支架、骨科内固定物等，是当前研发的热点。

二、选择医用钛材料的关键考量因素

1. 生物相容性： 这是选择条件。材料必须无毒、不致敏、不致癌、不引起免疫反应，并能与人体组织和平共处。

2. 力学性能匹配：

   • 强度： 必须能承受人体的载荷。

   • 弹性模量： 理想状态是与人骨接近，以避免“应力屏蔽”（植入物承担了所有负荷，导致周围骨骼因缺乏应力刺激而萎缩、吸收）。

   • 疲劳强度： 植入物在人体内需要承受数百万次的周期性载荷，必须抗疲劳。

3. 耐腐蚀性： 人体环境是温暖、潮湿的氯化物环境（体液类似于盐水），材料必须能抵抗点蚀、缝隙腐蚀和电化学腐蚀。

4. 可加工性与成本： 植入物形状复杂，需要良好的机加工、锻造或3D打印（增材制造）性能。β型钛合金虽然性能优异，但加工难度大，成本高。