关节置换生物假体材料目前临床应用在10～15年内具有相对较高的成功率。然而随着人均寿命的增加和对关节运动要求的提高，关节置换假体材料的寿命的要求也相应提高。目前常用关节置换材料有金属、陶瓷和聚合物材料。然而金属关节释放金属离子可能具有细胞毒性，聚合物磨损产生的磨损碎屑会诱发炎症，陶瓷材料脆性可能导致在生物体内产生灾难性后果。为避免这些缺陷，可以通过在韧性更好的金属基体表面制备陶瓷涂层，既可以降低磨损率，又能提高基体耐腐蚀性。本研究旨在通过激光熔覆在钛合金TC4表面制备氮化硅（Si3N4）/磷酸三钙（TCP, tricalciumphosphate）生物复合陶瓷涂层，获得既具有基体良好韧性又具有涂层耐磨性和生物活性综合性能的假体材料。本文研究了在不同激光工艺参数下，脉冲激光圆形光斑和连续激光矩形光斑激光熔覆钛合金基复合陶瓷涂层的性能。利用扫描电子显微镜(SEM)、EDS、维氏硬度和模拟体液实验（SBF，simulated body fluid）等技术研究了钛合金TC4基Si3N4/TCP生物复合陶瓷涂层的表面和截面形貌、组织结构、成分分布、力学性能和生物学行为。基于实验结果和分析得出以下结论：1）500W脉冲Nd:YAG激光器圆形光斑和GL-HL-7000型CO2激光器矩形光斑激光熔覆在适当的工艺参数下，Si3N4或Si3N4/TCP复合陶瓷涂层与基体的结合界面致密，涂层自身也很致密，涂层的截面保持完好。脉冲激光圆形光斑激光熔覆时，当涂层中TCP含量较高时，涂层中易于产生宏观裂纹。2）CO2连续激光矩形光斑激光熔覆复合陶瓷涂层时，即使当涂层中TCP含量为20%时也不易产生裂纹。3）脉冲激光圆形光斑激光熔覆复合陶瓷涂层截面SEM为典型的激光熔覆成型的截面显微结构。基体与复合陶瓷涂层产生冶金结合，在基体与陶瓷涂层之间形成组份过渡区域，即形成组份梯度界面。这种类型的涂层设计能减少界面问题，提高植入材料的寿命。涂层底部靠近基体部位为柱状的钛合金复合陶瓷融合组织，在涂层中部形成Si3N4/TCP和钛合金的网络结构。随着涂层从基体向表面过渡，显微组织从柱状晶向等轴晶过渡，TC4比例逐渐降低，Si3N4/TCP逐渐升高，在靠近涂层表面，几乎为全部的Si3N4/TCP组织。Si3N4晶粒在激光高温热源作用下自增长形成长棒状晶粒。4）脉冲激光圆形光斑激光熔覆复合涂层中TCP含量不同，结合层组织结构不同。随着复合陶瓷涂层中TCP含量提高，复合陶瓷涂层致密度提高；复合涂层中，长棒状Si3N4晶粒分布于等轴状Si3N4晶粒基体中，随TCP含量增加，Si3N4晶粒逐渐细化；在表面附近，长棒状Si3N4晶粒呈垂直涂层表面平行生长，涂层内部长棒状Si3N4晶粒呈无规则分布。5）脉冲激光圆形光斑激光熔覆Si3N4+20%TCP复合陶瓷涂层表面打磨后硬度为760HV～856HV，涂层与基体界面硬度平均值为749HV，涂层中部硬度为580±20HV。6）纯Si3N4陶瓷涂层在SBF中表现的生物活性较低，涂层中加入TCP后，在SBF中的生物活性明显提高，随着TCP含量增加，复合陶瓷涂层的生物活性随之提高。