等离子喷涂方法制备的纳米羟基磷灰石（HA）涂层已被成功用在骨及牙等金属种植体表面,以提高种植体与人体骨组织之间的骨传导性和生物相容性。然而喷涂粉体材料的纯度及结晶度低、涂层的结合强度差依旧是等离子喷涂纳米HA涂层材料在使用过程中有待深入解决的两个突出问题,阻碍了该材料在医学临床上获得更广泛的应用。因此,本文以探索高纯、高结晶度纳米HA粉体材料和高结合强度HA涂层的有效制备方法及相应机理为目标开展了研究,以期为解决纳米HA涂层材料在实际应用中存在的上述问题提供新的途径。围绕此目标,本文的研究主线是先通过对水热工艺条件控制和表面活性剂添加的研究,水热合成了具有较高纯度和结晶度的纳米HA材料,并探讨了能有效控制纳米HA晶体生长过程及形貌的机理。再通过喷雾造粒、等离子空心化及球化处理技术将纳米HA材料进行颗粒重构,以获得适合等离子喷涂的团聚型纳米HA（AHA）粉体和空心球型纳米HA（HSHA）粉体,并进一步采用壳壁厚度控制技术制备出新型薄壳空心球型纳米HA（TS-HSHA）粉体,同时分析了HSHA粉体在等离子焰流中的空心化机理以及壳壁厚度的控制因素。最后,等离子喷涂制备了高结合强度的TS-HSHA粉体涂层,并探讨了该涂层与基体之间形成强结合的机理。具体研究结果如下:研究了水热温度、水热时间、离子型和非离子型表面活性剂对水热合成纳米HA材料晶体结构及形貌的影响,结果表明:水热温度升高会导致水热反应速率常数k呈指数增加,HA晶体的溶解度显著减小,这些均会加速化学反应进程,促进晶体生长,导致最终生成的纳米HA材料的结晶程度和颗粒尺寸增加。延长水热时间会使晶体的晶化反应及发育更加充分,从而提高纳米HA材料的结晶程度。在水热反应溶液中加入仲烷基磺酸钠（SAS）阴离子型表面活性剂后,会促进HA晶体颗粒向各向异性大长径比棒状形貌生长,加入双十八烷基二甲基氯化铵（DODMAC）阳离子型表面活性剂后会驱使HA晶体颗粒向各向同性球状或短棒状形貌生长,其原理在于:阴、阳离子型表面活性剂在水热反应溶液中会解离成带有负电荷或正电荷的离子基团,并分别与HA晶体a、b轴的OH-Ca6络阳离子生长基元或c轴的Ca-P6O24络阴离子生长基元发生特异性静电吸引,进而影响HA晶体在a、b轴或c轴方向的生长进程,最终形成具有不同形貌特征的HA材料颗粒。聚乙二醇（PEG）非离子型表面活性剂加入后与HA晶体的生长基元不发生静电吸引,其主要发挥增溶和分散作用,进而促进水热合成反应进行,同时降低HA颗粒之间的团聚程度。采用正交试验对水热工艺参数进行了优化,并添加PEG表面活性剂,制备出结晶度达93.8%的HA材料。透射电子显微镜（TEM）观察结果显示,该HA材料为纳米尺寸的棒状晶体颗粒,长度为（25～200）nm,直径为（10～30）nm,平均长径比约为5:1,颗粒之间分散性良好。同时,可观察到纳米HA晶体颗粒边界清晰,发育完整,晶面纹路平直,表明晶体内部缺陷较少。X射线衍射（XRD）分析显示,所制备纳米HA材料的衍射特征峰与HA标准数据卡片（JCPDS No.09-0432）相符合,无其它杂质相衍射峰存在,红外光谱（IR）分析也未发现HA和水结构之外的其它官能团吸收峰,表明该纳米HA材料具有较高的纯度。对纳米HA材料晶体结构中结晶水的存在和CO32-的掺杂进行了研究,结果表明:水热合成纳米HA晶体中含有结晶水。同时,水进入HA晶格后导致HA晶胞发生了体积膨胀。另外,采用向水热反应溶液中通入CO2的方法获得了CO32-掺杂HA材料,经IR分析,发现该材料的掺杂模式为B型占主要的AB混合型。将纳米HA材料配制成适合喷雾造粒用的浆料,研究了浆料固含量、物理分散方法以及分散剂对浆料的流变性和分散稳定性的影响。结果表明:纳米HA浆料的粘度随固含量的增加或剪切速率的减小而上升,表现出假塑性流体的流变特性。通过机械搅拌和超声联合的物理分散方法,并加入分子量为（3000～3600）的聚丙烯酸铵（PMAA-NH4）分散剂,可以获得具有良好分散稳定性的浆料。采用正交试验对喷雾造粒工艺参数进行了优化,将纳米HA浆料喷雾造粒后制备了AHA粉体。通过热失重（TG）分析,确定了AHA粉体的热处理工艺制度。采用等离子空心化及球化方法对AHA粉体进行处理,获得了HSHA粉体。通过对等离子焰流温度场和粉体颗粒熔化度进行模拟计算,研究了HSHA粉体的形成机理、影响粉体空心化效果及壳壁厚度的因素。结果表明:AHA粉体被等离子空心化及球化处理时经历了表面熔融封裹内部气体、充分熔化形成空心熔滴、冷却凝固形成HSHA粉体等过程。HSHA粉体的空心化效果主要受到粉体初始孔隙率、粉体熔化程度、熔滴内部气密性的影响。粉体熔滴温度是影响HSHA粉体壳壁厚度的关键因素。在等离子空心化及球化处理过程中,使用温度场保护装置制备了平均壳壁厚度仅为3.2μm的新型TS-HSHA粉体,该制备方法的原理在于:当粉体熔滴飞出高温等离子焰流后,通过温度场保护装置阻止热量扩散流失,并控制熔滴温度高于HA的熔点,以避免熔滴表面提前冷却凝固,进而使空心熔滴继续受热膨胀,其壳壁厚度也持续减小。在等离子喷涂HA涂层前,对Ti-6Al-4V基体进行了喷砂处理,发现涂层的结合强度随喷砂压力或时间的增加呈现先升后降的变化趋势。在喷砂后的基体上等离子喷涂制备了AHA、厚壳HSHA、TS-HSHA三种粉体涂层,研究了不同颗粒结构粉体对涂层结合强度的影响,结果表明:AHA、厚壳HSHA、TS-HSHA粉体涂层的平均结合强度分别为14.3 MPa、19.3 MPa、23.8 MPa,TS-HSHA粉体涂层的平均结合强度比前两种粉体涂层分别提高约40%和19%,该涂层具有高结合强度的机理在于:空心颗粒结构的HSHA粉体熔滴与基体表面撞击时,会发生特有的反溅现象,使其在基体表面的铺展比实心颗粒结构的AHA粉体熔滴更充分,并且当空心粉体的壳壁越薄,产生的这种充分铺展效果也越明显,导致具有薄壳颗粒结构的TS-HSHA粉体熔滴在基体表面完全铺展并凝固后,产生了更强的机械咬合作用,从而使最终形成的TS-HSHA粉体涂层获得了高结合强度。同时,TS-HSHA粉体熔滴在凝固后会形成厚度均匀、内部缺陷少的扁平粒子,进而使由该种扁平粒子构成的TS-HSHA粉体涂层的结合强度得到进一步提高。另外,较薄的壳壁导致TS-HSHA粉体在等离子焰流中熔化更为充分,也有利于增强涂层与基体之间的结合。采用溶解试验对TS-HSHA粉体涂层的溶解稳定性进行了测试,结果显示,该涂层在纯水中的溶解度较小,具有良好的稳定性。