[发明专利]一种碳/碳复合材料含硅羟基磷灰石涂层的制备方法

说明书

发明领域

本发明涉及一种碳/碳复合材料羟基磷灰石涂层的制备方法，具体涉及一种碳/碳复合材料含硅羟基磷灰石涂层的制备方法。

背景技术

骨植入材料是生物医用材料的重要组成部分。人口老龄化趋势加剧，加之交通事故、意外伤害、病变等原因，骨科内植入材料市场需求迅速增加。传统的自体骨移植和异体骨移植是治疗骨缺损的常用方法。然而，自体骨移植存在来源受限、影响供区功能、增加手术痛苦及易感染等缺点；而异体骨移植则存在难以及时获取、可能被传染疾病等缺点(胡堃，刘斌。骨移植材料发展趋势，生物骨科材料与临床研究，2010，7(3)：32-38)。因此，采用人工合成植入材料，医用陶瓷、金属和高分子仍是解决患者痛苦的主要措施。

羟基磷灰石(HA)涂层/碳-碳复合材料(C/C)兼具HA和C/C两种生物相容性材料的结构和功能特性，扬长避短，是一种极具潜力的骨修复和替换材料(Zhao Xue-ni，Hu Tao，Li He-Jun，Chen Meng-di，Chao Sheng，Zhang Lei-lei，Hou Xiang-hui.Electrochemically assisted co-deposition of calcium phosphate/collagen coatings on carbon/carbon composites.Applied Surface Science，2011，257(8)：3612-3619)。C/C生物相容性好，综合力学性能优异，尤其它的模量与骨相当，但C/C是生物惰性材料，植入后，会被一层纤维结缔组织所包裹，不能与生物体组织形成化学结合。而HA其组成、结构与骨中无机盐相近，具有引导和诱导骨再生功能、以及骨性结合能力。因此，两者复合不仅具有C/C的优异力学性能，而且具有HA的生物活性。

至目前为止，有关C/C表面制备HA涂层的方法主要有以下以下几种：等离子喷涂、仿生法、超声电沉积、水热电沉积、感应热沉积/水热。等离子喷涂制备的HA涂层，其与C/C的结合力仅为剪切强度8-40MPa(Sui Jin-Ling，Li Mu-Sen，Lu Yu-Peng.The bond strength and fracture behaviors of hydroxyapatite coatings on carbon/carbon composites.Key engineering materials，2005，297/300：233-236)但涂层中含有大量的非晶相、晶态HA、α-TCP、β-TCP和少量的CaO，需后续处理转变为结晶度较好的HA。工艺简单，仿生法可均匀覆盖在植入体表面，所制涂层的成分更接近于人体骨无机质，但涂层与C/C基体的结合力很差(Fu Tao，Han Yong，Xu Kewei，et al.Induction of calcium phosphate on IBED-TiOx-coated carbon-carbon composite，Materials letters，2002，57：77-81)。超声电沉积法具备了电结晶法的优点，但其结合力仅为临界载荷9.8N，而水热与电沉积法的一体复合可使涂层与基体的结合力达到10MPa(朱广燕，黄剑锋，曹丽云，等.温度对C/C复合材料表面HAP涂层的影响.武汉理工大学学报，2007，29(12)：52-54)。感应热沉积/水热法不仅可知复杂型面上制备结晶度HA涂层、而且涂层与C/C基体的结合强度最高可达临界载荷51N，剪切强度125.7MPa，但所需C/C密度较高，所制HA涂层一旦失效，失效位置在界面处，且出现剥离式失效(X.B Xiong，C.L Zou，X.R Zeng，P L，Y.B Fan，H.L Tang，H.X Sheng，Mater.Sci Eng：C.2009，(29)：2019-2023)。

发明内容

本发明的目的是提出一种超高频电磁致热沉积/两步水热处理制备碳/碳复合材料含硅羟基磷灰石涂层的方法。本发明能够在低密度C/C表面制备含硅羟基磷灰石涂层，不仅提高HA涂层与低密度C/C基体的结合性能，而其HA涂层结晶度好、维氏硬度达203，结合强度达临界载荷143N，涂层失效位于碳基体内。

为达到上述目的，本发明采用的实验方案是：

1)首先在水热釜中加入高氯酸钠溶液，然后将低密度碳/碳复合材料置于水热釜中进行水热处理，然后取出、用蒸馏水超声清洗干净并烘干；

2)将步骤1)处理后的碳/碳复合材料置于流动的含醋酸钙和磷酸二氢氨的混合水溶液中，通过超高频感应加热电源致热碳/碳复合材料，使其表面沉积出磷酸氢钙涂层；