[发明专利]一种晶内-晶间复合增强的生物锌合金

说明书

本发明涉及一种晶内‑晶间复合增强的生物锌合金及其制备方法；属于生物材料设计和制备技术领域。所述生物锌合金由石墨烯、纳米碳化硅和锌基体组成：所述石墨烯呈洋葱状封装纳米碳化硅颗粒，同时，部分石墨烯封装的纳米碳化硅颗粒吞没进入锌晶粒内部，而其他纳米碳化硅颗粒在晶间偏析，从而实现纳米陶瓷颗粒在锌基体晶内和晶间的均匀分布。其制备方法为分批次深冷球磨+选择性激光熔化。所得产品用做植入物时；能很好的修复骨缺损。本发明组分设计合理，制备工艺简单可控，所得产品性能优良。

技术领域

本发明涉及一种晶内-晶间复合增强的生物锌合金及其制备方法；属于生物材料设计和制备技术领域。

背景技术

锌的标准电极电位在镁和铁之间，具有与人体骨组织生长相适宜的降解速率，因此被认为是一种极具潜力的骨修复材料。此外，锌具有良好的生物相容性并能参与人体众多生理反应过程。然而，锌的力学性能尤其是强度和韧性较差，目前还难以达到骨缺损修复的要求，这极大地限制了其应用。因此，提高锌的力学性能成为其用于可降解骨植入物迫切需要解决的难题。

近年来大量研究表明，纳米陶瓷颗粒增强是提高锌力学性能的有效方法。这些纳米尺寸的颗粒分布在晶界上，作为硬质相通过钉扎作用阻碍界面裂纹扩展，提高了锌基体的强度和硬度，但由于金属和陶瓷之间的润湿性差且理化性能差异大，难以形成强的界面结合，导致强化作用有限甚至恶化锌基体的原有性能；同时纳米颗粒具有巨大的表面与体积比，如何将它们均匀分散在金属基体中也极具挑战。

目前有研究人员将锌粉和纳米陶瓷颗粒混合球磨，再通过超声波辅助浇铸减少纳米颗粒聚集，制备了具有较好分散性的锌-陶瓷复合材料。该方法促进了纳米陶瓷颗粒在金属晶界上的分散状态，有利于改善锌基体的力学性能，但还是存在上述金属-陶瓷界面结合差的问题，同时纳米颗粒仅集中在晶界位置强化晶界，难以对晶粒内部起到强化作用。因此，如何使纳米颗粒均匀分布于整个锌基体内部成为进一步提升其力学性能的关键。

发明内容

针对现有生物锌合金力学性能差的问题，本发明提供一种晶内- 晶间复合增强的生物锌合金及其制备方法。所述生物锌合金由石墨烯、纳米碳化硅和锌基体组成：一方面，石墨烯呈洋葱状封装纳米碳化硅颗粒，避免了其团聚；另一方面，利用导热系数差异将部分石墨烯封装的纳米碳化硅颗粒吞没进入锌晶粒内部，而其他纳米碳化硅颗粒在晶间偏析，从而实现纳米陶瓷颗粒在锌基体晶内和晶间的均匀分布，进而提高生物锌合金的力学性能。

本发明一种晶内-晶间复合增强的生物锌合金；所述生物锌合金由石墨烯、纳米碳化硅和锌基体组成：所述石墨烯呈洋葱状封装纳米碳化硅颗粒，同时，部分石墨烯封装的纳米碳化硅颗粒吞没进入锌晶粒内部，而其他纳米碳化硅颗粒在晶间偏析，从而实现纳米陶瓷颗粒在锌基体晶内和晶间的均匀分布。

本发明一种晶内-晶间复合增强的生物锌合金；所述锌合金中石墨烯和纳米碳化硅的总质量分数为3-5wt％、优选为3.5-4.5wt％、进一步优选为4.0wt％，其中石墨烯和纳米碳化硅之间的质量比为1-1.5: 2.5-3，进一步优选为1:3。

本发明一种晶内-晶间复合增强的生物锌合金；所述纳米碳化硅的粒径为40-100nm。

本发明一种晶内-晶间复合增强的生物锌合金的制备方法；包括下述步骤：

(1)按比例配取石墨烯、纳米碳化硅、锌粉末，以球料质量比 12:1-15:1配取磨球；先将配取的磨球、纳米碳化硅、石墨烯装入球磨设备中，控制球磨转速为250-400r/min、球磨时间为0.5-2h，在液氮保护下将石墨烯和纳米碳化硅粉末低温球磨，得到石墨烯封装的纳米碳化硅粉末；

(2)将配取的锌粉末添加到上述石墨烯封装的纳米碳化硅粉末中，按照步骤(1)中的球磨工艺继续球磨2-3h，得到三者的混合粉末；