[发明专利]一种预氧化增强的医用锌/碳化硅纳米复合物及其制备方法

说明书

本发明涉及一种预氧化增强的医用锌/碳化硅纳米复合物及其制备方法；属于生物材料设计和制备技术领域。本发明利用预氧化和选择性激光熔化的组合工艺改善锌基体与纳米碳化硅之间的界面结合，提高了复合物的力学性能。优势在于，利用预氧化处理在纳米碳化硅颗粒和锌颗粒表面分别形成一层氧化层，促进了纳米碳化硅在锌基体中的分散并改善了两者之间的润湿性；预氧化处理形成的氧化层可通过低温液相，提高了激光成形过程中的致密化过程；更重要的是，激光高温作用下纳米碳化硅和锌表面的氧化层发生反应原位生成界面产物，改善了纳米碳化硅与锌基体的界面结合。这些因素共同作用提高了锌的力学性能，促进了其在骨缺损修复领域的应用。

技术领域

本发明涉及一种预氧化增强的医用锌/碳化硅纳米复合物及其制备方法；属于生物材料设计和制备技术领域。

背景技术

可降解金属因具有良好的生物相容性、力学性能和生物降解性，被认为是骨科应用的理想材料。目前研究的可降解金属主要包括铁、镁、锌，其中锌在人体内具有相对合适的腐蚀行为，且腐蚀产物具有良好的生物相容性。同时，锌是人体必需的微量元素之一，参与众多生理代谢过程，也是人体中200多种酶的组成元素；锌对于人体的生长发育和免疫系统、神经系统、代谢系统都有着重要的作用；更重要的是，锌可以刺激成骨细胞分化和矿化组织形成，还能参与抑制骨吸收、保留人体骨量。但纯锌的强度和延展性较差，难以满足临床要求。

近年来大量研究表明，金属基复合物是强化金属的有效方法。金属基复合物通常是指以金属为基体，以陶瓷为增强相，将金属基体的塑性和增强相的高模量、高强度有机结合形成的多功能复合材料。在众多的陶瓷增强相中，纳米碳化硅由于具有尺寸小、高模量、高硬度、高强度、低密度等优点，在作为增强相制备金属基复合材料方面脱颖而出，已被广泛应用于工程领域。同时，碳化硅在生物体内性质稳定，对机体组织无刺激，具有良好的生物相容性，而且还具有与羟基磷灰石相似甚至更好的细胞增殖能力，可以加快骨组织生长，促进缺损愈合。因此在作为增强相提高可降解锌基材料的力学性能方面具有巨大潜力。

但是，纳米碳化硅增强金属基复合材料还存在许多问题，比如：(1)纳米碳化硅尺寸小，比表面能大，容易团聚在一起，很难实现在金属基体中的均匀分散；(2)金属和陶瓷是两种不同类型的材料，它们之间的理化性能差异大且润湿性差，难以形成较强的界面结合，难以充分发挥纳米碳化硅的强化作用，导致力学性能改善有限甚至恶化基体的原有性能。因此，如何使纳米碳化硅颗粒均匀分布于锌基体中，并形成良好的界面结合，是纳米碳化硅颗粒有效强化金属锌从而促进其生物医学应用的关键。

发明内容

本发明的技术目的是针对纳米碳化硅颗粒在锌基体中的分散及界面结合问题，提供一种预氧化增强的医用锌/碳化硅纳米复合物及其制备方法。优势在于通过预氧化处理使纳米碳化硅粉末和锌粉末表面分别形成氧化层，一方面在粉末混合时促进纳米碳化硅在锌中的分散；另一方面在成形过程中改善纳米碳化硅与锌熔体间的润湿性；预氧化形成的氧化硅层还可通过低温液相，提高碳化硅颗粒在熔体中的流动性；更重要的是，激光作用下氧化硅层和氧化锌层能够发生原位反应，增强纳米碳化硅与锌基体的界面结合，从而实现纳米碳化硅的均匀分散和界面强化，提高医用锌基复合物的力学性能。

本发明一种预氧化增强的医用锌/碳化硅纳米复合物，分别利用预氧化处理锌粉末及纳米碳化硅粉末，通过选择性激光熔化制备锌基金属复合物。

本发明一种预氧化增强的医用锌/碳化硅纳米复合物，预氧化处理处理后的锌粉末与预氧化处理处理后的纳米碳化硅粉末的质量比为99.5：0.5-97:3。

本发明一种预氧化增强的医用锌/碳化硅纳米复合物，所述医用锌/碳化硅纳米复合物由锌基体、纳米碳化硅、氧化硅、氧化锌、硅酸锌组成。

本发明一种预氧化增强的医用锌/碳化硅纳米复合物的制备方法，包括下述步骤：