[发明专利]一种多孔钽涂层碳纤维/碳复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种多孔钽涂层碳纤维/碳复合材料及其制备方法，利用化学气相沉积原理，在碳纤维/碳复合材料表面沉积钽涂层。本发明的多孔钽金属涂层材料在保留了多孔碳纤维/碳优异的力学性能和与人体骨骼接近的弹性模量和密度的情况下，还拥有了钽金属优异的骨传导性和骨诱导性；且此采用本发明工艺制备的钽金属涂层纯度高且致密，提高了材料的耐腐蚀和耐磨损性能，有效地解决了碳纤维/碳复合材料表面由于碳颗粒脱落而导致的性能下降，并且成本低，有望作为新型的医用生物材料，应用于人体多部位骨创伤和骨缺损的修复。

1.1.1技术领域

本发明涉及医用材料技术领域，具体涉及一种多孔钽涂层碳纤维/碳复合材料及其制备方法。

1.1.2背景技术

多孔碳纤维/碳(C_f/C)复合材料具有高强度、高韧性等特点，还具有与人体骨骼相似的弹性模量和密度，同时C_f/C复合材料还继承了碳材料的生物相容性并且提高了韧性，且其三维多孔的结构有利于细胞的进入、生长和发育，在骨修复和骨替代方面具有极大的应用前景。多孔C_f/C较低的密度(1.2681.83g/cm3)与人体骨骼密度相近，可以增加病人的舒适感和活动功能；其较高的强度(838186MPa)满足自然骨(838117MPa)的使用性能要求；且其具有较小的弹性模量18818GPa，有效的降低了植入骨结合界面的应力。但是，多孔C_f/C复合材料的疏水性能较差，不具有骨诱导性，植入人体后与正常的骨组织只是机械的结合，骨修复所需的时间较长，因此在C_f/C复合材料表面制备一层生物活性涂层，既保留了C_f/C复合材料优异的力学性能，同时也赋予了其生物活性，还可以有效地解决C_f/C复合材料由于表面碳颗粒脱落而导致的性能下降的问题。近年来，王建等人利用等离子喷涂技术在C_f/C复合材料的表面制备了羟基磷灰石涂层，改善了材料的生物相容性，并有道骨细胞生长。Zhang等人在C_f/C复合材料的表面制备了碳化硅涂层，研究表明C_f/C复合材料碳化硅涂层具有优异的生物相容性，且能促进骨组织增殖。

钽(Ta)具有优异的骨传导性和骨诱导性，当钽作为骨科生物材料植入人体时，有利于成骨相关细胞在其表面黏附、增殖且对黏附细胞成骨分化具有一定的促进作用，是目前应用最为广泛的骨科生物材料之一，钽还具有许多优异的性能，如：优异的力学性能、优异的耐腐蚀性等。然而，钽的密度较大(16.68g/cm³)，将纯钽作为生物材料使用时，钽的密度远超人体骨骼密度(1.87～1.97g/cm³)，增加人体负担，导致病人的活动功能下降等问题。

1.1.3发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种多孔钽涂层碳纤维/碳复合材料的制备方法，能够到钽金属涂层致密、纯度高、具有足够厚度的多孔钽涂层碳纤维/碳复合材料。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

1、一种多孔钽涂层碳纤维/碳复合材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)将碳纤维/碳复合材料清洗，干燥，固定在沉积室中；将金属钽粉末放于氧化室中；

(2)将沉积室和氧化室抽真空，然后加热至88881888℃；

(3)向沉积室中通入氨气，氨气分解为氮气和氢气；向氧化室中通入氯气，氧化室中氯气与金属钽粉末反应生成五氯化钽；五氯化钽从氧化室流通到沉积室中与氢气发生还原反应沉积在碳纤维/碳复合材料表面，得到钽涂层；

(4)对反应后的产物清洗、干燥，得到多孔钽涂层碳纤维/碳复合材料。

本发明中优选的，步骤(1)中所述清洗为用酒精超声18838min；所述干燥为98℃烘箱中处理3h。

本发明中优选的，步骤(1)中所述金属钽粉末的纯度为99.99％，粒径为488188μm。