[发明专利]复合微孔多结构仿生人工骨的制备方法及梯度模具

说明书

复合微孔多结构仿生人工骨的制备方法及梯度模具，步骤为：1），内层混合粉体的制备；2），复合体的制备；3），套筒内所填充的粉体材料为分层加入的，且每层样品都有其对应的压头，每层压头均压制在该层粉体材料上；将模具在压力机上压制坯体；磨具脱模，获得仿生多结构材料坯体；4），将获得的坯体在真空炉内去除造孔剂烧结，随炉冷却获得梯度多孔陶瓷材料；梯度模具的套筒的一端设有底座；套筒的另一端套入外层压头，外层压头的内腔中套入内层压头；结构简单，方便易操作，制备周期短，制造成本低。

技术领域

本发明属于仿生多结构复合材料制备技术领域，具体涉及复合微孔多结构仿生人工骨的制备方法及梯度模具。

背景技术

人骨在结构上呈典型的梯度多孔，从外部向内部由致密骨逐渐向疏松骨变化。所以人骨表面坚硬结实，而向里则是多孔海绵质，使骨骼具有柔韧性。整个人身骨骼就能支撑人身体，使其能进行立、坐、卧、跑、跳等各种活动。因此，单一多孔陶瓷材料被植入时，无法满足作为植入材料多样性的功能需求，常常让多孔陶瓷的应用受到极大的限制。所以为综合不同多孔陶瓷材料的优异性能，同时在结构上与自体骨更加匹配，进而研究衍生出了梯度多孔陶瓷材料。研究证明，梯度多孔材料具备独特的结构、形态和力学性能，所以其受到越来越大的重视，应用也逐渐推广。

梯度多孔材料是指多孔材料的孔结构具有不对称性，孔结构沿着某一方向呈现连续梯度变化的一类非对称型多孔材料。这种非对称型的孔径结构使得多孔材料的性能也呈现非对称型的梯度变化，从而具有与其它均匀多孔材料所不具备的功能和特性，如梯度多孔材料能同时兼顾良好的过滤精度与大的过滤通量，在过滤与分离领域应用广泛；梯度多孔生物材料模仿人体骨骼不同部位的孔隙率，发挥不同的功能。现今制备梯度多孔材料的方法主要有以下几种：压制成型法、喷涂或刷涂法、发泡法、离心成型法、电化学沉积法等。对于制备梯度多孔陶瓷的工艺过程繁琐，制备周期长、效率低，设备复杂成本高等问题，而添加造孔剂法制备多孔陶瓷材料制备方法简单，能通过造孔剂的种类、形状大小和添加量来调节多孔材料的孔隙率及孔结构，可以获得不同孔结构的材料，因此受到人们重视。

目前现有技术多集中体现为梯度多孔材料制备，力学性能不佳，没有采用纤维增强和梯度多孔结合一步法制备多结构仿生人工骨的报道；梯度多孔材料多制备工序繁多，结构和性能的可控性差。虽然梯度多孔材料具有优良的生物学性能，但力学性能较差，难以满足承重植入部位力学性能要求，严重阻碍其广泛应用。因此，迫切需要设计制备一种在保持梯度多孔人工骨优异生物学性能优势前提下，提升其力学性能。而如前所述，从仿生角度出发，设计制备的人工骨与人骨的结构和成分越接近，越能获得兼具优异力学与生物学性能的仿生人工骨。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供复合微孔多结构仿生人工骨的制备方法及梯度模具，把复合材料设计成类似于人体实际骨骼结构的多结构复合材料，解决了单一孔隙多孔复合材料用于人体植入所存在的问题，具有优异力学与生物学性能；根据使用部位的力学与生物学性能要求，设计外部力学性能优异的承重部分以及内部具有优异的生物学性能的多孔部分。

梯度模具，制备出内部多孔外部纤维增强致密体，以及中部纤维增强致密体，端部多孔的仿生多结构，主要包括以下步骤：将不同的造孔剂，与基体粉末按比例均匀混合，采用该模具制备不同层数以及不同孔隙率的仿生多结构材料。同时，通过控制纤维与粉体和造孔剂与粉体的含量来实现对应人体不同部位骨植入材料的性能要求。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

复合微孔多结构仿生人工骨的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，内层混合粉体的制备，把含量为30wt%-70wt%的造孔剂与陶瓷粉体均匀混合；

步骤2，复合体的制备：将两层梯度结构模具中的套筒和内层压头固定到底盘上，套筒与内层压头之间所预留出来的环状空间为两层梯度结构中的外层尺寸；在环状空间内填入设计所需的粉体材料，并用外层压头轻压成型；然后将内层压头轻轻拔出，在内层压头拔出后所腾出的空间内装入设计所需的粉体材料，再次将内层压头插入内层粉体材料中，并用内层压头轻压成型；