一种C/C复合材料表面晶粒细小CaP生物涂层及制备方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN112811936A(43)申请公布日2021.05.18(21)申请号202110036429.6(22)申请日2021.01.12(71)申请人西北工业大学地址710072陕西省西安市友谊西路127号(72)发明人张磊磊张悦李贺军(74)专利代理机构西北工业大学专利中心61204代理人王鲜凯(51)Int.Cl.C04B41/85(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图1页(54)发明名称一种C/C复合材料表面晶粒细小CaP生物涂层及制备方法(57)摘要本发明涉及一种C/C复合材料表面晶粒细小CaP生物涂层及制备方法，对C/C复合材料进行激光处理和高温氧化，使得C/C复合材料表面呈现出“蜂窝状表面结构”，在“蜂窝状表面结构”中种植“CaP纳米种子”，采用电化学沉积工艺制备CaP生物涂层。本发明制备的C/C复合材料表面CaP生物涂层的晶粒尺寸为0.1‑3.5μm，而背景技术报道的C/C复合材料表面CaP生物涂层的晶粒尺寸为10‑180μm，本发明制备的CaP生物涂层的晶粒尺寸显著减小。此外，本发明制备的CaP生物涂层与C/C复合材料的结合强度为8.24‑12.68MPa，而背景技术报道的CaP生物涂层与C/C复合材料的结合强度为1.55‑5.76MPa，本发明制备的CaP生物涂层的界面结合强度显著提高。CN112811936ACN112811936A权利要求书1/1页1.一种C/C复合材料表面晶粒细小CaP生物涂层，CaP生物涂层包括但不限于羟基磷灰石，透钙磷石或磷酸三钙；其特征在于所述CaP生物涂层的晶粒尺寸为0.1‑3.5μm，与C/C复合材料的结合强度为8.24‑12.68MPa。2.一种制备权利要求1所述C/C复合材料表面晶粒细小CaP生物涂层的方法，其特征在于步骤如下：步骤1：将C/C复合材料置于功率为400‑800w、束斑直径为2‑4mm的激光下照射，束斑照射点的间距为1‑5mm；然后置于高温炉中，在400‑700℃和静态空气条件下处理，在C/C复合材料表面制备出“蜂窝状表面结构”；步骤2：将磷酸二氢铵溶于水中配制成0.5～3.5mmol/L的溶液，按照硝酸钙和磷酸二氢铵的摩尔比为0.3～0.8配制硝酸钙溶液，将硝酸钙和磷酸二氢铵按照相同体积均匀混合，记作溶液B；将表面具有“蜂窝状表面结构”的C/C复合材料完全浸没于溶液B中，并共同置于密闭的高压釜中，在80‑110℃温度下处理30‑90分钟，从而在“蜂窝状表面结构”中种植“CaP纳米种子”；步骤3：将磷酸二氢铵溶于水中配制成60～150mmol/L的溶液，按照硝酸钙和磷酸二氢铵的摩尔比为1.6～1.8配制硝酸钙溶液，将硝酸钙和磷酸二氢铵按照相同体积均匀混合，记作溶液D；将种植“CaP纳米种子”的C/C复合材料置于电沉积装置中，以石墨片作为阳极，种植“CaP纳米种子”的C/C复合材料作为阴极，阴极与阳极之间距离为10～40mm，以溶液D为电解液，施加电压1～5V，沉积时间为10～120分钟，沉积温度为70～90℃，反应结束后即得到C/C复合材料表面晶粒尺寸为0.1‑3.5μm的CaP生物涂层。3.根据权利要求1所述C/C复合材料表面晶粒细小CaP生物涂层，其特征在于：所述步骤1的激光照射时间为1～5秒。4.根据权利要求1所述C/C复合材料表面晶粒细小CaP生物涂层，其特征在于：所述步骤1的在400‑700℃和静态空气条件下处理5‑30分钟。2CN112811936A说明书1/4页一种C/C复合材料表面晶粒细小CaP生物涂层及制备方法技术领域[0001]本发明属于生物材料的制备方法，涉及一种C/C复合材料表面晶粒细小CaP生物涂层及制备方法。背景技术[0002]C/C复合材料是由碳纤维增强碳基体形成的复合材料，其增强相和基体相都由碳元素构成。它继承了碳材料固有的生物相容性，同时也具有较高的强度与韧性，因而在人体骨骼修复与替代领域具有很好的应用前景。但是C/C复合材料的表面呈现生物惰性，不能与骨组织形成化学键结合，易于诱发骨骼植入体的松动和失效，因而限制了C/C复合材料在人体骨骼修复和替代领域的广泛应用。在C/C复合材料的表面施加CaP生物涂层是解决问题的有效方法，其中CaP生物涂层主要包括羟基磷灰石，透钙磷石，磷酸三钙等。CaP生物涂层具有良好的生物活性和骨传导性，植入人体后无毒、无害、无致癌作用，并且CaP生物涂层可以与人体骨骼组织形成化学键结合。因此，施加CaP生物涂层可以改善C/C复合材料的生物惰性，从而有效避免C/C复合材料骨骼植入体的松动和失效问题。但是目前在C/C复合材料表面制备的CaP生物涂层的晶粒尺寸较大，导致CaP生物涂层与C/C复合材料的结合强度普遍较低，因而容易