[发明专利]一种界面包覆增强的生物镁基金属陶瓷及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种界面包覆增强的生物镁基金属陶瓷及其制备方法，具体是通过MgO包覆改善β‑TCP陶瓷颗粒在镁合金基体中的分散，通过选区激光熔化技术制备界面包覆增强的生物镁基金属陶瓷。通过对β‑TCP陶瓷颗粒表面包覆MgO，一方面，MgO能够均匀的析出包覆在β‑TCP表面，另一方面，MgO与镁基体间有着良好的晶体取向关系，能够在选区激光熔融过程中增加β‑TCP在镁熔体中的浸润度，从而实现其有效分散，解决团聚问题。此外，MgO与镁良好的晶体取向关系使其能够作为镁基体的异质形核质点，细化镁合金晶粒，同时界面处纳米MgO过渡层的存在可以提高β‑TCP与基体的界面结合质量，提高复合材料强度，从而有利于制备出高性能生物镁基金属陶瓷。

技术领域

本发明涉及一种界面包覆增强的生物镁基金属陶瓷及其制备方法，属于生物材料设计和制备技术领域。

背景技术

镁(Mg)基材料具有良好的生物可降解性及与人体骨相匹配的弹性模量，作为骨植入材料应用前景广阔。其中，镁基金属陶瓷因能通过金属和陶瓷的优势互补，获得优良的综合性能，正逐渐成为该领域的研究热点。目前常用的生物陶瓷中，β-磷酸三钙(β-TCP)陶瓷具有良好的生物相容性和生物可降解性能，其化学成分和人骨接近，而且β-TCP在人体中降解后能为造骨细胞提供大量的Ca和P元素，有利于促进新骨的形成；更重要的是，β-TCP良好的生物活性，能够在镁合金降解过程中加速合金表面钙磷层的形成，提高镁合金的降解抗力。同时其可作为异质晶核，降低形核功，增大形核率，起到细化晶粒的作用，使镁基材料在降解过程中趋向均匀腐蚀。另外，β-TCP颗粒在镁合金基体中能够阻碍位错运动，从而提高生物镁基金属陶瓷的强度。

但由于β-TCP颗粒与镁熔体的浸润性差，难以通过常规分散手段(机械搅拌、球磨分散和超声分散等)混合均匀，这导致β-TCP颗粒尤其是其尺寸为纳米级时，很容易在镁合金基体中出现团聚，导致生物镁基金属陶瓷出现局部腐蚀，降低生物镁基金属陶瓷的降解抗力；而且团聚的β-TCP颗粒会降低强化相与基体之间的界面结合，进而削弱生物镁基金属陶瓷的整体强度。因此，解决纳米β-TCP在生物镁基金属陶瓷中的团聚问题迫在眉睫。

发明内容

针对金属陶瓷中纳米β-TCP增强相易团聚的问题，本发明提供了一种界面包覆增强的生物镁基金属陶瓷及其制备方法。具体是首先将纳米β-TCP颗粒进行表面包覆MgO改性处理，然后通过激光选区熔化技术将其复合到镁基中制备生物镁基金属陶瓷。一方面，MgO能够均匀的析出包覆在β-TCP表面，另一方面，MgO和镁之间具有良好的晶体取向关系，能够改善β-TCP在镁熔体中的润湿性，从而促进成形过程中陶瓷增强相在金属基体中的分散，进而形成良好的界面结合，获得性能优良的镁基金属陶瓷。

本发明一种界面包覆增强的生物镁基金属陶瓷；所述生物镁基金属陶瓷由生物镁基合金、纳米β-TCP以及包覆于纳米β-TCP表面的MgO组成；所述纳米β-TCP均匀分散于生物镁基金属陶瓷中。

本发明一种界面包覆增强的生物镁基金属陶瓷；所述生物镁基金属陶瓷中，(纳米β-TCP+MgO)占生物镁基金属陶瓷总质量的8-15wt％。

本发明一种界面包覆增强的生物镁基金属陶瓷的制备方法：包括下述步骤：首先将纳米β-TCP颗粒进行表面包覆MgO改性处理，然后通过激光选区熔化技术将其复合到镁基中制备生物镁基金属陶瓷。

本发明一种界面包覆增强的生物镁基金属陶瓷及其制备方法，主要包括如下步骤：

(1)按照0.05-0.07mol纳米β-TCP粉末配入1mol Mg²⁺的比例，将纳米β-TCP粉末加入到水溶性镁盐溶液中，超声分散后，加入碱性溶液；搅拌，然后静置1-5小时，经过滤、离心、干燥并煅烧，得到MgO包覆的纳米β-TCP粉末；