[发明专利]一种碳碳复合材料人造骨骼

说明书

本发明公开了一种碳碳复合材料人造骨骼，涉及医疗用品材料技术领域。本发明应用于人体或动物体内的人造骨骼材料领域，包括碳纤维预制体、热解石墨或热解碳及表面涂层；表面涂层采用羟基磷灰石层、珍珠层、高强度矿化水凝胶中一种，表面涂层方法包括浸渍、原位生长或喷涂；热解石墨或热解碳的填充具体采用气相沉积或浸渍烧结工艺；制造工艺包括：制造碳纤维预制体、填充增密并通过精密机加工形成胚体、表面涂层的方式获得人造骨骼。本发明相对于不锈钢以及钛合金金属质量更轻，密度更小的优点，具体密度可根据不同部位进行密度设计，满足不同部位的结构密度和强度要求，具有良好的生物相容性，并且各向异性，强度可以根据实际预制体进行设计。

技术领域

本发明属于医疗用品材料技术领域，特别是涉及一种碳碳复合材料人造骨骼。

背景技术

人造骨是一种具有生物功能的新型无机金属材料，它类似于人骨和天然牙的性质的结构。传统的骨科手术通常采用金属材料，包括钛合金、不锈钢等在内的固定物进行接骨、复位、固定、修复等，这类金属内固定物在创伤愈合后继续保留在患者体内，强度没有变化，容易在骨愈合过程中产生应力遮挡，不利于新生骨的生长，导致骨折愈合后可能再次发生骨折的危险，绝大多数此类金属内固定物在创伤治愈后需要二次手术进行拆除，这样不但增加了患者的痛苦，而且增加了患者的治疗费用。

碳/碳复合材料具有良好的生物相容性和力学相容性，它的出现解决了碳材料强度与韧性的问题，是一种极具潜力的新型生物医用材料，在骨修复和骨替代领域具有很大的应用前景，但是由于人工骨的形状比较复杂，采用化学气相渗透或液相浸渍等传统的碳/碳复合材料制备方法很难制备出形状复杂的碳/碳制件，并且制备周期比较长，成本高，如何基于保证性能前提下，在较短时间内制备出形状复杂的人造骨骼，是碳/碳复合材料人工骨骼能够得以发展和应用所亟需解决的问题，快速原型制造技术可以快速制造出产品原型和对应的模具，缩短产品的生产研制周期；本技术方案具体通过采用碳纤维预制体并于碳纤维预制体之间填充热解石墨或热解碳及表面涂层，方式采用浸渍、原位生长或喷涂的方式表面涂层的附着，满足人体骨骼实际所需要的强度和密度，很好的解决了上述问题。

发明内容

本发明提供了一种碳碳复合材料人造骨骼，解决了以上问题。

为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明的一种碳碳复合材料人造骨骼，应用于人体或动物体内的人造骨骼材料领域，包括碳纤维预制体、填充于碳纤维预制体之间的热解石墨或热解碳及表面涂层；

所述表面涂层采用羟基磷灰石层、珍珠层、高强度矿化水凝胶中一种，具体表面涂层方法包括浸渍、原位生长或喷涂；

所述热解石墨或热解碳的填充具体采用气相沉积或浸渍烧结工艺。

进一步地，所述碳纤维预制体采用高温煅烧后可碳化的纤维原料，所述纤维原料包括聚丙烯氰纤维、预氧丝、酚醛纤维、木质纤维和棉纤维。

进一步地，经本技术工艺制造的所述人造骨骼的密度为0.5-2.1g/cm³。

进一步地，所述S03步骤中，采用喷涂的方式具体采用等离子喷涂枪进行喷涂，喷涂厚度为可满足人体对表面涂层厚度要求的50-90μm。

进一步地，所述碳纤维预制体的制备采用短纤维制备，具体步骤包括：

P01、将纤维原料进行表面去杂处理、破碎或短切处理以及分散处理，得到一定长度的研磨纤维或短纤维，短纤维的长度是3-6mm，研磨纤维的长度是10-200μm；

P02、将处理后的纤维原料与辅料分散于溶剂中，所述辅料包括石墨、粘合剂、分散剂以及树脂；

P03、将分散于溶剂中混合料进行均匀搅拌，搅拌后通过模具过滤，形成初步胚体，所述溶剂包括水、有机溶剂，有机溶剂包括酒精、己烷、甲醛、甲苯、间二甲苯、对二甲苯；