[发明专利]一种还原氧化石墨烯增强的锌基医用材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种还原氧化石墨烯增强的锌基医用材料，由锌基体和还原氧化石墨烯构成，其中还原氧化石墨烯的质量百分比为0.05‑0.2wt％。一方面，利用具有优异力学性能的还原氧化石墨烯作为第二相增强锌基体；另一方面，利用激光选区熔化快速凝固的特性，以及还原氧化石墨烯优异的导热性能，实现微小熔池快速冷却，从而获得细小均匀的组织，通过细晶强化进一步增强锌基体的力学性能。

技术领域

本发明属于生物材料技术领域，尤其涉及一种还原氧化石墨烯增强的锌基医用材料及其制备方法。

背景技术

锌金属是一种非常有潜力的骨修复材料。首先，锌是人体必需的微量元素之一，大量参与人体新陈代谢过程，具有良好的生物相容性。其次，锌金属在人体环境中能够以自腐蚀的形式降解(标准电位～-0.76V)，降解速率与骨组织生长速率相匹配，在生物降解方面展现出特有优势。然而，锌金属的力学性能不足，无法满足临床骨修复的应用要求，尤其是承重骨。

还原氧化石墨烯具有优异的力学性能，其断裂强度和弹性模量达到130GPa和1TPa，是一种极具潜力的力学增强相材料。而且，还原氧化石墨烯的具有优异的导热性能，其热导率高于3000W/m·K，在成形过程中能够促进热传导从而加速熔池冷却，有利于获得细化均匀的组织。

激光选区熔化(SLM)是一种以激光为热源使金属粉末完全熔化/凝固成形的加工技术。首先，SLM是一种快速凝固技术，在成形过程中获得微小熔池，随后熔池内部经历快速凝固。极高的冷却速率能够有效抑制晶粒的生长，从而获得细小均匀的组织。同时，SLM技术也是一种典型的增材制造技术，在计算机辅助设计的帮助下，几乎能够成形出任意几何形状的制件，能够满足骨植入物的个性化定制需求。

目前，锌基医用材料制备方法主要是传统的熔炼浇铸法、粉末冶金法，成形过程中冷却速率慢，导致加工材料组织粗大，成分不均，所获得的力学性能不足。另一方面，传统成形工艺难以加工出复杂内部多孔的结构的医用材料。此外，传统成形工艺成形时间长，容易引起的还原氧化石墨烯的结构破坏，如在界面形成碳化物，从而影响产品的性能。

发明内容

针对现有的锌基材料力学性能不足的问题，本发明的目的是在于提供了一种还原氧化石墨烯增强的锌基医用材料及其制备方法，一方面，利用具有优异力学性能的还原氧化石墨烯作为第二相增强锌基体；另一方面，利用激光选区熔化快速凝固的特性，实现微小熔池快速冷却，从而获得细小均匀的组织，通过细晶强化进一步增强锌基体的力学性能。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种还原氧化石墨烯增强的锌基医用材料，由锌基体和还原氧化石墨烯构成，其中还原氧化石墨烯的质量百分比为0.05～0.2wt％。

优选的，所述还原氧化石墨烯增强的锌基医用材料中，还原氧化石墨烯的质量百分比为0.1～0.15wt％。

更优选的，所述还原氧化石墨烯增强的锌基医用材料中，还原氧化石墨烯的质量百分比为0.1wt％。

优选的，所述还原氧化石墨烯增强的锌基医用材料的晶粒大小为1～4μm。

本发明的还原氧化石墨烯增强的锌基医用材料的晶粒越细，受到外力发生塑性变形可分散到越多的晶粒内进行，应力集中越小，变形越均匀。同时，晶粒越细，晶界面积越大，晶界越曲折，越不利于裂纹的扩展。因此，本发明的还原氧化石墨烯增强的锌基医用材料在其晶粒大小区间内能够获得更优异的力学性能。

更优选的，所述还原氧化石墨烯增强的锌基医用材料的晶粒大小为1～2μm。

优选的，所述还原氧化石墨烯增强的锌基医用材料的极限拉伸强度为175～250MPa。

更优选的，所述还原氧化石墨烯增强的锌基医用材料的极限拉伸强度为220～250MPa。