[发明专利]一种生物可降解锌铌合金及其制备方法

说明书

本发明公开了一种生物可降解锌铌合金，锌铌合金中Nb的质量百分比分别为1%~5%，对应Zn的质量百分比分别为99%~95%。其中，合金中Nb的质量分数在3%时具有最适宜的力学性能和降解性能，即Zn‑3Nb合金。通过真空热压烧结技术，制备出了生物可降解Zn‑3Nb合金，合金成型良好，Zn‑3Nb合金的抗压屈服强度为81.5MPa，抗压强度为131.7MPa，弹性模量为12.1GPa，与人体骨骼的力学性能匹配，在模拟体液中30天时的降解失重率为0.564%。

技术领域

本发明属于生物医用材料技术领域，具体为一种利用真空热压烧结技术制备新型生物可降解锌铌合金及其制备方法。

背景技术

直接用于补充活体组织功能的工程材料或天然材料被称为生物材料。传统的不可降解金属生物材料通常被用作永久性或临时性植入物，因植入材料的磨损可能引发炎症等过敏反应，且会导致植入物松动而使植入失败。而可生物降解材料作为植入物时，其在生理环境中能够逐渐腐蚀降解并在达到治疗和修复组织与器官的效果之后完全降解，材料本身及其降解产物能够被人体吸收或排出体外，不会给人体带来其他伤害。

锌基合金与复合材料作为一种潜在的生物可降解材料，具有较适宜的降解速率，且降解产物可被生物吸收，不会因析氢现象而影响植入效果。此外，锌元素参与机体中许多重要的生物学作用，包括刺激新骨形成、保持骨量、抑制骨组织丢失以及在成骨过程中促进相关因子表达等。但纯锌较差的力学性能无法与人体骨组织相匹配，因此需要通过添加元素对锌进行合金化，从而改善纯锌的力学不足。金属铌作为一种良好的生物适应性材料，不会与人体内的各种液体物质发生作用，并且可以同体内组织长期共存。因此可以通过向金属锌中添加金属铌，从而提高纯锌的力学性能，使锌铌合金与人体骨组织具有更适宜的力学匹配性。

基于上述问题和要求，制备具有适宜的降解速率、与人体骨组织相匹配的力学性能和良好生物相容性的锌铌合金具有良好应用前景。

发明内容

本发明是以锌（Zn）金属颗粒与铌（Nb）金属颗粒为原材料，Zn颗粒与Nb颗粒分别作为基体颗粒和强化颗粒，通过机械合金化制取具有特定质量比的预合金化混合粉末；由于Zn的熔沸点远低于Nb，因此采用真空热压烧结技术制备新型锌铌合金。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种生物可降解锌铌合金，锌铌合金中Nb的质量百分比为1%~5%，对应Zn的质量百分比分别为99%~95%。例如，Zn-1Nb（原材料质量比中Zn占99%，Nb占1%，下同），Zn-3Nb，Zn-5Nb。

优选的，所述Zn颗粒和Nb颗粒的平均颗粒直径均为20μm。

上述生物可降解锌铌合金的制备方法，包括如下步骤：

步骤一、制作圆筒型烧结模具

用石墨材料制备圆筒型模具，石墨模具内腔表面粗糙度为Ra0.06~0.12μm。

步骤二、金属粉末称重配比

按照预设的质量比分别称取锌颗粒和铌颗粒，并将两种金属颗粒装入球磨罐中；按照8:1的球料比称取球磨料加入球磨罐中，球磨料的材质为玛瑙，直径为3mm；密闭球磨罐。

步骤三、机械合金化

将装有金属混合颗粒与球磨料的球磨罐置于高能球磨机中进行球磨，高能球磨机参数设置如下：转速1600r/min，球磨时间4h，每运行15min暂停15min。

步骤四、将混合粉末装填入石墨模具

分离球磨罐中金属粉末与研磨球；于下石墨垫柱顶部放置石墨纸，置于石墨模具通孔底部；将混合粉末从通孔上部装填入通孔腔内；平整孔腔内粉末，将石墨纸覆盖于混合粉末上；将上石墨压块从模具通孔上部放入通孔腔内。

步骤五、冷压