[发明专利]一种镁基多孔复合材料的制备方法

摘要

本发明涉及一种镁基多孔复合材料的制备方法，针对多孔镁及镁合金降解速率过快、降解过程中力学性能无法保证的弊端，采用β相磷酸钙和镁锌锆为原料，以氯化钠晶体为造孔剂，通过制粉、配料，真空等离子放电烧结制成镁基多孔复合材料块体，此制备方法工艺先进，数据精确翔实，制备的镁基多孔复合材料为块体，其密度为1.02g/cm3，孔隙率达到60％，孔径≤450μm，弹性模量为35GPa，符合人体骨骼性能参数，可满足临床医学的骨科植入材料使用，是先进的镁基多孔复合材料的制备方法。

主权项

1.一种镁基多孔复合材料的制备方法，其特征在于使用的化学物质材料为：镁锌锆合金粉、β相磷酸钙、氯化钠晶体、丙三醇、无水乙醇、氢氧化钠、硫酸锌、酒石酸、乙二胺四乙酸、联氨、乙酸钠、去离子水、氩气、石墨纸，其组合准备用量如下：以克、毫升、毫米、厘米3为计量单位镁锌锆合金粉：MgZnZr 15g±0.001g纯度99.98％β相磷酸钙：β‑Ca3(PO4)2 6g±0.001g纯度99.9％氯化钠晶体：NaCl 9g±0.001g纯度99％氢氧化钠：NaOH 2g±0.001g纯度99.9％丙三醇：C3H8O3 500mL±10mL纯度99％无水乙醇：C2H6O 500mL±10mL纯度99.7％硫酸锌：ZnSO4 100g±0.001g纯度99％酒石酸：C4H6O6 15g±0.001g纯度99％乙二胺四乙酸：C10H16N2O8 0.05g±0.001g纯度99％联氨：N2H4 200mL±0.001mL纯度99％乙酸钠：C2H3NaO2 50g±0.001g纯度99％去离子水：H2O 3000mL±10mL纯度99％氩气：Ar 800000cm3±100cm3纯度99.99％石墨纸：Φ60mm×1mm，2片；制备方法如下：(1)预处理β相磷酸钙①配置氢氧化钠水溶液称取氢氧化钠2g±0.001g氢氧化钠，量取去离子水500mL±0.001mL，置于烧杯中，搅拌5min，成0.1mol/L的氢氧化钠水溶液，PH＝13；②浸泡磷酸钙称取β相磷酸钙6g±0.001g，量取氢氧化钠水溶液100mL±0.001mL，加入烧杯中，浸泡30min，成混合液；③超声分散将盛有混合液的烧杯置于超声波分散器中，进行超声分散，超声波频率40kHz，超声分散时间20min；④抽滤、洗涤将超声分散后的混合液置于抽滤瓶的布氏漏斗中，用微孔滤膜进行抽滤，留存滤饼，弃去滤液；将滤饼置于烧杯中，加入去离子水200mL，搅拌洗涤10min，成混合液；然后用微孔滤膜进行抽滤，留存滤饼，弃去洗涤液；⑤真空干燥将滤饼置于石英皿中，放入真空干燥箱中进行干燥，干燥温度120℃，真空度2Pa，干燥时间300min，成β相磷酸钙粉体颗粒；(2)β相磷酸钙粉体颗粒表面镀锌①配置镀锌溶液称取硫酸锌100g±0.001g、酒石酸15g±0.001g、乙二胺四乙酸0.05g±0.001g，量取去离子水500mL±0.001mL，加入烧杯中，搅拌5min，成硫酸锌混合溶液；称取乙酸钠50g±0.001g，量取联氨200mL±0.001mL、去离子水500mL±0.001mL，加入另一烧杯中，搅拌5min，成乙酸钠混合溶液，酸碱度PH＝5；②制备酸性复合溶液，超声分散将硫酸锌混合溶液、乙酸钠混合溶液置于另一烧杯中，搅拌混合，成酸性复合溶液；将盛有酸性复合溶液的烧杯置于超声波分散器上，进行超声分散，超声波频率40kHz，分散时间20min；③将预处理的β相磷酸钙粉体颗粒6g±0.001g加入酸性复合溶液中，继续进行超声分散，超声波频率40kHz，超声分散时间20min，成镀锌混合液；开启超声波分散器的加热装置，加热温度80℃，加热时间30min；加热过程中进行表面镀锌；在镀锌混合液中通入直流电源，电流强度2A，使镀锌均匀化；④抽滤；将镀锌混合液置于抽滤瓶的布氏漏斗中，用微孔滤膜进行抽滤，保存滤饼，弃去滤液；⑤洗涤抽滤；将滤饼放入烧杯中，加入去离子水200mL，搅拌10min；然后用微孔滤膜进行抽滤；洗涤抽滤重复进行三次；⑥真空干燥；将滤饼放于石英皿中，然后置于真空干燥箱中，真空度2Pa，干燥温度120℃，干燥时间300min，成镀锌β相磷酸钙粉体颗粒；(3)配粉称取镁锌锆合金粉15g±0.001g，镀锌β相磷酸钙粉6g±0.001g，氯化钠晶体9g±0.001g，加入球磨罐中，成混合粉；镁锌锆合金粉：镀锌β相磷酸钙粉：氯化钠晶体＝5:2:3；(4)球磨、混粉向球磨罐中加入玛瑙球，玛瑙球与混合粉的体积比为6：1，球磨转数300r/min，球磨时间60min，球磨后成镀锌β相磷酸钙粉+镁锌锆混合粉；(5)制模、装模①制模，开合式模具用石墨材料制做，模具型腔为圆筒形，型腔表面粗糙度为Ra0.08‑0.16μm；②装模，将开合式石墨模具垂直置于钢质平板上，并由固定座固定；在模具型腔底部置放石墨垫块，在石墨垫块上部放石墨纸，在石墨纸上部置放镀锌β相磷酸钙粉+镁锌锆混合粉，在镀锌β相磷酸钙粉+镁锌锆混合粉上部置放石墨纸，在石墨纸上部置放石墨压块；(6)真空烧结①开启真空烧结炉的外水循环冷却管，进行外水循环冷却；②打开真空烧结炉，将装模的石墨模具平行垂直移入真空烧结炉内的工作台上，密闭；③开启真空烧结炉的真空泵，抽取炉内空气，使炉腔内压强达2Pa；④开启氩气瓶，向炉腔内输入氩气，氩气输入速度100cm3/min，使炉腔内压强恒定在1个大气压；⑤开启等离子放电加热器，加热温度500℃±1℃，并恒温；开启压力电机，压力电机压强30MPa，恒温加压时间5min，然后停止加热、加压，模具随炉冷却至25℃；⑥开炉，开模，打开真空烧结炉，取出开合式模具，打开模具，取出β相磷酸钙+镁锌锆块体，即镁基多孔复合材料；(7)打磨用砂纸打磨β相磷酸钙+镁锌锆块体，使块体表面及周边清洁；用无水乙醇擦洗块体表面及周边，使块体表面洁净；(8)去除造孔剂将洁净的块体置于烧杯中，加入0.1mol/L的氢氧化钠水溶液500mL，在25℃下浸泡240min，并用磁力搅拌器搅拌，造孔剂氯化钠晶体溶解，然后晾干；(9)清洗将浸泡晾干后的块体置于烧杯中，加入无水乙醇300mL，浸泡清洗30min；(10)真空干燥浸泡清洗后将块体放于真空干燥箱中干燥，干燥温度80℃，真空度2Pa，干燥时间240min；干燥后得到镁基多孔复合材料；(11)检测、分析、表征对制备的镁基多孔复合材料的形貌、色泽、力学性能、密度、金相组织、孔隙进行检测、分析、表征；用扫描电子显微镜检测金相组织及孔隙情况；用阿基米德法检测多孔材料密度；用能谱分析仪进行元素含量分析；用拉伸试样机和应变片进行弹性模量分析；结论：镁基多孔复合材料为圆柱形块体，其密度为1.02g/cm3，孔隙率达到60％，孔径≤450μm，弹性模量为35GPa；(12)包装、储存制备的镁基多孔复合材料块体用软质材料真空包装，储存于阴凉洁净环境，要防潮、防晒、防酸碱盐侵蚀，储存温度20℃，相对湿度≤10％。