[發明專利]碳化硅與羥基磷灰石梯度涂層改性的碳/碳復合材料及制備方法

在審

• 申請號: 201810310487.1
• 申請日: 2018-04-09
• 公開（公告）號: CN108546156A
• 公開（公告）日: 2018-09-18
• 發明（設計）人: 李克智;蘇楊楊;張磊磊
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: C04B41/89
• 分類號: C04B41/89
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 王鮮凱

本發明涉及一種碳化硅與羥基磷灰石梯度涂層改性的碳/碳復合材料及制備方法，采用的是包埋法和超音速等離子噴涂法在碳/碳復合材料表面制備一層SiC涂層和SiC?HA涂層。由于包埋法制備的SiC涂層屬于C與Si原位生長結合，而SiC?HA涂層與SiC涂層屬于梯度涂層，使得SiC?HA涂層與SiC涂層能更好地融合，減少其表面由于熱膨脹系數失配產生的表面缺陷，提高涂層與基體間的結合強度和耐腐蝕性。本發明有效的減小涂層與碳/碳復合材料基體間的熱應力，減少裂紋的產生，提高涂層的致密性。超音速等離子噴涂控制參數精準，能夠制備出厚度均勻的涂層，對構件要求低，在生物領域具有非常廣泛的應用前景。

技術領域

本發明屬于碳/碳復合材料在生物領域的應用，涉及一種碳化硅與羥基磷灰石梯度涂層改性的碳/碳復合材料及制備方法，主要是應用于生物骨替代和骨移植，涉及一種SiC-HA梯度涂層改性碳/碳復合材料的制備方法。

背景技術

碳/碳復合材料具有高比強高比模、優異的抗疲勞性能、優良的耐摩擦磨損性能、耐體液腐蝕以及良好的生物相容性，尤其是其彈性模量與人體骨骼的彈性模量相當，所以其被認為是生物領域骨移植和骨修復非常具有前景的材料之一。但其也存在一些缺陷：(1)當植入人體后在骨界面處會因摩擦產生一些碳微粒和碳碎片；(2)碳/碳復合材料是生物惰性材料，表面疏水，不具有傳導和誘導骨組織細胞再生的功能。因此，在其表面制備一層具有生物活性的涂層是非常有必要的。

HA是一種廣泛存在于人體骨骼和牙齒中的生物活性物質，但其力學性能較差，脆性大等缺陷限制了其在骨替代醫用領域的廣泛應用。因此，將HA制成涂層材料會有較大的應用前景。本文是針對于超音速等離子噴涂制備HA涂層所存在的問題進行探討并加以改善。眾所周知，超音速等離子噴涂得到的HA涂層表面存在很多缺陷，其中以微裂紋為主，這主要是由于碳/碳復合材料與HA涂層的熱膨脹系數不匹配產生的熱應力造成的。為了解決上述缺陷，本專利采用包埋法結合超音速等離子噴涂制備SiC-HA梯度涂層來緩解熱失配從而達到減少表面缺陷的目的。

文獻1：“J.L.Sui,M.S.Li,Y.P.Lu,Y.Q.Bai,The effect of plasma sprayingpower on the structure and mechanical properties of hydroxyapatite depositedonto carbon/carbon composites,Surface&Coatings Technology 190(2)(2005)287-292.”介紹了在碳/碳復合材料表面噴涂制備HA涂層，雖然可以預防碳微粒或碳碎片的產生，但是由于涂層與基體間的熱失配而產生微裂紋，因此會降低涂層在植入人體后與骨界面的結合強度和耐腐蝕性。文獻2：“C.W.Yang,T.S.Lui,Microstructural self-healingeffect of hydrothermal crystallization on bonding strength and failuremechanism of hydroxyapatite coatings,Journal of the European Ceramic Society28(11)(2008)2151-2159.”研究了噴涂HA涂層的表面缺陷，后續借助水熱法愈合噴涂HA涂層造成的表面缺陷，繼而提高涂層與基體間的結合強度。

發明內容

要解決的技術問題

為了避免現有技術的不足之處，本發明提出一種碳化硅與羥基磷灰石梯度涂層改性的碳/碳復合材料及制備方法，解決現有方法在碳/碳復合材料表面制備HA涂層熱膨脹系數失配的技術問題。

技術方案