[發(fā)明專利]一種氮化硼-金剛石-氧化鋯雜化復(fù)合材料及制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110418617.5
• 申請日: 2021-04-19
• 公開（公告）號: CN113200748B
• 公開（公告）日: 2023-05-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張旺璽;劉書鋒;崔衛(wèi)民
• 申請（專利權(quán)）人: 鄭州博特硬質(zhì)材料有限公司
• 主分類號: C04B35/583
• 分類號: C04B35/583;C04B35/622;C04B35/645;A61L27/10;A61L27/50
• 代理公司: 鄭州優(yōu)盾知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 41125
• 代理人: 王紅培

本發(fā)明提供了一種氮化硼?金剛石?氧化鋯雜化復(fù)合材料及制備方法，包括以下重量份的原料：氮化硼微粉15?75份、金剛石微粉10?50份、氧化鋯微粉10?30份、鈦粉10?20份。本發(fā)明先將具有特定粒度的氮化硼、金剛石、氧化鋯粉末進行混合球磨，放入陶瓷坩堝在馬弗爐中燒結(jié)到700℃，經(jīng)與生物活性鈦粉末混合后裝入組裝塊放進六面頂壓機高壓下進行合成，得到氮化硼?金剛石?氧化鋯雜化復(fù)合陶瓷材料密實燒結(jié)體。本發(fā)明具有合成的骨植入材料硬度高，韌性好，生物相容性好等特點，尤其是所用原料氮化硼、金剛石、氧化鋯混合料通過改變配比可以任意設(shè)計材料的理化性能，可以得到適宜的硬度、強度和韌性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及硬質(zhì)生物材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種氮化硼-金剛石-氧化鋯雜化復(fù)合材料及制備方法。

背景技術(shù)

理想的骨科植入材料除需要具備優(yōu)良的生物相容性和生物活性之外，還需要有足夠的硬度，適宜的強度和理化性能，有足夠的負載能力、耐磨損和耐腐蝕性。總的說來，需要以下要求：（1）生物性能上，要求生物組織相容性好，力學相容性即生物結(jié)合性良好，對周圍骨組織沒有不良作用，無排異和無毒副作用。（2）理化性能上，要求材料的化學成分明確，機械性能和表面性質(zhì)穩(wěn)定，耐磨損。抗腐蝕和耐疲勞性能良好，在人體環(huán)境中受電化學和化學腐蝕而不失效，在人體循環(huán)疲勞作用下不損傷。

滿足以上要求的骨科植入物主要原材料包括陶瓷、鈦合金、鍛造鈦合金、鑄造鈷鉻鉬合金及醫(yī)用超高分子量聚乙烯材料。這些材料各有各自的特性。不銹鋼最早用于骻關(guān)節(jié)或接骨板植入材料，具有優(yōu)良的加工性能，足夠的強度和韌性，但是臨床使用中常出現(xiàn)抗腐蝕性能差、易老化、生物相容性差的問題，因磨損產(chǎn)生的金屬離子對人體有害。鈦合金具有相對密度低、強度高、延展性好、耐腐蝕和耐疲勞性能好等特點，但容易產(chǎn)生磨損，經(jīng)磨損產(chǎn)生的金屬離子和顆粒具有潛在的毒性。生物陶瓷，如氧化鋁和氧化鋯陶瓷，結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定，具有較高的強度，耐磨性以及化學穩(wěn)定性，可以避免金屬假體容易釋放金屬離子的問題，氧化鋯比氧化鋁具有更為優(yōu)異的抗斷裂強度，但是氧化鋯陶瓷硬度較低。碳材料已經(jīng)被證實與生物的相容性好，因此碳纖維增強復(fù)合材料被較多應(yīng)用，但碳纖維復(fù)合材料中的非碳組分是不利的。

為了解決不同的材料出現(xiàn)的不同問題，研究者采用了各種各樣的手段。有的重點放在材料的改性或復(fù)合結(jié)構(gòu)設(shè)計上，有的集中于新材料的合成與制備方面。為解決鈦合金仿生骨與人骨彈性模量不匹配的問題，中南大學陳軻等采用多孔結(jié)構(gòu)的鈦合金植入體與人自體骨的力學性能相適應(yīng)（陳軻，云忠等.發(fā)表于《機械科學與技術(shù)》，2020年第8期）。中國專利（申請?zhí)?02010918664.1）公開了氧化鋁基金屬復(fù)合陶瓷骨植入假體制備方法及應(yīng)用，主要用于增強復(fù)合陶瓷的韌性，拓寬其應(yīng)用領(lǐng)域。中國專利（申請?zhí)?02011036722.4）公開了一種碳纖維復(fù)合材料仿形人工骨的制備方法，將碳纖維與高分子纖維混合編織，成型后熱壓分解脫除有機成分，再采用化學氣相沉積法在其表面沉積類金剛石涂層，方法簡便，制造成本低。但是，這些方法都沒有根本上解決足夠的耐磨性、化學穩(wěn)定性和生物相容性問題。如，多孔結(jié)構(gòu)的鈦合金和氧化鋁基金屬復(fù)合陶瓷骨植入假體磨損后仍具有一定的金屬離子滲透毒性；碳纖維與高分子纖維混合編織后進行涂層金剛石的骨植入材料硬度不足。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提出了一種氮化硼-金剛石-氧化鋯雜化復(fù)合材料的制備方法，所述方法可以充分利用高壓條件下制備材料結(jié)構(gòu)密實和硬度高的特性，并服現(xiàn)有方法中材料組分單一、或材料復(fù)合時各材料組成成分的優(yōu)勢不能充分發(fā)揮，材料的硬度和韌性等主要性能可調(diào)控性困難的不足。

實現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種氮化硼-金剛石-氧化鋯雜化復(fù)合材料，包括以下重量份的原料：氮化硼微粉15-75份、金剛石微粉10-50份、氧化鋯微粉10-30份、鈦粉10-20份。

優(yōu)選地，包括以下重量份的原料：氮化硼微粉50份、金剛石微粉30份、氧化鋯微粉15份、鈦粉5份。