低溫常壓燒結(jié)法制備CF-Mg-nHA涂層-Mg-nHA復(fù)合材料的研究.pdf

1、本課題源于導(dǎo)師的陜西省自然科學(xué)基礎(chǔ)研究計劃項目“碳纖維/原位生長納米HA協(xié)同強韌HA復(fù)合材料的研究（2014JM6233）”和陜西科技大學(xué)學(xué)術(shù)骨干培育計劃項目(XSGP201208）,是國家自然科學(xué)基金面上項目（51072107）的延續(xù)工作，具體內(nèi)容如下：
　　羥基磷灰石（HA）是人體骨組織的主要無機組成成分，具有良好的生物活性和生物相容性，同時可以有效地誘導(dǎo)骨生長，在植入后與人體原本的骨組織形成良好的結(jié)合，是一種具有很大潛力的骨

2、修復(fù)和替代生物材料。但HA脆性大、韌性差等力學(xué)性能不足，采用碳纖維（CF）作為增強體對其進行增強增韌，有望較大幅度地提高、改善復(fù)合材料的綜合力學(xué)性能。但在制備復(fù)合材料時可能存在CF的氧化損壞以及熱膨脹系數(shù)不匹配等問題。本課題通過離子摻雜水熱合成法制備具有較好燒結(jié)性能的鎂離子摻雜納米羥基磷灰石（Mg-nHA）；同時在碳纖維表面電沉積 Mg-nHA涂層后，采用離子摻雜水熱合成法制備具有 Mg-nHA涂層的 CF復(fù)合 Mg-nHA粉體，基于M

3、g-nHA粉體的熱穩(wěn)定和燒結(jié)性能特點，在低于文獻報道的HA基復(fù)合材料的常用燒結(jié)溫度下，常壓燒結(jié)法制備具有良好界面結(jié)合的CF/Mg-nHA涂層/Mg-nHA復(fù)合材料，緩解復(fù)合材料制備過程中CF的氧化損傷。具體研究內(nèi)容和結(jié)果如下：
　?。?）通過對水熱合成HA的工藝條件研究，在160℃時獲得了結(jié)晶性較好的納米棒狀HA，并利用尿素作為添加劑制備了長度超過1μm的長纖維狀的HA，并探究了檸檬酸鈉對納米HA生長過程的影響，發(fā)現(xiàn)隨著時間的延長

4、，nHA從片狀向長棒狀發(fā)生轉(zhuǎn)變。
　?。?）采用水熱合成法制備Mg-nHA，研究了pH、水熱合成溫度等對制備產(chǎn)物的影響，探究了Mg2+摻雜對nHA燒結(jié)性能，熱穩(wěn)定性和生物活性的影響，分析其影響機理。發(fā)現(xiàn)Mg2+的摻雜有利于提高nHA的生物活性，并且隨著摻雜含量的升高生物活性也隨之升高，相較于同等工藝下的純nHA， Mg-nHA具有更好的熱穩(wěn)定性，同時可以在低溫常壓燒結(jié)時獲得更好的力學(xué)性能。
　?。?）采用電化學(xué)沉積法在CF表

5、面制備了Mg-nHA涂層，研究了電解液濃度和電化學(xué)沉積時間對涂層制備的影響。通過低濃度電解液在沉積3h后獲得了表面均勻包裹了 Mg-nHA涂層的 CF。并以 Mg-nHA作為基體， Mg-nHA涂層CF作為增強體，通過低溫常壓燒結(jié)法制備復(fù)合材料，同時研究了燒結(jié)溫度、CF含量及長度對CF復(fù)合材料力學(xué)性能的影響，探索了CF對復(fù)合材料的增強增韌機理。在燒結(jié)溫度為700℃時，復(fù)合材料中的CF幾乎沒有損傷，當(dāng)CF含量為1 wt％，長度為6 mm時