在炭/炭復(fù)合材料表面制備出高界面結(jié)合強(qiáng)度生物活性涂層的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于生物活性涂層的制備方法，涉及一種在炭/炭復(fù)合材料表面制備出高界面結(jié)合強(qiáng)度生物活性涂層的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]炭/炭復(fù)合材料具有和人體骨骼相匹配的彈性模量和彎曲強(qiáng)度，可以有效的避免“應(yīng)力遮擋”效應(yīng)。因而被認(rèn)為是一種應(yīng)用潛力巨大的人體硬組織替換材料。但是炭/炭復(fù)合材料的表面呈現(xiàn)生物惰性，不能誘導(dǎo)骨組織的再生。
[0003]在炭/炭復(fù)合材料表面施加生物活性涂層是改善炭/炭復(fù)合材料的生物惰性的有效措施。目前常用的生物活性涂層材料有二水磷酸氫鈣、氟磷灰石和羥基磷灰石等。這些涂層材料可以在保持炭/炭復(fù)合材料優(yōu)異力學(xué)性能的基礎(chǔ)上賦予其表面生物活性，但是目前此類生物活性涂層與炭/炭復(fù)合材料基體的界面結(jié)合強(qiáng)度普遍較低。
[0004]文南犬 1 “Zhao Xueni, HuTao, Li Hejun, et al.Electrochemically assistedco-deposit1n of calcium phosphate/collagen coatings on carbon/carboncomposites.Applied Surface Science, 2011 ；257 (8): 3612 ?3619”報(bào)道了在炭 / 炭復(fù)合材料表面制備二水磷酸氫鈣涂層，結(jié)果發(fā)現(xiàn)二水磷酸氫鈣涂層與炭/炭復(fù)合材料基體的界面結(jié)合強(qiáng)度為1.57MPa。
[0005]文獻(xiàn)2“薛若茵，李克智，李賀軍等.電沉積制備羥基磷灰石-碳化硅復(fù)合涂層.電鍍與精飾.2008，30(12):4?8”報(bào)道了在炭/炭復(fù)合材料表面制備羥基磷灰石涂層。結(jié)果發(fā)現(xiàn)輕基磷灰石涂層與炭/炭復(fù)合材料基體的結(jié)合強(qiáng)度為5.62MPa。
[0006]文獻(xiàn)3 “翟言強(qiáng)，李克智，李賀軍等.氟化鈉處理對炭/炭復(fù)合材料磷灰石生物活性涂層的影響.復(fù)合材料學(xué)報(bào)，2007 ;24(6):89?94”報(bào)道了在炭/炭復(fù)合材料表面制備氟磷灰石涂層，結(jié)果發(fā)現(xiàn)氟磷灰石涂層與炭/炭復(fù)合材料基體的界面結(jié)合強(qiáng)度為4.08MPa。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]要解決的技術(shù)問題
[0008]為了避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明提出一種在炭/炭復(fù)合材料表面制備出高界面結(jié)合強(qiáng)度生物活性涂層的方法，解決生物活性涂層與炭/炭復(fù)合材料基體的界面結(jié)合強(qiáng)度不足的問題。
[0009]技術(shù)方案
[0010]一種在炭/炭復(fù)合材料表面制備出高界面結(jié)合強(qiáng)度生物活性涂層的方法，其特征在于步驟如下:
[0011 ] 步驟1:將Si3N4微米帶在濃度為30 %的雙氧水浸泡24-96小時；
[0012]步驟2:再將Si3N4微米帶分散在乙醇溶液中，經(jīng)過超聲分散，得到Si 3N4微米帶分散液；其中Si3N4微米帶的濃度為1?10g/L ;
[0013]步驟3:將Si3N4微米帶分散液涂刷于炭/炭復(fù)合材料表面，得到產(chǎn)品A ;
[0014]步驟4:將Fe304納米顆粒分散液滴定于產(chǎn)品A的表面，滴定量為1?5ml/cm 2，得至IJ產(chǎn)品B ;
[0015]步驟5:將產(chǎn)品B至于電沉積裝置中進(jìn)行沉積，然后在空氣中自然干燥，完成在炭/炭復(fù)合材料表面制備出高界面結(jié)合強(qiáng)度生物活性涂層；所述沉積條件為:沉積時間30?120分鐘，氯化I丐濃度0.2?5.0mmol/L，磷酸二氫錢濃度為0.1?5.0mmol/L，|丐磷原子比例為1?2，電壓為1?10V。
[0016]所述Fe304納米顆粒分散液是:將的Fe 304納米顆粒分散在水溶液中，經(jīng)過超聲分散，得到Fe304納米顆粒分散液；其中Fe 304納米顆粒的濃度為1?5g/L。
[0017]所述Fe304納米顆粒的尺寸為10?90nm。
[0018]所述步驟3的涂刷次數(shù)為1?5次。
[0019]有益效果
[0020]本發(fā)明提出的一種在炭/炭復(fù)合材料表面制備出高界面結(jié)合強(qiáng)度生物活性涂層的方法，通過在炭/炭復(fù)合材料表面涂刷Si3N4微米帶，然后在Si 3N4微米帶的表面滴定Fe304納米顆粒，使之形成微納米一體化增強(qiáng)相，然后采用脈沖電沉積工藝沉積二水磷酸氫鈣涂層，其中二水磷酸氫鈣首先在由Si3N4微米帶和Fe 304納米顆粒構(gòu)成的微納米一體化增強(qiáng)相上形核，然后逐步滲入到該增強(qiáng)相的多孔網(wǎng)格狀結(jié)構(gòu)中并與之形成良好的嵌合，最后對該增強(qiáng)相形成均勻覆蓋。從而在炭/炭復(fù)合材料表面制備出高界面結(jié)合強(qiáng)度生物活性涂層。本發(fā)明制備的生物活性涂層與炭/炭復(fù)合材料基體的界面結(jié)合強(qiáng)度最大值為14.37MPa，該界面結(jié)合強(qiáng)度最大值為比【背景技術(shù)】報(bào)道的界面結(jié)合強(qiáng)度最大值提高了155.7%。
[0021]本發(fā)明的有益效果是:由于在炭/炭復(fù)合材料表面制備了由Si3N4微米帶和Fe 304納米顆粒構(gòu)成的微納米一體化增強(qiáng)相，該增強(qiáng)相一方面可以誘導(dǎo)二水磷酸氫鈣的形核，另一方面可以形成多孔網(wǎng)格狀結(jié)構(gòu)從而促使二水磷酸氫鈣的滲入并與之形成緊密結(jié)合，從而改善生物活性涂層的內(nèi)聚力，進(jìn)而提高生物活性涂層與炭/炭復(fù)合材料基體的界面結(jié)合強(qiáng)度，本發(fā)明制備的生物活性涂層與炭/炭復(fù)合材料基體的界面結(jié)合強(qiáng)度最大值為14.37MPa，比【背景技術(shù)】提高了 155.?%。
【附圖說明】
[0022]圖1是實(shí)例1制備的高界面結(jié)合強(qiáng)度生物活性涂層的掃描電鏡照片
【具體實(shí)施方式】
[0023]現(xiàn)結(jié)合實(shí)施例、附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步描述:
[0024]實(shí)施例1:
[0025](1)將Si3N4微米帶置于燒杯中，加入濃度為30 %的雙氧水浸泡24小時；
[0026](2)將第⑴步處理后的Si3N4微米帶分散在乙醇溶液中，其中Si 3N4微米帶的濃度為lg/L，經(jīng)過超聲分散，得到Si3N4微米帶分散液；
[0027](3)將第⑵步制備的Si3N4微米帶分散液涂刷于炭/炭復(fù)合材料表面，涂刷次數(shù)為1次，得到樣品A ;
[0028](4)將尺寸為10nm的Fe304納米顆粒分散在水溶液中，其中Fe 304納米顆粒的濃度為lg/L，經(jīng)過超聲分散，得到Fe304納米顆粒分散液；
[0029](5)將第(4)步制備分散液滴定于樣品A的表面，滴定量為lml/cm2，得到樣品B ;
[0030](6)將樣品B至于電沉積裝置中，在沉積時間為30分鐘，氯化鈣濃度為0.2mmol/L，磷酸二氫銨濃度為0.lmmol/L，鈣磷原子比例為2，電壓為IV條件下沉積，然后在空氣中自然干燥，即在炭/炭復(fù)合材料表面制備出高界面結(jié)合強(qiáng)度生物活性涂層。
[0031]圖1是實(shí)例1制備的高界面結(jié)合強(qiáng)度生物活性涂層的掃描電鏡照片，由圖1可以發(fā)現(xiàn)，該涂層呈現(xiàn)彎曲片狀形貌并相互纏繞交織。
[0032]本實(shí)例1制備的涂層與炭/炭復(fù)合材料基體的界面結(jié)合強(qiáng)度為10.22MPa。
[0033]實(shí)施例2:
[0034](1)將Si3N4微米帶置于燒杯中，加入濃度為30 %的雙氧水浸泡96小時；
[0035](2)將第⑴步處理后的Si3N4微米帶分散在乙醇溶液中，其中Si 3N4微米帶的濃度為10g/L，經(jīng)過超聲分散，得到Si3N4微米帶分散液；
[0036](3)將第⑵步制備的Si3N4微米帶分散液涂刷于炭/炭復(fù)合材料表面，涂刷次數(shù)為5次，得到樣品A ;
[0037](4)將尺寸為90nm的Fe304納米顆粒分散在水溶液中，其中Fe 304納米顆粒的濃度為5g/L，經(jīng)過超聲分散，得到Fe304納米顆粒分散液；
[0038](5)將第(4)步制備分散液滴定于樣品A的表面，滴定量為5ml/cm2，得到樣品B ;
[0039](6)將樣品B至于電沉積裝置中，在沉積時間為120分鐘，氯化鈣濃度為5.0mmol/L，磷酸二氫銨濃度為5.0mmol/L，鈣磷原子比例為1，電壓為10V