生物可降解镁基金属陶瓷复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种生物可降解镁基金属陶瓷复合材料及其制备方法和应用，所述镁基金属陶瓷复合材料以纯镁或者镁合金粉体以及硅酸钙陶瓷粉体为原料，采用放电等离子体技术加压烧结制得，其中硅酸钙陶瓷颗粒在所述镁基金属陶瓷复合材料中呈网络状分布。本发明专利技术中提供的新型镁金金属基复合材料具有制备方法简单快速、降解性可调控和可促进成骨的显著特点，可以在硬组织缺损修复领域等方面获得应用。

Biodegradable magnesium based metal ceramic composite material, preparation method and application thereof

The invention relates to a biodegradable magnesium based metal ceramic composite material and its preparation method and application of the magnesium based metal ceramic composite materials YISHION magnesium or magnesium alloy powder and calcium silicate ceramic powder as raw materials by spark plasma sintering technology was prepared, the calcium silicate ceramic particles were distributed in the network. The magnesium based metal ceramic composite materials. The new magnesium metal matrix composite material provided in the invention has the advantages of simple preparation method, rapid degradation characteristics can significantly control and can promote bone formation, which can be applied in the field of hard tissue defect repair.

【技术实现步骤摘要】
生物可降解镁基金属陶瓷复合材料及其制备方法和应用
本专利技术涉及一种镁基金属陶瓷复合材料，特别涉及一种具有促成骨活性的含硅酸钙生物活性陶瓷的镁金属基复合材料的制备方法与应用，属生物医用材料领域。
技术介绍
近年来，镁及其合金作为一种可降解金属生物材料，正受到越来越多的研究和关注。相比于传统的永久植入性金属材料(如医用不锈钢、钴铬合金等)，镁作为骨科植入材料最突出的性能特点在于：(1)可以在人体内降解，从而避免了二次手术的实施；(2)在降解过程中主要释放镁离子，而多余的镁离子可以通过人体的代谢有效地排出体外，不会对人体产生危害；(3)弹性模量更与人体骨组织接近，能够有效避免应力遮蔽效应的发生[Biomaterials2006；27:1728]。但是从临床应用角度来看，镁金属主要存在两方面的问题，即降解速率过快和生物活性不足。一方面，降解速率过快会造成植入物降解过程中表面出现大量气泡和器件力学性能失效的发生[AdvancedEngineeringMaterials1999；1:11-33]；另一方面，虽然某些镁合金显示出了良好的抗腐蚀性，即其降解速率与新骨生成速率比较匹配，但其早期镁合金生物材料的早期生物活性仍需要进一步提高[KovoveMaterials2006；44:211]。针对上述两个问题，目前大部分的研究采用表面涂层的方法来达到延缓镁合金降解和提高表面生物活性的目的。其中，羟基磷灰石[Ca10(PO4)6(OH)2,HA]因其化学成分同人体骨无机成分类似、具有优良的生物相容性和安全性，是目前采用最广泛的表面涂层，主要采用化学沉积的方法进行制备。但是，由于镁合金本身具有降解性和较高的表面化学反应活性，化学沉积法过程不易控制，从而影响到这类涂层在应用过程中的性能。例如，这类涂层在结构上比较脆弱，在使用过程中容易出现涂层断裂和剥离的情况[MaterialsLetters2008；62:3276]；另外，化学沉积法制备出的羟基磷灰石涂层多为无定型结构，导致这类涂层缺乏长期的化学稳定性，使得载有涂层的镁合金材料降解过程难以预测[ActaBiomaterilia2010；6:1736]。针对涂层工艺本身的复杂性和涂层在应用中存在的问题，最近一些学者已经提出通过制备镁基复合材料来提高镁合的抗腐蚀性和生物活性，从而避免涂层的使用。镁基复合材料是以纯镁或镁合金为基体，通过添加增强体复合而成的材料。相对于传统的镁合金材料，它具有优异的力学与物理性能以及较大的材料设计自由度。在这方面，Witte等率先开展了将羟基磷灰石(HA)作为增强相加入AZ91D镁合金制备HA/镁基复合材料的研究，结果显示该HA/镁基复合材料在力学性能和耐蚀性能方面均优于单一的AZ91D镁合金[Biomaterials2007；28:2163]；西安交通大学憨勇教授课题组在ZK60A镁合金中加入一定比例的聚磷酸钙颗粒，发现能够明显提高镁合金基体的抗腐蚀性，并能够在一定程度上提高材料的力学性能[MaterialLetters2010；504:585]。上述研究结果表明，通过制备镁基复合材料来提高镁合金材料的生物应用性能是可行的。但是应该指出的是，上述这些采用磷酸钙类陶瓷作为增强颗粒的镁金属基复合材料主要存在制备方法和组成这两方面的问题。制备方法上，目前的镁金属基复合材料通常采用挤压成型的方式制备，由于缺乏对温度和成型气氛的有效控制，在复合材料成型后内部经常出现大量的氧化镁，这会在很大程度上降低复合材料的力学强度以及镁金属基体-陶瓷颗粒之间的界面结合强度[MetallurgicalandMaterialsTransactionsA2003；34:2655]；组成方面，磷酸钙类陶瓷(如羟基磷灰石等)的加入虽然能够提高复合材料的抗腐蚀性，但这类陶瓷材料本身缺乏足够的可降解性和生物活性，特别是无法降解的陶瓷颗粒还有可能导致植入部位的慢性炎症反应，影响骨修复材料的治疗效果[Biomaterials2003；24:2739]。因此，从材料性能及其临床应用的角度，选择更有针对性的制备方法和材料组成(如生物活性和降解性)对镁基金属复合材料的发展具有重要的意义和价值。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种新型镁金属基复合材料。本专利技术提供一种生物可降解镁基金属陶瓷复合材料，所述镁基金属陶瓷复合材料以纯镁或者镁合金粉体以及硅酸钙陶瓷粉体为原料，采用放电等离子体技术加压烧结制得，其中硅酸钙陶瓷颗粒在所述镁基金属陶瓷复合材料中呈网络状分布。本专利技术通过放电等离子体烧结技术制备一种含硅酸钙生物活性陶瓷的新型镁金属基复合材料，可通过调节硅酸钙陶瓷在复合材料中的含量调控复合材料的力学和降解性能，并利用硅酸钙陶瓷能够在降解过程中释放硅离子等具有促进成骨作用的功能性因子，使复合材料相比于单纯的镁金属材料具有更强的成骨活性。更具体而言，本专利技术采用放电等离子体烧结技术，采用硅酸钙生物活性陶瓷做为增强颗粒，获得一种新型的镁金属基复合材料。在制备方法上，放电等离子体烧结技术能够在较短时间内在可控气氛或真空条件下完成整个烧结流程，特别是烧结过程中镁金属表面较高的局部温度能够是其表面可能存在的氧化镁层蒸发[MaterialsScienceEngineeringA2015；624；261]。因此这种方法特别适用于镁金属这类化学性质较为活波的金属材料；在增强颗粒的选择方面，硅酸钙生物陶瓷具有非常优良的类骨磷灰石矿化能力，即在组织液的调控下材料与组织界面发生一系列化学反应并形成类骨磷灰石过渡层,使材料与骨组织形成牢固的化学键合而表现出优良的生物活性，并且具有良好的可降解性，特别是其降解过程中溶解出的离子产物(如硅离子等)能够显著地促进成骨细胞的分化[[JournalofBiomaterialsApplications2009；24:139]。通过有针对性的制备方法和组成之间的结合，本专利中提供的新型镁金金属基复合材料具有制备方法简单快速、降解性可调控和可促进成骨的显著特点。本专利技术提供的镁基金属陶瓷复合材料中镁基金属部分为致密结构，硅酸钙陶瓷颗粒与纯镁或镁合金基体间结合界面无裂纹孔隙，硅酸钙陶瓷粉体在复合材料中成网络状分布。而且本专利技术提供的复合材料具有与镁金属材料类似的良好生物相容性；此外，相比于为添加硅酸钙陶瓷颗粒镁金属基体，复合材料具有更强的促进成骨作用。较佳地，所述镁基金属陶瓷复合材料中硅酸钙的重量百分含量可为1～49％，优选10～20％。一定量的硅酸钙陶瓷颗粒的加入能够较大提高镁金属基体的抗压强度。较佳地，所述镁基金属陶瓷复合材料的抗压强度为相对未添加硅酸钙的镁基金属提高15～30％。本专利技术还提供一种上述所述生物可降解镁基金属陶瓷复合材料的制备方法，包括：取纯镁或镁合金粉体和硅酸钙粉体均匀混合后装入烧结模具，采用放电等离子技术加压烧结，随炉冷却至室温，即得到所述生物可降解镁基金属陶瓷复合材料，所述放电等离子技术加压烧结为在真空或氩气气氛中，以50～150℃/分钟升温速率升温至500～650℃后烧结1～30分钟，在烧结过程中，加压0～100MPa。较佳地，所述纯镁或镁合金粉体粒径范围为1～100μm，优选20～50μm。较佳地，硅酸钙粉体的粒径范围为1～100μm，优选10～本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种生物可降解镁基金属陶瓷复合材料，其特征在于，所述镁基金属陶瓷复合材料以纯镁或者镁合金粉体以及硅酸钙陶瓷粉体为原料，采用放电等离子体技术加压烧结制得，其中硅酸钙陶瓷颗粒在所述镁基金属陶瓷复合材料中呈网络状分布。

【技术特征摘要】
1.一种生物可降解镁基金属陶瓷复合材料，其特征在于，所述镁基金属陶瓷复合材料以纯镁或者镁合金粉体以及硅酸钙陶瓷粉体为原料，采用放电等离子体技术加压烧结制得，其中硅酸钙陶瓷颗粒在所述镁基金属陶瓷复合材料中呈网络状分布。2.根据权利要求1所述的生物可降解镁基金属陶瓷复合材料，其特征在于，所述镁基金属陶瓷复合材料中硅酸钙的重量百分含量为1～49%，优选10～20%。3.根据权利要求1或2所述的生物可降解镁基金属陶瓷复合材料，其特征在于，所述镁基金属陶瓷复合材料的抗压强度为相对未添加硅酸钙的镁基金属提高15～30%。4.一种如权利要求1至3中任一项所述生物可降解镁基金属陶瓷复合材料的制备方法，其特征在于，包括：取纯镁或镁合金粉体和硅...

【专利技术属性】
技术研发人员：郇志广，常江，
申请(专利权)人：中国科学院上海硅酸盐研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31