本发明专利技术碳纳米管增强羟基磷灰石复合材料的制备方法，涉及用于假体材料的复合材料，是在羟基磷灰石粉体中合成碳纳米管，并利用羟基磷灰石进行碳纳米管表面修饰，进而制备碳纳米管增强羟基磷灰石复合材料的方法，先用碳酸镍与羟基磷灰石粉末制备碳纳米管-羟基磷灰石粉末，再制备羟基磷灰石修饰的碳纳米管-羟基磷灰石粉末，最终制得碳纳米管增强羟基磷灰石复合材料。本发明专利技术方法克服了现有技术中碳纳米管在羟基磷灰石基体中难以分散、碳纳米管与羟基磷灰石基体之间浸润性差与界面结合强度低、表面负载碳纳米管的羟基磷灰石粉体难以成型及复合材料生物相容性较差的缺点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术的技术方案涉及用于假体材料的复合材料，具体地说是。
技术介绍
羟基磷灰石是人体和动物骨骼、牙齿中重要的无机矿物成分，与占人体硬组织70%左右的无机质的主要成分极为相似，是一种无毒、无致癌作用并具有良好生物相容性和生物活性的生物材料，是目前人体硬组织移植的最佳选择，在人体硬组织植入材料领域有广泛的应用。但是羟基磷灰石材料也存在一些有待解决的问题，主要体现在力学性能较差，脆性大，抗弯强度仅在100 160MPa之间，断裂韧性仅在O. 5 I. OMPa · m1/2之间，均偏低，限制了羟基磷灰石材料在生物医学工程方面的应用。因而，羟基磷灰石在生物医学工程学科领域的研发一直受到密切关注，如何提高羟基磷灰石材料的综合力学性能成为近年来材料研究领域的热点之一。现有技术中，提高羟基磷灰石材料的综合力学性能的主要途径是向羟基磷灰石基体中添加各种增强相物质，利用增强相特殊的物理、力学性质和增强机制，提高羟基磷灰石基体的力学性能，从而开发出多种新型羟基磷灰石复合材料。CN102786321A公开了纳米线增强羟基磷灰石涂层的制备方法；CN102303977A报道了钛铁颗粒增强的羟基磷灰石基生物陶瓷材料的制备方法，使复合材料抗弯强度达到86 95MPa，断裂韧性达到O. 6 I. 4MPa · m1/2, ；CN101491694披露了一种碳纤维增强轻基磷灰石复合材料的制备方法,使复合材料抗弯强度达到40. 5 185. 5MPa。虽然，上述各种增强相的应用在一定程度上提高了羟基磷灰石的力学性能，但存在的缺点是(1)受自身物理和力学性能的限制，上述传统颗粒、晶须或纤维增强相的强度和弹性模量低，对羟基磷灰石的增强效果不佳，特别是对羟基磷灰石材料的韧性提高幅度有限；(2)采用传统外加混合的工艺方法无法实现增强相在复合材料基体中的均匀分散及增强相与基体的良好界面结合；(3)作为主要用于生物医学领域的羟基磷灰石复合材料，碳化硅、氧化铝、钛铁颗粒等传统增强相的生物相容性差。(4)碳化硅、氧化铝、钛铁颗粒等传统增强相的密度大，会导致羟基磷灰石复合材料的比重增加。由于碳纳米管具有独特的结构特性、物理性能和机械特性，有着良好韧性、生物相容性好、比强度和比刚度高、耐腐蚀、耐热冲击、高温强度高、自润滑以及密度低的优异综合性能，是羟基磷灰石基复合材料的理想增强相。现有技术中碳纳米管-羟基磷灰石基复合材料已经得到许多研发。CN101491696公开了一种，复合材料抗弯强度达到82. 5 235. OMPa ；CN1440948披露了羟基磷灰石/碳纳米管复合材料及其制备工艺，复合材料抗弯强度达到90 200MPa，断裂韧性达到I. 2 3. OMPa · m1/2。上述现有技术的缺点是①无法避免碳纳米管在羟基磷灰石复合材料中的团聚，且处理过程中碳纳米管的结构遭到破坏，对复合材料结构和性能有不良影响，②专利制备的碳纳米管增强聚甲基丙烯酸甲脂/含硅羟基磷灰石复合材料的生物相容性差。CN101318034报道了一种原位生长制备碳纳米管与羟基磷灰石纳米复合材料的方法；CN101156961报道了气相沉积原位反应制备碳纳米管/羟基磷灰石复合粉末的方法。上述现有技术制得的产品均是碳纳米管在羟基磷灰石粉体中分散的粉体材料，在后续的应用中，存在需要进一步解决羟基磷灰石复合材料的成型、复合粉末的工艺性能、复合材料界面结合性能和生物相容性的实际问题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供，是在羟基磷灰石粉体中合成碳纳米管，并利用羟基磷灰石进行碳纳米管表面修饰，进而制备碳纳米管增强羟基磷灰石复合材料的方法，克服了现有技术中碳纳米管在羟基磷灰石基体中难以分散、碳纳米管与羟基磷灰石基体之间浸润性差与界面结合强度低、表面负载碳纳米管的羟基磷灰石粉体难以成型及复合材料生物相容性较差的缺点。本专利技术解决该技术问题所采用的技术方案是，是在羟基磷灰石粉体中合成碳纳米管，并利用羟基磷灰石进行碳纳米管表面修饰，进而制备碳纳米管增强羟基磷灰石复合材料的方法，具体步骤如下 第一步，制备碳纳米管-羟基磷灰石粉末按摩尔比为碳酸镍羟基磷灰石=0. 04 I. 50:1的比例，称取所需用量的碳酸镍与10 IOOnm的轻基磷灰石粉末,混合,然后采用高速分散机以500 800r/min的转速分散O. 5 Ih,米用行星式球磨机以800 1000r/min的速度球磨I 2h,将上述经分散和球磨处理后的混合物置于石英方舟中，将该石英方舟置于水平管式炉恒温区，以100 120ml/min的流速向该管式炉中通入IS气并升温至400 500°C,保温I 2h,而后关闭気气，以100 120ml/min的流速向该管式炉中通入氢气，升温至600 1200°C并保持I 2h,之后关闭氢气,将体积比为気气乙烧=10 15:1的混合气以660 960ml/min的流速持续通入该水平管式炉中，在600 1200°C下进行乙烷的催化裂解反应I. 5 3. 5h，之后关闭乙烷并调整氩气流量，使该管式炉在100 120ml/min流速的氩气氛围下冷至室温，制得碳纳米管-羟基磷灰石粉末，其中碳纳米管的质量百分含量为2. 6 17. 9% ；第二步，制备羟基磷灰石修饰的碳纳米管-羟基磷灰石粉末在电磁搅拌状态下，按I 3g/L的浓度将第一步制得的碳纳米管-羟基磷灰石粉末放入去离子水中，将氯化钠、碳酸氢钠、氯化钾、磷酸氢二钠和氯化镁分别按7 8g/L、3 4g/L、0. 4 O. 5g/L、0. 4 O. 5g/L和O. 4 O. 5g/L的浓度依次溶入上述去离子水中，再加入浓度为lmol/L的盐酸10 11ml，而后将氯化钙、硫酸钠和三羟甲基氨基甲烷分别按O. 4 O. 5g/L、0. 05 O. 06g/L和5 6g/L的浓度依次溶入上述去离子水中，继续搅拌O. 5 Ih后停止搅拌，将溶液静置24 72h，将溶液中的沉淀物过滤并采用电热恒温干燥箱于50 80°C干燥I 2h，即制得羟基磷灰石修饰的碳纳米管-羟基磷灰石粉末；第三步，制备碳纳米管增强纳米羟基磷灰石复合材料使用模具，将第二步制得的羟基磷灰石修饰的碳纳米管-羟基磷灰石粉末在500 800MPa压力下压制成复合材料块体，而后将该块体在烧结炉中于600 1000°C温度下烧结2 4h，最终制得碳纳米管增强羟基磷灰石复合材料。上述，所涉及的原材料均通过商购获得，所用的设备和工艺均是本
的技术人员所熟知的。本专利技术的有益效果是与现有技术相比，本专利技术所具有突出的实质性特点是(I)本专利技术方法提出了在羟基磷灰石粉体中合成碳纳米管，并利用羟基磷灰石进行碳纳米管表面修饰，进而制备碳纳米管增强羟基磷灰石复合材料的设计思路及制备方法。为解决外加法所导致的碳纳米管团聚、碳纳米管结构易受损和碳纳米管与羟基磷灰石基体相容性差的问题，本专利技术方法通过调控催化剂制备工艺和催化裂解条件，使碳纳米管原位自生于复合材料基体羟基磷灰石粉末中，实现了碳纳米管与羟基磷灰石基体的良好相容性，并使得碳纳米管在羟基磷灰石基体粉末中均匀分散。同时，本专利技术方法还通过化学法使羟基磷灰石包覆于已合成的碳纳米管-羟基磷灰石粉体表面，使碳纳米管与羟基磷灰石形成稳定和紧密的结合界面，进一步改善了碳纳米管与羟基磷灰本文档来自技高网...
【技术保护点】
碳纳米管增强羟基磷灰石复合材料的制备方法，其特征在于：是在羟基磷灰石粉体中合成碳纳米管，并利用羟基磷灰石进行碳纳米管表面修饰，进而制备碳纳米管增强羟基磷灰石复合材料的方法，具体步骤如下：第一步，制备碳纳米管?羟基磷灰石粉末按摩尔比为碳酸镍:羟基磷灰石=0.04～1.50:1的比例，称取所需用量的碳酸镍与10～100nm的羟基磷灰石粉末，混合，然后采用高速分散机以500～800r/min的转速分散0.5～1h，采用行星式球磨机以800～1000r/min的速度球磨1～2h，将上述经分散和球磨处理后的混合物置于石英方舟中，将该石英方舟置于水平管式炉恒温区，以100～120ml/min的流速向该管式炉中通入氩气并升温至400～500℃，保温1～2h，而后关闭氩气，以100～120ml/min的流速向该管式炉中通入氢气，升温至600～1200℃并保持1～2h，之后关闭氢气，将体积比为氩气:乙烷=10～15:1的混合气以660～960ml/min的流速持续通入该水平管式炉中，在600～1200℃下进行乙烷的催化裂解反应1.5～3.5h，之后关闭乙烷并调整氩气流量，使该管式炉在100～120ml/min流速的氩气氛围下冷至室温，制得碳纳米管?羟基磷灰石粉末，其中碳纳米管的质量百分含量为2.6～17.9%；第二步，制备羟基磷灰石修饰的碳纳米管?羟基磷灰石粉末在电磁搅拌状态下，按1～3g/L的浓度将第一步制得的碳纳米管?羟基磷灰石粉末放入去离子水中，将氯化钠、碳酸氢钠、氯化钾、磷酸氢二钠和氯化镁分别按7～8g/L、3～4g/L、0.4～0.5g/L、0.4～0.5g/L和0.4～0.5g/L的浓度依次溶入上述去离子水中，再加入浓度为1mol/L的盐酸10～11ml，而后将氯化钙、硫酸钠和三羟甲基氨基甲烷分别按0.4～0.5g/L、0.05～0.06g/L和5～6g/L的浓度依次溶入上述去离子水中，继续搅拌0.5～1h后停止搅拌，将溶液静置24～72h，将溶液中的沉淀物过滤并采用电热恒温干燥箱于50～80℃干燥1～2h，即制得羟基磷灰石修饰的碳纳米管?羟基磷灰石粉末；第三步，制备碳纳米管增强纳米羟基磷灰石复合材料使用模具，将第二步制得的羟基磷灰石修饰的碳纳米管?羟基磷灰石粉末在500～800MPa压力下压制成复合材料块体，而后将该块体在烧结炉中于600～1000℃温度下烧结2～4h，最终制得碳纳米管增强羟基磷灰石复合材料。...
【技术特征摘要】
1.碳纳米管增强羟基磷灰石复合材料的制备方法，其特征在于是在羟基磷灰石粉体中合成碳纳米管，并利用羟基磷灰石进行碳纳米管表面修饰，进而制备碳纳米管增强羟基磷灰石复合材料的方法，具体步骤如下第一步，制备碳纳米管-羟基磷灰石粉末按摩尔比为碳酸镍羟基磷灰石=0. 04 1.50:1的比例，称取所需用量的碳酸镍与 10 IOOnm的轻基磷灰石粉末,混合,然后采用高速分散机以500 800r/min的转速分散O.5 Ih,米用行星式球磨机以800 1000r/min的速度球磨I 2h,将上述经分散和球磨处理后的混合物置于石英方舟中，将该石英方舟置于水平管式炉恒温区，以100 120ml/ min的流速向该管式炉中通入氩气并升温至400 500°C，保温I 2h，而后关闭氩气，以 100 120ml/min的流速向该管式炉中通入氢气，升温至600 1200°C并保持I 2h，之后关闭氢气，将体积比为氩气乙烷=10 15:1的混合气以660 960ml/min的流速持续通入该水平管式炉中，在600 1200°C下进行乙烷的催化裂解反应I. 5 3. 5h，之后关闭乙烷并调整氩气流量，使该管式炉在100 120ml/min流速的氩气氛围下冷至室温，...
【专利技术属性】
技术研发人员：李海鹏，张娜，王雪霞，梁春永，李宝娥，王洪水，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：
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