生物可降解ZK61-β-TCP復(fù)合材料的制備及性能研究.pdf

1、生物醫(yī)用鎂合金因具有與人骨接近的密度和彈性模量、良好的可降解性和生物相容性以及沒(méi)有炎癥反應(yīng)等優(yōu)勢(shì)，成為最有發(fā)展?jié)摿Φ目山到饨饘倩锊牧稀５蚱湓谌梭w內(nèi)腐蝕速率過(guò)快，且與愈合骨的力學(xué)性能不匹配等問(wèn)題而限制了其在臨床上的廣泛應(yīng)用。針對(duì)此問(wèn)題，本文選取ZK61鎂合金粉為基體，β-磷酸三鈣(β-Ca3(PO4)2,簡(jiǎn)稱β-TCP)為增強(qiáng)相，采用高能球磨混粉和放電等離子燒結(jié)技術(shù)(SPS)制備了ZK61/β-TCP生物復(fù)合材料，以期改善鎂合金的力

2、學(xué)性能和腐蝕性能。本課題研究了不同含量β-T CP(x=0,5,10,15 wt.％)對(duì)其微觀組織、力學(xué)性能、腐蝕性能和細(xì)胞毒性的影響，并對(duì)比分析了ZK61/5β-T C P復(fù)合材料熱擠壓前后組織及性能。
　　研究結(jié)果表明：ZK61/xβ-TCP(x=0,5,10,15 wt.%)復(fù)合材料由Mg相、Mg0.97Zn0.03相和β-TCP相組成，其致密度隨β-TCP含量的增加有所下降，但都超過(guò)90%；β-T CP的添加起到了強(qiáng)化作用

3、，維氏硬度和抗壓強(qiáng)度隨β-T CP含量的增加而增加，抗壓強(qiáng)度最大達(dá)到402±9 MP a；但是β-TCP質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%時(shí)試樣的壓縮應(yīng)變最大，達(dá)到19.5%；復(fù)合材料的壓縮斷裂方式均屬于脆性斷裂。
　　析氫試驗(yàn)中，由失重率、析氫量和p H值數(shù)據(jù)分析可知ZK61/5β-T C P試樣的平均腐蝕速率最小，僅為15.9433 mm/a，當(dāng)β-TCP含量超過(guò)5%時(shí)抗腐蝕效果減弱。復(fù)合材料的腐蝕方式以點(diǎn)蝕為主，腐蝕機(jī)制包括電偶腐蝕、局部腐蝕和

4、顆粒剝落，而HA等腐蝕產(chǎn)物包覆在試樣表面是材料腐蝕性能得到改善的本質(zhì)。電化學(xué)試驗(yàn)結(jié)果顯示ZK61/15β-T C P的腐蝕速率最小，腐蝕電位和腐蝕電流分別為-1.4629 V和120.54μA/c m2。復(fù)合材料在析氫試驗(yàn)和電化學(xué)腐蝕所表現(xiàn)出腐蝕性能的差異性主要是因?yàn)槎吒g機(jī)理的不同所導(dǎo)致的。細(xì)胞毒性試驗(yàn)結(jié)果顯示L-929細(xì)胞在復(fù)合材料100%、50%和25%的浸提液下培養(yǎng)24 h、48 h和72 h后，細(xì)胞毒性評(píng)級(jí)都是1級(jí)或2級(jí)。<

5、br>　　對(duì)ZK61和Z K61/5β-T C P試樣熱擠壓處理后，晶粒明顯細(xì)化并且晶粒大小均勻。擠壓ZK61和ZK61/5β-T C P的平均維氏硬度、抗壓強(qiáng)度和抗彎強(qiáng)度都提高，抗壓強(qiáng)度分別達(dá)到417±2和465±3 MPa，增幅分別達(dá)49.4%和37.6%，最大壓縮應(yīng)變?cè)龇_(dá)到33.09%和21.06%；同時(shí)擠壓ZK61的抗彎強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度都超過(guò)擠壓ZK61/5β-T C P，抗拉強(qiáng)度分別為288.59和266.22 MPa，延伸率