阅读说明：本技术 一种碳/碳复合材料表面生物活化改性的包埋SiC涂层及制备方法 (Embedded SiC coating modified by biological activation on surface of carbon/carbon composite material and preparation method thereof ) 是由 张磊磊 刘叶叶 李贺军 于 2019-10-08 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种碳/碳复合材料表面生物改性的包埋SiC涂层及制备方法,首先对包埋SiC涂层进行表面高温微氧化处理,使得涂层的表面呈现出粗糙形貌,从而有利于后续生物活性羟基磷灰石纳米带的渗入和结合,其次采用在高温炉中使得羟基磷灰石纳米带和氧化铝有效渗入和贴合在包埋SiC涂层的表面,最后借助液相炉中的羟基磷灰石纳米棒与碳的共沉积,最终实现碳/碳复合材料表面包埋SiC涂层的生物改性。有益效果是：碳/碳复合材料表面包埋SiC涂层经过高温微氧化处理,使得表面呈现粗糙状态,然后借助羟基磷灰石纳米带及氧化铝在高温下的有渗入以及羟基磷灰石纳米棒和碳的高温液相涂覆,赋予其表面生物活性,从而完成其表面生物改性。(The invention relates to an embedded SiC coating for biologically modifying the surface of a carbon/carbon composite material and a preparation method thereof. The beneficial effects are that: the SiC coating embedded on the surface of the carbon/carbon composite material is subjected to high-temperature micro-oxidation treatment to enable the surface to be in a rough state, and then the surface bioactivity is endowed by means of the infiltration of hydroxyapatite nanobelts and alumina at high temperature and the high-temperature liquid phase coating of hydroxyapatite nanorods and carbon, so that the surface biological modification of the carbon/carbon composite material is completed.)

一种碳/碳复合材料表面生物活化改性的包埋SiC涂层及制备 方法

技术领域

本发明属于碳/碳复合材料的生物活化改性方法，涉及一种碳/碳复合材料表面生物活化改性的包埋SiC涂层及制备方法。

背景技术

碳/碳复合材料因具有与人体骨骼相一致的弹性模量，因此是极具潜力的骨骼修复材料。在其表面施加包埋SiC涂层可以阻止碳/碳复合材料表面的碳微粒释放，提升其在人体骨骼修复中的使用效果。但是包埋SiC涂层的表面呈现生物惰性，难以与人体组织形成良好的化学键合，因而需要对碳/碳复合材料表面包埋SiC涂层进行生物活化改性，使得碳/碳复合材料能够作为生物材料用于骨骼修复。

文献1“Huang JF,Zeng XR,LI HJ,et al.Influence of the preparationtemperature on the phase,microstructure and anti-oxidation property of a SiCcoating for composites,Carbon,2004,42(8-9):1517-1521”报道了不同包埋温度条件下，碳/碳复合材料表面包埋SiC涂层的形貌和微观结构。

文献2“熊信柏，李贺军，黄剑锋等.生物医用碳/碳复合材料碳化硅涂层的研究.西北工业大学学报,2003,21(03):356-359”报道了碳/碳复合材料表面包埋SiC涂层的细胞反应。

上述文献揭示了碳/碳复合材料表面包埋SiC涂层在不同的制备温度下可以呈现不同的厚度，并初步证明了碳/碳复合材料表面包埋SiC涂层无毒性。文献认为未改性的包埋SiC涂层满足了无毒性的要求，具有可以作为生物材料的可能性，从而为后续进一步对其进行表面生物活化改性提供了实验依据。同时上述文献认为需要对包埋SiC涂层进行表面生物活化改性，因为仅仅无毒性不能满足骨骼修复材料的要求，需要对包埋SiC涂层表面呈现的生物惰性进行改性，才能使碳/碳复合材料有作为骨骼修复材料的可能性。但是现有技术和文献中没有写明具体的生物活化改性方法，以及采用何种材料和何种工艺对包埋SiC涂层的表面呈现的生物惰性进行改性，从而使得碳/碳复合材料有作为骨骼修复材料的可能性无法实现。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种碳/碳复合材料表面生物活化改性的包埋SiC涂层及制备方法，在包埋SiC涂层的表面构建了多组元镶嵌结构进行表面生物活化改性，该结构的示意图见图1。

技术方案

一种碳/碳复合材料表面生物活化改性的包埋SiC涂层，其特征在于：SiC涂层、碳颗粒、氧化铝颗粒、羟基磷灰石纳米棒和羟基磷灰石纳米带；SiC涂层的表面为粗糙锯齿状结构，锯齿状结构上为羟基磷灰石纳米带，相邻羟基磷灰石纳米带之间设有羟基磷灰石纳米棒、碳颗粒和氧化铝颗粒。

一种所述碳/碳复合材料表面生物活化改性的包埋SiC涂层的制备方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：将表面包埋SiC涂层的碳/碳复合材料置于高温炉中，采用空气氛围，在800～1000℃条件下热处理15～50min，得到高温微氧化处理取出后，使得SiC涂层表面呈现出粗糙形貌；

步骤2：然后将具有粗糙形貌的碳/碳复合材料表面包埋SiC涂层完全包裹于粉料中，置于高温炉中，在氩气保护氛围下，以2-10℃/min的升温速度升温至700-1000℃，并保温30-120min，体系自然冷却；

所述粉料：羟基磷灰石纳米带与氧化铝按照质量比8:1-10:1混合的粉料；

步骤3：再完全浸没入溶液中，并置于液相沉积炉中，在800-1000℃沉积3-8h，完成碳/碳复合材料表面包埋SiC涂层的生物活化改性；

所述溶液：羟基磷灰石纳米棒与二甲苯混合配置成浓度为50-200g/L的溶液。

有益效果

本发明提出的一种碳/碳复合材料表面生物活化改性的包埋SiC涂层及制备方法，首先对包埋SiC涂层进行表面高温微氧化处理，使得涂层的表面呈现出粗糙锯齿状结构，从而有利于后续羟基磷灰石纳米带和氧化铝颗粒的渗入和结合，其次采用在高温炉中使得羟基磷灰石纳米带和氧化铝颗粒有效渗入和贴合在具有粗糙锯齿状结构的包埋SiC涂层的表面，最后借助高温液相炉中的羟基磷灰石纳米棒与碳颗粒的共沉积，最终实现碳/碳复合材料表面包埋SiC涂层的生物活化改性。

本发明的有益效果是：在包埋SiC涂层的表面设计了多组元镶嵌结构进行表面生物活化改性，该结构中首先经过高温微氧化处理，使得其表面呈现粗糙锯齿状结构，然后借助羟基磷灰石纳米带及氧化铝颗粒在高温下的有效渗入以及羟基磷灰石纳米棒和碳颗粒的高温液相涂覆，赋予碳/碳复合材料表面包埋SiC涂层的表面生物活性，从而完成其表面生物活化改性。

附图说明

图1：本发明生物活化改性后的SiC涂层的结构示意图

图2：实例4制备的生物活化改性碳/碳复合材料表面包埋SiC涂层在人体模拟体液中诱导生成类骨骼矿物的扫描电镜照片

具体实施方式

现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：

实施例子1

(1)将碳/碳复合材料表面包埋SiC涂层样品置于高温炉中，采用空气氛围，在800℃条件下热处理15min，取出后得到样品A；

(2)将羟基磷灰石纳米带和氧化铝按照质量比8:1均匀混合，得到粉料B；

(3)将A完全包裹于粉料B中，置于高温炉中，在氩气保护氛围下，以2℃/min的升温速度升温至700℃，并保温30min，体系自然冷却后，得到样品C；

(4)将羟基磷灰石纳米棒和二甲苯配置成浓度为50g/L的溶液D；

(5)将样品C完全浸没入溶液D中，置于高温液相沉积炉中，在800℃沉积3h，取出试样，即可完成碳/碳复合材料表面包埋SiC涂层的生物活化改性。

实施例子2

(1)将碳/碳复合材料表面包埋SiC涂层样品置于高温炉中，采用空气氛围，在1000℃条件下热处理50min，取出后得到样品A；

(2)将羟基磷灰石纳米带和氧化铝按照质量比10:1均匀混合，得到粉料B；

(3)将A完全包裹于粉料B中，置于高温炉中，在氩气保护氛围下，以10℃/min的升温速度升温至1000℃，并保温120min，体系自然冷却后，得到样品C；

(4)将羟基磷灰石纳米棒和二甲苯配置成浓度为200g/L的溶液D；

(5)将样品C完全浸没入溶液D中，置于高温液相沉积炉中，在1000℃沉积8h，取出试样，即可完成碳/碳复合材料表面包埋SiC涂层的生物活化改性。

实施例子3

(1)将碳/碳复合材料表面包埋SiC涂层样品置于高温炉中，采用空气氛围，在900℃条件下热处理30min，取出后得到样品A；

(2)将羟基磷灰石纳米带和氧化铝按照质量比9:1均匀混合，得到粉料B；

(3)将A完全包裹于粉料B中，置于高温炉中，在氩气保护氛围下，以5℃/min的升温速度升温至800℃，并保温60min，体系自然冷却后，得到样品C；

(4)将羟基磷灰石纳米棒和二甲苯配置成浓度为100g/L的溶液D；

(5)将样品C完全浸没入溶液D中，置于高温液相沉积炉中，在900℃沉积5h，取出试样，即可完成碳/碳复合材料表面包埋SiC涂层的生物活化改性。

实施例子4

(1)将碳/碳复合材料表面包埋SiC涂层样品置于高温炉中，采用空气氛围，在800℃条件下热处理30min，取出后得到样品A；

(2)将羟基磷灰石纳米带和氧化铝按照质量比9:1均匀混合，得到粉料B；

(3)将A完全包裹于粉料B中，置于高温炉中，在氩气保护氛围下，以10℃/min的升温速度升温至800℃，并保温120min，体系自然冷却后，得到样品C；

(4)将羟基磷灰石纳米棒和二甲苯配置成浓度为120g/L的溶液D；

(5)将样品C完全浸没入溶液D中，置于高温液相沉积炉中，在1000℃沉积6h，取出试样，即可完成碳/碳复合材料表面包埋SiC涂层的生物活化改性。

实施例子5

(1)将碳/碳复合材料表面包埋SiC涂层样品置于高温炉中，采用空气氛围，在1000℃条件下热处理35min，取出后得到样品A；

(2)将羟基磷灰石纳米带和氧化铝按照质量比10:1均匀混合，得到粉料B；

(3)将A完全包裹于粉料B中，置于高温炉中，在氩气保护氛围下，以6℃/min的升温速度升温至950℃，并保温45min，体系自然冷却后，得到样品C；

(4)将羟基磷灰石纳米棒和二甲苯配置成浓度为85g/L的溶液D；

(5)将样品C完全浸没入溶液D中，置于高温液相沉积炉中，在950℃沉积7h，取出试样，即可完成碳/碳复合材料表面包埋SiC涂层的生物活化改性。

实施例子6

(1)将碳/碳复合材料表面包埋SiC涂层样品置于高温炉中，采用空气氛围，在950℃条件下热处理25min，取出后得到样品A；

(2)将羟基磷灰石纳米带和氧化铝按照质量比8:1均匀混合，得到粉料B；

(3)将A完全包裹于粉料B中，置于高温炉中，在氩气保护氛围下，以8℃/min的升温速度升温至750℃，并保温110min，体系自然冷却后，得到样品C；

(4)将羟基磷灰石纳米棒和二甲苯配置成浓度为65g/L的溶液D；

(5)将样品C完全浸没入溶液D中，置于高温液相沉积炉中，在850℃沉积5h，取出试样，即可完成碳/碳复合材料表面包埋SiC涂层的生物活化改性。

实施例子7

(1)将碳/碳复合材料表面包埋SiC涂层样品置于高温炉中，采用空气氛围，在1000℃条件下热处理45min，取出后得到样品A；

(2)将羟基磷灰石纳米带和氧化铝按照质量比8:1均匀混合，得到粉料B；

(3)将A完全包裹于粉料B中，置于高温炉中，在氩气保护氛围下，以2℃/min的升温速度升温至800℃，并保温95min，体系自然冷却后，得到样品C；

(4)将羟基磷灰石纳米棒和二甲苯配置成浓度为95g/L的溶液D；

将样品C完全浸没入溶液D中，置于高温液相沉积炉中，在900℃沉积4h，取出试样，即可完成碳/碳复合材料表面包埋SiC涂层的生物活化改性。

图1是实例4制备的生物活化改性碳/碳复合材料表面包埋SiC涂层在人体模拟体液中诱导生成类骨骼矿物的扫描电镜照片，从而证明了采用本发明的生物活化改性方法可以赋予碳/碳复合材料表面包埋SiC涂层生物活性。