一种三维连通多孔镁基材料的制备方法及其用途技术

本发明专利技术公开了一种三维连通多孔镁基材料的制备方法及其用途，其包括：制备多孔钛预制体或多孔铁预制体的步骤；将镁基金属熔液以压力渗流的方式充入所述多孔钛预聚体或多孔铁预聚体中，得到多孔镁基材料前驱体的步骤；将所述多孔镁基材料前驱体用氢氟酸溶液进行酸洗，得到多孔镁基合金的步骤。本发明专利技术制备工艺简单，操作方便，预制体去除过程中在镁或镁合金基体表面形成防腐膜层，预制体去除后可获得三维连通性好，孔隙率以及强度较高，孔壁无被腐蚀和造孔剂残留现象，同时孔径大小从微米到毫米级可调，可作为新一代可降解医用骨组织工程支架以及其他需要消(吸)音、降噪、减震、隔热、过滤、防冲撞等特性的镁合金多孔结构的工程构件。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于材料制备
，涉及到三维开孔多孔材料设计方法，涉及一种三维连通多孔镁基材料的制备方法及其用途。
技术介绍
在生物医用金属植入材料中，镁及镁合金凭借其具有的良好力学性能、生物相容性和可体内降解的特性，引起了世界范围内的广泛关注和研究，成为了新一代骨内植物、血管支架、齿科及整形植入体的理想材料，被誉为“革命性的金属生物材料”。而具有三维贯通网络结构的多孔镁基生物材料，在植入部位不仅起到组织填充的作用，同时自身的孔隙结构还可以促进血管及周围组织的长入，使植入体不发生松动和脱落，并且还具有体液运输的特征，在完成对植入部位的修复或整形的过程中被逐渐降解吸收，达到自体修复的效果。此外，通过对多孔材料孔隙特征的控制可以调整植入体的力学强度和弹性模量，使其与自体组织性能匹配。目前，多数研究人员采用粉末烧结的方式制备多孔镁及镁合金，为了提高孔隙率和连通性，往往会在金属粉末中加入造孔剂，例如NH4HC03、CO(NH2)2、NaCl和甲基纤维素等。在粉末烧结过程中由于这些造孔剂本身的颗粒形貌并不均匀，烧结过程中颗粒之间并不能建立有效的融合接触点，因此这些方法不能保证孔型的均匀性和孔隙结构的连通性能；此夕卜，在造孔剂的去除过程中，也会发生造孔剂的残留和造孔剂对镁基体金属的腐蚀。。因此，需要一种针对多孔镁及镁合金的新型制备方法，彻底解决目前在多孔镁及镁合金制备中存在的问题，实现孔隙分布均匀，力学性能、孔型及孔径尺寸可控，连通性能优异，特别地，制备过程对多孔镁基体无任何不利影响。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术存在的缺陷，提供一种三维连通多孔镁基材料的制备方法及其用途。该多孔镁及镁合金材料为可降解开孔多孔镁或可降解开孔多孔镁I=IO第一方面，本专利技术提供了一种三维连通多孔镁基材料的制备方法，其包括:制备多孔钛预制体或多孔铁预制体的步骤；将镁基金属熔液以压力渗流的方式充入所述多孔钛预聚体或多孔铁预聚体中，得到多孔镁基材料前驱体的步骤；将所述多孔镁基材料前驱体用氢氟酸溶液进行酸洗，得到多孔镁基合金的步骤。作为优选方案，所述多孔钛预制体与多孔铁预制体的制备方法为冷压固结成型、热等静压烧结、微波烧结或放电等离子烧结等一切可以粘结金属颗粒的制备工艺。作为优选方案，所述制备多孔钛预制体或多孔铁预制体的放电等离子烧结方法具体包括如下操作:在5?50MPa的压力下，将钛颗粒或铁颗粒以10?100°C /min的升温速率加热至600?1000°C，保温保压进行烧结，得到多孔钛预制体或多孔铁预制体。作为优选方案，所述钛颗粒或铁颗粒的粒径范围为10?10000 μ m，颗粒尺寸可单一使用或不同尺寸混合使用。。作为优选方案，所述压力渗流的操作具体为将镁基金属熔液在0.1?1MPa下，于650?750 °C浇铸到多孔钛预制体或多孔铁预制体中，使镁基金属熔液充满多孔钛预制体或多孔铁预制体中的间隙。作为优选方案，所述用氢氟酸进行酸洗的步骤的具体操作为:将所述多孔镁基材料前驱体浸泡在氢氟酸溶液中，进行酸洗后，用超声清洗缓冲液进行超声清洗，重复酸洗-超声清洗的操作至少3次。作为优选方案，所述镁基金属包括按重量百分数计的如下元素:镁70?10wt.%、锌 O ?30wt.%、钦 O ?5wt.%、?乙 O ?1wt.%、,L O-1Owt.%、错 O ?Iwt.%、I丐 O ?2wt.%、招 O ?9wt.%、猛 O ?Iwt.%、砷 O ?2wt.%。第二方面，本专利技术提供了一种由前述的方法制备的多孔镁基材料，所述多孔镁基材料内含有若干相互通过连通孔连通的空腔。作为优选方案，所述多孔镁基材料的孔隙率为60?95%，压缩强度为I?30MPa，弹性模量为0.05?1.5GPa，连通孔尺寸范围为2?5000 μ m。第三方面，本专利技术还提供了一种前述的多孔镁基材料在骨组织工程支架或其他需要消音、吸音、降噪、减震、隔热、过滤、防冲撞等特性的镁合金多孔结构的工程构件中的用途。与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果:(I)本专利技术制备工艺简单，操作方便，无污染，按该方法制得的开孔多孔结构孔隙贯通分布均匀，孔型及尺寸可控，且孔隙率高，无闭孔和造孔剂残留现象。(2)本专利技术可以通过选取不同尺寸的钛或铁颗粒(颗粒形状可以为球形、椭球形、长方体、正方体及其他任意形状)，采用放电等离子体烧结工艺、微波烧结工艺、热等静压烧结工艺或者冷压固结成型工艺等一切可以粘结金属颗粒的制备工艺，通过调整烧结温度、压力和时间等工艺参数来控制金属颗粒之间的粘结过程，实现球径和连通性可控的开孔多孔钛或铁颗粒的预制体，通过加压渗流的方式间接实现对开孔多孔镁及镁合金孔隙特征的控制。(3)本专利技术采用氢氟酸溶液作为预制体的去除腐蚀液，氢氟酸与镁可以通过化学反应在镁基体表面形成一层致密的氟化镁膜层，该膜层可阻隔氢氟酸对镁的进一步腐蚀，同时与钛或铁颗粒的预制体发生化学腐蚀反应，起到快速去除预制体的同时很好地保护开孔多孔镁及镁合金基体结构的完整性与纯净性。机理说明如下:Mg+2HF = MgF2+H2，MgF2是一种致密的膜紧密和镁基体以化学键形式结合，形成与镁材料表面阻止基体镁不再被腐蚀。镁合金氟化处理是目前镁合金防腐处理的一种重要预处理工艺，道理就在此。而钛或铁与HF反应:Ti+6HF->H2TiF6+2H2;2Fe+12HF->2H3FeF6+3H2，H2TiF6以及H3FeF6均可溶于氢氟酸中，因此纯钛或纯铁很容易被氢氟酸腐蚀掉。(4)本专利技术用于组织工程支架领域的开孔多孔材质生物相容性优良，多孔结构的力学性能与生物组织相匹配，并且开孔结构有利于缺损组织与周围组织的营养交换，同时可以促进血管的长入以及周围组织的生长。【附图说明】通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显:图1为本专利技术所制备的可降解三维多孔镁基生物材料的SEM图。【具体实施方式】下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。实施例1本实施例涉及一种用于组织工程领域的可降解三维开孔多孔镁合金，孔型为球形，孔径为400-600 μ m，单个孔腔内壁所含连通孔数量为5?7个，连通孔孔径为150?250 μπι，孔隙率为75%。其结构如图1所示，从实物图中可见球形的孔型以及均匀分布在孔壁上的连通孔。本实施例涉及前述的用于组织工程的可降解三维开孔多孔镁及镁合金制备方法，所述方法包括如下步骤:步骤1，将尺寸为400?600 μ m球形钛颗粒进行放电等离子烧结，烧结温度为SOO0C，升温速率为20°C /min,压力为5MPa，保温保压3min后自然冷却得到开孔多孔钛球预制体；步骤2，将Mg-5wt.% Zn-lwt.% Mn合金熔液在720°C，压力3当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三维连通多孔镁基材料的制备方法，其特征在于，包括：制备多孔钛预制体或多孔铁预制体的步骤；将镁基金属熔液以压力渗流的方式充入所述多孔钛预制体或多孔铁预制体中，得到多孔镁基材料前驱体的步骤；将所述多孔镁基材料前驱体用氢氟酸溶液进行酸洗，得到多孔镁基合金的步骤。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：袁广银，贾高智，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31