放电等离子烧结制备碳纤维增强镁掺杂羟基磷灰石复合材料的研究

放电等离子烧结制备碳纤维增强镁掺杂羟基磷灰石复合材料的研究

摘要：本文通过放电等离子烧结方法制备了碳纤维增强镁掺杂羟基磷灰石复合材料。首先，采用化学共沉淀法合成了镁掺杂羟基磷灰石的粉体，并与碳纤维进行了表面处理。然后，通过放电等离子烧结技术制备了碳纤维增强镁掺杂羟基磷灰石复合材料，并对其微观结构和力学性能进行了研究。结果表明，碳纤维在镁掺杂羟基磷灰石复合材料中有良好的增强效果，能够显著提高复合材料的力学性能。

关键词：放电等离子烧结；碳纤维；羟基磷灰石；力学性能

1.引言

碳纤维增强复合材料由于其低密度、高强度和优异的力学性能在航空、航天、汽车等领域得到广泛应用。然而，碳纤维本身存在着一些问题，比如易吸湿、易氧化等，降低了其力学性能和使用寿命。

羟基磷灰石是一种生物活性材料，具有良好的生物相容性和骨组织相亲和性。将羟基磷灰石引入碳纤维增强复合材料中，既可以改善材料的生物相容性，又可以提高材料的力学性能，具有很大的应用潜力。

2.实验方法

2.1合成镁掺杂羟基磷灰石粉体

采用化学共沉淀法合成了镁掺杂羟基磷灰石粉体。首先，将磷酸二氢铵（（NH4）2HPO4）和氯化镁（MgCl2）溶解于去离子水中，然后按一定的比例混合。通过加热和搅拌，使反应物充分反应生成镁掺杂羟基磷灰石沉淀。最后，将沉淀进行洗涤和干燥处理得到镁掺杂羟基磷灰石粉体。

2.2表面处理碳纤维

将碳纤维进行表面处理，以提高其与镁掺杂羟基磷灰石之间的结合力。首先，将碳纤维置于一定浓度的硫酸和氮气中进行预处理，去除表面的污染物和氧含量。然后，将碳纤维浸泡在硝酸中，使其表面产生一层氧化膜。通过这样的表面处理，可以增加碳纤维与镁掺杂羟基磷灰石之间的结合力。

2.3放电等离子烧结制备复合材料

将表面处理过的碳纤维和镁掺杂羟基磷灰石粉体按一定比例混合，并通过放电等离子烧结技术制备复合材料。放电等离子烧结是一种高温、高压和高能流密度的技术，能够实现复合材料的化学反应和机械结合。在该技术下，碳纤维的表面氧化膜与镁掺杂羟基磷灰石之间发生化学反应，实现了两者之间的良好结合。

3.结果与讨论

通过SEM观察，可以看到碳纤维与镁掺杂羟基磷灰石之间的结合情况。结果显示，碳纤维表面覆盖了一层细小的颗粒，这些颗粒与镁掺杂羟基磷灰石粉体密切结合。这种结合方式增加了复合材料的界面强度，提高了力学性能。

通过力学性能测试，可以得到复合材料的抗拉强度和弹性模量。结果显示，与未经处理的碳纤维相比，经过表面处理的碳纤维增强复合材料具有更高的抗拉强度和弹性模量。表面处理使得碳纤维与镁掺杂羟基磷灰石间的结合更加牢固，增强了复合材料的力学性能。

4.结论

本研究通过放电等离子烧结方法制备了碳纤维增强镁掺杂羟基磷灰石复合材料。通过表面处理碳纤维和放电等离子烧结技术，实现了碳纤维与镁掺杂羟基磷灰石之间的良好结合。结果表明，碳纤维增强复合材料具有较高的力学性能，可应用于骨组织修复和生物医学领域。

然而，本研究还存在一些问题亟待解决，比如复合材料的生物相容性和力学性能随时间的变化情况等。因此，还需要进一步研究和实验，以提高该复合材料的应用性能。

致谢：感谢各位老师和同学的支持和帮助。

综上所述，本研究成功地制备了碳纤维增强镁掺杂羟基磷灰石复合材料，并实现了碳纤维与镁掺杂羟基磷灰石之间的良好结合。通过表面处理和放电等离子烧结技术，复合材料的界面强度得到了增强，从而提高了其力学性能。实验结果显示，经过表面处理的碳纤维增强复合材料具有更高的抗拉强度和弹性模量。因此，该