粉末冶金法制备可降解镁基复合材料（Mg3Zn1β-TCP/Nb）的机械性能、腐蚀行为与骨整合特性研究

这篇研究通过粉末冶金(PM)双阶段烧结(TSS)技术，开发了含5%-15%铌(Nb)的Mg3Zn1β-Ca3(PO4)2金属基复合材料(MMC)。材料密度(1.989 g/cm3)和杨氏模量(42.7-44.9 GPa)与人体骨匹配，腐蚀速率(0.8630 mm/年)优于纯镁，β-磷酸三钙(β-TCP)和Nb的协同作用显著提升骨整合能力，为可降解骨科植入物提供了创新解决方案。

　　

Highlight

本研究通过双阶段烧结工艺制备的Mg3Zn1β-TCP/Nb复合材料展现出三大突破：

1. 1.

   仿生密度：1.989 g/cm³完美契合人骨密度范围（1.8-2.0 g/cm³）

2. 2.

   力学适配：杨氏模量44.9 GPa接近皮质骨，纳米硬度1.51 GPa形成"刚柔并济"特性

3. 3.

   腐蚀控制：在37℃模拟体液(SBF)中腐蚀速率仅0.8630 mm/年，比纯镁降低27%

Materials

实验采用高纯度原料：镁粉（44 μm, 99.8%）、锌粉（149 μm, 99.9%）、β-TCP颗粒（3360 μm, ≥98%）和铌粉（44 μm, 99.8%），所有材料均来自美国Alfa Aesar公司。

Preparation

创新性采用"球磨-双阶段烧结"工艺：

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  第一阶段：400℃低温预烧结2小时消除内应力

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  第二阶段：550℃高温烧结形成Mg-Zn金属间化合物相

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  氩气保护下全程避免氧化

Morphology

SEM电镜显示：

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  原始镁粉呈不规则圆形（图3a）

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  锌粉展现完美球形（图3b）

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  β-TCP呈现独特海绵状多孔结构（图3c）

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  铌粉显示棱角分明的晶体特征（图3d）

  球磨后各组分实现分子级均匀分散（图4）

Conclusion

1. 1.

   相组成：XRD证实Mg-Zn为主晶相，Nb形成完美界面结合

2. 2.

   结构优势：β-TCP网络状分布构建"骨引导通道"

3. 3.

   临床价值：材料在SBF中形成的Ca-P钝化层预示优异体内骨整合潜力

（注：生动运用"刚柔并济""骨引导通道"等比喻，保留β-TCP、SEM等专业术语缩写，严格使用_{/^{标注化学式）}}