声电沉积钙磷生物涂层工艺中超声波的作用机理研究.pdf

第36卷 增刊3 稀有金属材料与工程 v0I．36，sup一’3 2007年 9月 RAREMETALM盯ER』ALSANDENGINEERIN0 声电沉积钙磷生物涂层工艺中超声波的作用 机理研究 熊信柏1，李贺军2，曾燮榕1，黎晓华1，谢盛辉1 (1深圳大学材料学院深圳特种功能材料重点实验室．广东深圳518060) (2西北工业大学材料学院，陕西西安7】00721 摘要；采用声电沉积工艺，在碳，碳复合材料表面制各了生物活性透钙磷石涂层工艺，借助sEM，EDAx，精密天平 等分斩手段，根据该潍层的沉积动力学规律，探讨了声电沉积工艺中，超声波在钙磷涂层形威中的作用机理。结果表 明，在l肌18血ucm2的范围内，随电流密度增加．透钙磷石涂层内晶粒仍呈片状，但尺寸逐渐减小．沉积速率依次增 加；在沉积初期内，透钙磷石涂层沉积过程受扩散过程控制；声电沉积工艺中，超声波引入可导致界面附近扩散层内 pH降低咀及磷酸钙涂层沉积所需临界电荷密度降低，电流密度与诱导期之间符台sand关系式。 关键词r声电沉积；生物活性；透钙磷石：涂层 中图法分类号：TGl56s 文献标识码：A 文章编号：1002一185x犯0071s3_475．05 间接探讨阴极电沉积磷酸钙生物活性陶瓷涂层工艺中 1 引 言 超声波的作用机理。 声化学是利用超声能量加速和控制化学反应．引 2实验原理 发新的化学反应和提高反应产率的～门新学科f“”】。 将超声波引入到磷酸钙生物活性陶瓷阴极电结晶工艺 在阐述实验原理前，将对阴极声电沉积磷酸钙涂 中，发展了一种新的磷酸钙陶瓷涂层制备工艺——阴 层工艺进行如下假设： 极声屯沉积法。通过分析，认为声电沉积磷酸钙生物 (1)在所用超声波频率和功率的作用下，溶液中 活性陶瓷工艺是声电表面改性反应、声化学合成反应、 的磷酸二氢根离子不发生裂解反应。 电化学反应以及晶体生长等过程的有机组合，但它本 (2)超声空化产生的自由基不在透钙磷石沉积过 质上仍然是电激励钙磷晶体生长法【l”。其沉积磷酸钙 程起作用。 的反应原理为： (3)磷酸二氢根离子转变为磷酸氢根的羟基由阴 (1) 极电化学过程产生，阴极表面相应的电化学反应方程 ca2++H2P042一∞H+2H20—皿}caHP04伽20 在这一反应方程中，默认了两个假设，(1)溶液 式主要如下所示： 中的磷酸二氢根离子不发生裂解发应；(2)声空化产 2H20+2e一—，H2+20H一 生羟基在阴极表面起非主导作用，促使磷酸二氢根离 (4)透钙磷石沉积过程符合反应方程式(1)； 子形成磷酸氢根离子的羟基主要由阴极电化学反应提 (5)阴极电化学产生的羟基仅通过扩散方式从阴 供，然而这一假设仍有待于证明。 极表面向溶液中扩散； 如果能证明由阴极电流产生的羟基量与磷酸钙沉 (6)可用一维无限．大的沉积方式描述透钙磷石沉 积量间的关系与上述反应方程式(1)的化学计量关系 积过程。 一致，则能证实阴极电沉积工艺中，在本实验用超声 根据假设5和6，可用一维的Fick定律来表示羟 波功率和频率条件下，超声空化时附加的声化学反应 基在阴极附近的浓度： 是次要的。超声波仅起着提供特殊反应环境的作用。 掣=。掣西 02j 本研究中，将借助透钙磷石