骨骼修復用複合生物陶瓷的製備方法與流程
2023-05-09 23:57:01
本發明屬於生物材料領域，特別涉及一種羥基磷灰石/鈦酸鈉複合生物陶瓷及該生物陶瓷的製備方法。
背景技術：
隨著材料科技的發展，生物材料因其對機體組織進行修復、替代與再生的特殊性能，已經成為當今生物醫學領域重要的研究方向之一。生物硬組織代用材料最早是使用體骨、動物骨，後來發展到採用不鏽鋼和塑料，由於不鏽鋼存在溶析、腐蝕和疲勞問題，塑料存在穩定性差和強度低的問題。因此造成生物材料發展的瓶頸，生物陶瓷的出現，改善了現有替代材料的不足，因其諸多優勢，因此，生物陶瓷具有了廣闊的發展前景。
磷酸鈣陶瓷(CPC)是生物活性陶瓷材料中的重要種類，目前研究和應用最多的是羥基磷灰石(HA)和磷酸三鈣(TCP)。磷酸鈣陶瓷含有CaO和P2O5兩種成份，是構成人體硬組織的重要無機物質，植入人體後，其表面同人體組織可通過鍵的結合，達到完全親和。其中，HA在組成和結構上與人骨和牙齒非常相似，HA能使骨細胞附著在其表面, 隨著新骨的生長，這個連接地帶逐漸萎縮，並且HA通過晶體外層成為骨的一部分, 新骨可以從HA 植入體與原骨結合處沿著植入體表面或內部貫通性孔隙攀附生長。HA生物活性陶瓷是典型生物活性陶瓷，植入體內後能與組織在界面上形成化學鍵性結合,具有較高的力學性能，在人體生理環境中可溶解性較低。
目前，人們對鈦酸鈉的研究相對較少，鈦酸鈉也是具備一定生物活性的物質之一，其在陶瓷領域已經有所發展，已有研究表明，鈦酸鈉對羥基磷灰石的生物活性具有促進作用。
技術實現要素：
本發明解決的技術問題：針對上述不足，克服現有技術的缺陷，本發明的目的是提供一種羥基磷灰石/鈦酸鈉複合生物陶瓷及其製備方法。
本發明的技術方案：一種羥基磷灰石/鈦酸鈉複合生物陶瓷，由以下質量份數的各個組分製備而成：
羥基磷灰石30-50份、鈦酸鈉20-40份、納米氧化鈦5-10份、氧化鋯3-7份、氮化硼2-6份、氧化鋁5-10份和納米氧化鋅2-5份。
作為優選，各個組分的質量份數為：羥基磷灰石35-45份、鈦酸鈉25-36份、納米氧化鈦6-9份、氧化鋯4-6份、氮化硼3-5份、氧化鋁6-8份和納米氧化鋅3-4份。
作為優選，各個組分的質量份數為：羥基磷灰石42份、鈦酸鈉34份、納米氧化鈦8份、氧化鋯5份、氮化硼4份、氧化鋁7份和納米氧化鋅3份。
一種羥基磷灰石/鈦酸鈉複合生物陶瓷的製備方法，製備步驟如下：
（1）稱量：準確稱取各個組分；
（2）球磨：將各個組分混合在一起，放入球磨機進行研磨混合；
（3）冷壓成型：將混合粉體進行冷壓成型；
（4）粉體成型後放入模具中，進行高溫煅燒，溫度為1000℃-1400℃，壓力300-800MPa，時間3-10h；
（5）煅燒之後，待冷卻取出，即得到塊狀羥基磷灰石/鈦酸鈉複合生物陶瓷。
作為優選，步驟（4）中煅燒的溫度為1150℃。
作為優選，步驟（4）中煅燒的壓力為600MPa。
有益效果：本發明提供的羥基磷灰石/鈦酸鈉複合生物陶瓷，是利用鈦酸鈉對羥基磷灰石生物活性的促進作用，進一步提高羥基磷灰石的生物性能。鈦酸鈉和羥基磷灰石經高溫煅燒之後，鈦酸鈉形態發生變化，在鈦酸鈉層之中含有鈣離子，含有鈣離子的鈦酸鈉層對羥基磷灰石的沉積具有更高的誘惑力，在人體內更加促進羥基磷灰石的形成。
因此，本發明提供的羥基磷灰石/鈦酸鈉複合生物陶瓷具有較好的生物活性，是一種理想的骨骼修復替代材料。
具體實施方式
為了進一步理解本發明，下面結合實施例對本發明優選實施方案進行描述，但是應當理解， 這些描述只是為進一步說明本發明的特徵和優點，而不是對本發明權利要求的限制。
實施例 1：
一種羥基磷灰石/鈦酸鈉複合生物陶瓷，包括以下質量份數的各個組分：
羥基磷灰石50份、鈦酸鈉40份、納米氧化鈦10份、氧化鋯7份、氮化硼6份、氧化鋁10份和納米氧化鋅5份。
根據本發明提供的製備方法製備羥基磷灰石/鈦酸鈉複合生物陶瓷，步驟如下：
（1）稱量：準確稱取各個組分；
（2）球磨：將各個組分混合在一起，放入球磨機進行研磨混合；
（3）冷壓成型：將混合粉體採用60T壓機進行壓制；
（4）粉體成型後放入模具中，進行高溫煅燒，溫度為1300℃，壓力700MPa，時間4h；
（5）煅燒之後，待冷卻取出，即得到塊狀羥基磷灰石/鈦酸鈉複合生物陶瓷。
對得到的塊狀羥基磷灰石/鈦酸鈉複合生物陶瓷進行檢測，檢測生物陶瓷的性能：硬度840HV；壓縮強度1100MPa；抗彎強度420MPa；韌性16MPa·m1/2。
實施例 2：
一種羥基磷灰石/鈦酸鈉複合生物陶瓷，包括以下質量份數的各個組分：
羥基磷灰石30份、鈦酸鈉20份、納米氧化鈦5份、氧化鋯3份、氮化硼2份、氧化鋁5份和納米氧化鋅2份。
根據本發明提供的製備方法製備羥基磷灰石/鈦酸鈉複合生物陶瓷，步驟如下：
（1）稱量：準確稱取各個組分；
（2）球磨：將各個組分混合在一起，放入球磨機進行研磨混合；
（3）冷壓成型：將混合粉體採用60T壓機進行壓制；
（4）粉體成型後放入模具中，進行高溫煅燒，溫度為1300℃，壓力700MPa，時間7h；
（5）煅燒之後，待冷卻取出，即得到塊狀羥基磷灰石/鈦酸鈉複合生物陶瓷。
對得到的塊狀羥基磷灰石/鈦酸鈉複合生物陶瓷進行檢測，檢測生物陶瓷的性能：硬度810HV；壓縮強度1060MPa；抗彎強度400MPa；韌性14MPa·m1/2。
實施例 3：
一種羥基磷灰石/鈦酸鈉複合生物陶瓷，包括以下質量份數的各個組分：
羥基磷灰石35份、鈦酸鈉25份、納米氧化鈦6份、氧化鋯4份、氮化硼3份、氧化鋁6份和納米氧化鋅3份。
根據本發明提供的製備方法製備羥基磷灰石/鈦酸鈉複合生物陶瓷，步驟如下：
（1）稱量：準確稱取各個組分；
（2）球磨：將各個組分混合在一起，放入球磨機進行研磨混合；
（3）冷壓成型：將混合粉體採用60T壓機進行壓制；
（4）粉體成型後放入模具中，進行高溫煅燒，溫度為1150℃，壓力600MPa，時間6h；
（5）煅燒之後，待冷卻取出，即得到塊狀羥基磷灰石/鈦酸鈉複合生物陶瓷。
對得到的塊狀羥基磷灰石/鈦酸鈉複合生物陶瓷進行檢測，檢測生物陶瓷的性能：硬度810HV；壓縮強度1060MPa；抗彎強度400MPa；韌性14MPa·m1/2。
實施例4：
一種羥基磷灰石/鈦酸鈉複合生物陶瓷，包括以下質量份數的各個組分：
羥基磷灰石45份、鈦酸鈉36份、納米氧化鈦9份、氧化鋯6份、氮化硼5份、氧化鋁8份和納米氧化鋅4份。
根據本發明提供的製備方法製備羥基磷灰石/鈦酸鈉複合生物陶瓷，步驟如下：
（1）稱量：準確稱取各個組分；
（2）球磨：將各個組分混合在一起，放入球磨機進行研磨混合；
（3）冷壓成型：將混合粉體採用60T壓機進行壓制；
（4）粉體成型後放入模具中，進行高溫煅燒，溫度為1150℃，壓力600MPa，時間6h；
（5）煅燒之後，待冷卻取出，即得到塊狀羥基磷灰石/鈦酸鈉複合生物陶瓷。
對得到的塊狀羥基磷灰石/鈦酸鈉複合生物陶瓷進行檢測，檢測生物陶瓷的性能：硬度820HV；壓縮強度1080MPa；抗彎強度410MPa；韌性16MPa·m1/2。
實施例5：
一種羥基磷灰石/鈦酸鈉複合生物陶瓷，包括以下質量份數的各個組分：
羥基磷灰石42份、鈦酸鈉34份、納米氧化鈦8份、氧化鋯5份、氮化硼4份、氧化鋁7份和納米氧化鋅3份。
根據本發明提供的製備方法製備羥基磷灰石/鈦酸鈉複合生物陶瓷，步驟如下：
（1）稱量：準確稱取各個組分；
（2）球磨：將各個組分混合在一起，放入球磨機進行研磨混合；
（3）冷壓成型：將混合粉體採用60T壓機進行壓制；
（4）粉體成型後放入模具中，進行高溫煅燒，溫度為1150℃，壓力600MPa，時間5h；
（5）煅燒之後，待冷卻取出，即得到塊狀羥基磷灰石/鈦酸鈉複合生物陶瓷。
對得到的塊狀羥基磷灰石/鈦酸鈉複合生物陶瓷進行檢測，檢測生物陶瓷的性能：硬度820HV；壓縮強度1080MPa；抗彎強度420MPa；韌性16MPa·m1/2。
對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業技術人員能夠實現或使用本發明。對這些實施例的多種修改對本領域的專業技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發明的精神或範圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本發明將不會被限制於本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的範圍。