CN104446462A - 一种氧化锆生物陶瓷及其制备方法 - Google Patents

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刘大学
李永超
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Abstract

一种氧化锆生物陶瓷及其制备方法，涉及生物材料领域，陶瓷的平均粒径为0.2-0.5mm，包括以下质量份数的各个组分：氧化锆60-80份、纳米氧化钛2-6份、纳米氧化铝3-7份、稀土氯化物0.2-0.5份、海藻纤维3-8份。一种氧化锆生物陶瓷的制备方法，制备步骤如下：（1）称量；（2）球磨；（3）冷压成型；（4）高温高压煅烧；（5）冷却取出。本发明提供的氧化锆生物陶瓷，具有耐磨性能好，韧性高，生物相容性高的特点，可作为一般医用植入品，或作为口腔牙齿的替代材料。

Description

一种氧化锆生物陶瓷及其制备方法
技术领域
本发明属于生物材料领域，特别涉及一种氧化锆生物陶瓷及该生物陶瓷的制备方法。
背景技术
随着材料科技的发展，生物材料因其对机体组织进行修复、替代与再生的特殊性能，已经成为当今生物医学领域重要的研究方向之一。生物硬组织代用材料最早是使用体骨、动物骨，后来发展到采用不锈钢和塑料，由于不锈钢存在溶析、腐蚀和疲劳问题，塑料存在稳定性差和强度低的问题。因此造成生物材料发展的瓶颈，生物陶瓷的出现，改善了现有替代材料的不足，因其诸多优势，因此，生物陶瓷具有了广阔的发展前景。
氧化锆生物陶瓷属于生物惰性陶瓷材料，具有化学稳定性好，生物相容性高的特点，而且具有一定的机械强度，可作为医用植入品使用。
申请号为201410215201.3的专利文献“一种制备高透性义齿用二氧化锆彩色瓷块的新工艺”公开了一种氧化锆生物陶瓷及其制备方法，包括如下步骤：称取纳米二氧化锆粉末93.5-99%、的氧化铈0.5-5%、、氧化铒0.5-1.5%进行混合，将所得混合物装入模具中，采用60T压机进行压制；采用等静压机压制形成致密二氧化锆彩色瓷块；再在1000-1100℃的高温下预烧1-2小时；在含有无水乙醇的溶液中进行浸泡，取出即得产品。
由此可知，该技术方案提供的彩色瓷块的致密度较高，且较为平整和稳定，具有一定的抗压性能，但是耐磨性能和断裂韧性较差，因此不是一种较为理想的氧化锆生物陶瓷材料。
发明内容    
本发明解决的技术问题：针对上述不足，克服现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种氧化锆生物陶瓷及其制备方法。
本发明的技术方案：一种氧化锆生物陶瓷，陶瓷的平均粒径为0.2-0.5mm，包括以下质量份数的各个组分：
氧化锆60-80份、纳米氧化钛2-6份、纳米氧化铝3-7份、稀土氯化物0.2-0.5份、海藻纤维3-8份。
作为优选，所述纳米氧化铝为β-氧化铝。
作为优选，所述稀土氯化物为三氯化镧或三氯化镱。
作为优选，所述稀土氯化物为三氯化镧。
一种氧化锆生物陶瓷的制备方法，制备步骤如下：
（1）称量：准确称取各个组分；
（2）球磨：将各个组分混合在一起，放入球磨机进行研磨混合；
（3）冷压成型：将混合粉体进行冷压成型；
（4）将成型后的粉体放入模具中，进行高温煅烧，温度为1100℃-1300℃，压力300-700MPa，时间3-8h；
（5）煅烧之后，待冷却取出，即得到块状氧化锆生物陶瓷。
作为优选，步骤（4）中煅烧的温度为1240℃，压力为525MPa。
有益效果：本发明提供的氧化锆生物陶瓷，是一种以氧化锆为主体材料的生物惰性陶瓷。传统的氧化锆陶瓷，氧化锆粉体的含量一般在97%以上，因此，生物陶瓷的性能较为单一。本发明提供的氧化锆生物陶瓷，是在原料中，加入纳米氧化物和稀土氯化物，其中纳米氧化物可提高生物陶瓷的强度和韧性；加入的稀土氯化物，称为生物活性金属调节剂，可提高生物陶瓷的生物相容性，且还能提高材料的强度。
因此，本发明提供的氧化锆生物陶瓷，具有耐磨性能好，韧性高，生物相容性高的特点，可作为一般医用植入品，或作为口腔牙齿的替代材料。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解， 这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
实施例 1：
一种氧化锆生物陶瓷，包括以下质量份数的各个组分：
氧化锆60份、纳米氧化钛2份、纳米β-氧化铝3份、三氯化镧0.2份、海藻纤维3份。
根据本发明提供的制备方法制备氧化锆生物陶瓷，步骤如下：
（1）称量：准确称取各个组分；
（2）球磨：将各个组分混合在一起，放入球磨机进行研磨混合；
（3）冷压成型：将混合粉体采用60T压机进行压制；
（4）将成型后的粉体放入模具中，进行高温煅烧，温度为1150℃，压力600MPa，时间4h；
（5）煅烧之后，待冷却取出，即得到块状氧化锆生物陶瓷。
将得到的块状氧化锆生物陶瓷破碎至平均粒径为0.3mm，检测生物陶瓷的性能：硬度1360HV；压缩强度2230MPa；抗弯强度1060MPa；韧性22MPa·m1/2。
实施例 2：
一种氧化锆生物陶瓷，包括以下质量份数的各个组分：
氧化锆80份、纳米氧化钛6份、纳米β-氧化铝7份、三氯化镧0.5份、海藻纤维8份。
根据本发明提供的制备方法制备氧化锆生物陶瓷，步骤如下：
（1）称量：准确称取各个组分；
（2）球磨：将各个组分混合在一起，放入球磨机进行研磨混合；
（3）冷压成型：将混合粉体采用60T压机进行压制；
（4）将成型后的粉体放入模具中，进行高温煅烧，温度为1250℃，压力460MPa，时间5h； 
（5）煅烧之后，待冷却取出，即得到块状氧化锆生物陶瓷。
将得到的块状氧化锆生物陶瓷破碎至平均粒径为0.3mm，检测生物陶瓷的性能：硬度1380HV；压缩强度2340MPa；抗弯强度1120MPa；韧性25MPa·m1/2。
实施例 3：
一种氧化锆生物陶瓷，包括以下质量份数的各个组分：
氧化锆71份、纳米氧化钛3份、纳米β-氧化铝4份、三氯化镱0.4份、海藻纤维5份。
根据本发明提供的制备方法制备氧化锆生物陶瓷，步骤如下：
（1）称量：准确称取各个组分；
（2）球磨：将各个组分混合在一起，放入球磨机进行研磨混合；
（3）冷压成型：将混合粉体采用60T压机进行压制；
（4）将成型后的粉体放入模具中，进行高温煅烧，温度为1240℃，压力525MPa，时间4h； 
（5）煅烧之后，待冷却取出，即得到块状氧化锆生物陶瓷。
将得到的块状氧化锆生物陶瓷破碎至平均粒径为0.3mm，检测生物陶瓷的性能：硬度1450HV；压缩强度2310MPa；抗弯强度1170MPa；韧性24MPa·m1/2。
实施例4：
一种氧化锆生物陶瓷，包括以下质量份数的各个组分：
氧化锆65份、纳米氧化钛3份、纳米β-氧化铝6份、三氯化镱0.3份、海藻纤维5份。
根据本发明提供的制备方法制备氧化锆生物陶瓷，步骤如下：
（1）称量：准确称取各个组分；
（2）球磨：将各个组分混合在一起，放入球磨机进行研磨混合；
（3）冷压成型：将混合粉体采用60T压机进行压制；
（4）将成型后的粉体放入模具中，进行高温煅烧，温度为1240℃，压力525MPa，时间5h； 
（5）煅烧之后，待冷却取出，即得到块状氧化锆生物陶瓷。
将得到的块状氧化锆生物陶瓷破碎至平均粒径为0.4mm，检测生物陶瓷的性能：硬度1290HV；压缩强度2210MPa；抗弯强度1070MPa；韧性23MPa·m1/2。
实施例5：
一种氧化锆生物陶瓷，包括以下质量份数的各个组分：
氧化锆75份、纳米氧化钛5份、纳米β-氧化铝4份、三氯化镧0.5份、海藻纤维6份。
根据本发明提供的制备方法制备氧化锆生物陶瓷，步骤如下：
（1）称量：准确称取各个组分；
（2）球磨：将各个组分混合在一起，放入球磨机进行研磨混合；
（3）冷压成型：将混合粉体采用60T压机进行压制；
（4）将成型后的粉体放入模具中，进行高温煅烧，温度为1240℃，压力525MPa，时间5h； 
（5）煅烧之后，待冷却取出，即得到块状氧化锆生物陶瓷。
将得到的块状氧化锆生物陶瓷破碎至平均粒径为0.2mm，检测生物陶瓷的性能：硬度1410HV；压缩强度2270MPa；抗弯强度1120MPa；韧性25MPa·m1/2。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种氧化锆生物陶瓷，其特征在于，陶瓷的平均粒径为0.2-0.5mm，包括以下质量份数的各个组分：
氧化锆60-80份、纳米氧化钛2-6份、纳米氧化铝3-7份、稀土氯化物0.2-0.5份、海藻纤维3-8份。
2.根据权利要求1所述的氧化锆生物陶瓷，其特征在于：所述纳米氧化铝为β-氧化铝。
3.根据权利要求1所述的氧化锆生物陶瓷，其特征在于：所述稀土氯化物为三氯化镧或三氯化镱。
4.根据权利要求3所述的氧化锆生物陶瓷，其特征在于：所述稀土氯化物为三氯化镧。
5.一种根据权利要求1所述的氧化锆生物陶瓷的制备方法，其特征在于，制备步骤如下：
（1）称量：准确称取各个组分；
（2）球磨：将各个组分混合在一起，放入球磨机进行研磨混合；
（3）冷压成型：将混合粉体进行冷压成型；
（4）将成型后的粉体放入模具中，进行高温煅烧，温度为1100℃-1300℃，压力300-700MPa，时间3-8h；
（5）煅烧之后，待冷却取出，即得到块状氧化锆生物陶瓷。
6.根据权利要求5所述的氧化锆生物陶瓷的制备方法，其特征在于：步骤（4）中煅烧的温度为1240℃，压力为525MPa。
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