CN104478218A - 一种生物活性玻璃陶瓷及其制备方法 - Google Patents

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刘大学
李永超
郭玉芹
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C10/00—Devitrified glass ceramics, i.e. glass ceramics having a crystalline phase dispersed in a glassy phase and constituting at least 50% by weight of the total composition
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C03C4/00—Compositions for glass with special properties
    • C03C4/0007—Compositions for glass with special properties for biologically-compatible glass

Abstract

一种生物活性玻璃陶瓷及其制备方法，涉及生物材料领域，生物陶瓷包括以下质量份数的各个组分：二氧化硅45-60份、五氧化二磷6-10份、氧化钙20-28份、氧化钛1-5份、纳米氧化铝4-10份、氮化硼1-3份和氧化镁1-4份。一种生物活性玻璃陶瓷的制备方法，制备步骤如下：（1）称量；（2）球磨；（3）高温煅烧；（4）冷却取出。本发明提供的生物活性玻璃陶瓷，具有抗压性能好，生物相容性高的特点，同时具备一定的韧性和强度，可作为骨头修复材料使用。

Description

一种生物活性玻璃陶瓷及其制备方法
技术领域
本发明属于生物材料领域，特别涉及一种生物活性玻璃陶瓷及该生物陶瓷的制备方法。
背景技术
生物材料是对机体组织进行修复、替代与再生等性能的材料。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。生物陶瓷材料得到广泛发展，具有较为广阔的使用前景。
生物陶瓷材料分为生物惰性陶瓷材料和生物活性陶瓷材料，生物活性陶瓷包括表面生物活性陶瓷和生物吸收性陶瓷，又叫生物降解陶瓷。生物表面活性陶瓷通常含有羟基，还可做成多孔性，生物组织可长入并同其表面发生牢固的键合；生物吸收性陶瓷的特点是能部分吸收或者全部吸收，在生物体内能诱发新生骨的生长。生物活性陶瓷有生物活性玻璃（磷酸钙系）、羟基磷灰石陶瓷和磷酸三钙陶瓷等几种。
申请号为201110298735.3的专利文献“用于骨缺损修复的生物活性玻璃陶瓷材料的制备方法”公开了一种生物活性玻璃陶瓷的制备方法，包括如下步骤：将生物玻璃粉体过筛，加入聚丙烯酸胺溶液，球磨混匀，得到生物玻璃浆料，通过离心注浆的方式将浆料灌注进高分子反模中，固化，干燥，在程序控温下于900-1000℃煅烧除去高分子反模，制得用于骨缺损修复的生物活性玻璃陶瓷材料。
由此可知，该技术方案提供生物活性玻璃陶瓷材料具有良好的力学强度和抗压性能，缺陷是生物相容性较差，弹性模量较低，在重负荷下，容易对机体造成损害，因此，该方法制备的生物活性玻璃陶瓷材料并不理想。
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生物活性玻璃陶瓷及其制备方法。
本发明的技术方案：一种生物活性玻璃陶瓷，包括以下质量份数的各个组分：
二氧化硅45-60份、五氧化二磷6-10份、氧化钙20-28份、氧化钛1-5份、纳米氧化铝4-10份、氮化硼1-3份和氧化镁1-4份。
作为优选，所述纳米氧化铝为β-氧化铝。
作为优选，所述氧化钛为金红石型氧化钛。
一种生物活性玻璃陶瓷的制备方法，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）将混合后的粉体放入模具中，进行高温煅烧，温度为1100℃-1300℃，压力1.2-4.5GPa，时间3-7h；
（4）煅烧之后，待冷却取出，即得到块状生物活性玻璃陶瓷。
作为优选，步骤（3）中煅烧的温度为1150℃-1260℃。
作为优选，步骤（3）中煅烧的压力为2-4GPa。
有益效果：本发明提供的生物活性玻璃陶瓷，是一种磷酸钙系的生物陶瓷材料，以二氧化硅、五氧化二磷和氧化钙为主体材料，加入少量氧化铝，不仅提高生物陶瓷的致密度，而且也改善其韧性；少量的氮化硼能够有效的提高其强度和硬度；氧化镁和氧化钛是活性添加剂，能够增强生物陶瓷的活性，提高其韧性。
本发明提供的生物活性玻璃陶瓷，具有抗压性能好，生物相容性高的特点，同时具备一定的韧性和强度，可作为骨头修复材料使用。
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：
一种生物活性玻璃陶瓷，包括以下质量份数的各个组分：
二氧化硅45份、五氧化二磷6份、氧化钙20份、金红石型氧化钛1份、纳米β-氧化铝4份、氮化硼1份和氧化镁1份。
根据本发明提供的制备方法制备生物活性玻璃陶瓷，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）将混合后的粉体放入模具中，进行高温煅烧，温度为1200℃-1300℃，压力3GPa，时间4h；
（4）煅烧之后，待冷却取出，即得到块状生物活性玻璃陶瓷。
对得到的块状生物活性玻璃陶瓷进行性能检测：抗压强度1020MPa；抗弯强度270MPa；韧性15MPa·m1/2；弹性模量115GPa。
实施例 2：
一种生物活性玻璃陶瓷，包括以下质量份数的各个组分：
二氧化硅60份、五氧化二磷10份、氧化钙28份、金红石型氧化钛5份、纳米β-氧化铝10份、氮化硼3份和氧化镁4份。
根据本发明提供的制备方法制备生物活性玻璃陶瓷，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）将混合后的粉体放入模具中，进行高温煅烧，温度为1250℃，压力4GPa，时间4h；
（4）煅烧之后，待冷却取出，即得到块状生物活性玻璃陶瓷。
对得到的块状生物活性玻璃陶瓷进行性能检测：抗压强度1080MPa；抗弯强度320MPa；韧性17MPa·m1/2；弹性模量119GPa。
实施例 3：
一种生物活性玻璃陶瓷，包括以下质量份数的各个组分：
二氧化硅52份、五氧化二磷7份、氧化钙24份、金红石型氧化钛3份、纳米β-氧化铝7份、氮化硼2份和氧化镁3份。
根据本发明提供的制备方法制备生物活性玻璃陶瓷，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）将混合后的粉体放入模具中，进行高温煅烧，温度为1240℃，压力3.5GPa，时间4h；
（4）煅烧之后，待冷却取出，即得到块状生物活性玻璃陶瓷。
对得到的块状生物活性玻璃陶瓷进行性能检测：抗压强度1050MPa；抗弯强度280MPa；韧性13MPa·m1/2；弹性模量117GPa。
实施例4：
一种生物活性玻璃陶瓷，包括以下质量份数的各个组分：
二氧化硅50份、五氧化二磷8份、氧化钙26份、金红石型氧化钛3份、纳米β-氧化铝8份、氮化硼2份和氧化镁3份。
根据本发明提供的制备方法制备生物活性玻璃陶瓷，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）将混合后的粉体放入模具中，进行高温煅烧，温度为1220℃，压力3.5GPa，时间4h；
（4）煅烧之后，待冷却取出，即得到块状生物活性玻璃陶瓷。
对得到的块状生物活性玻璃陶瓷进行性能检测：抗压强度1040MPa；抗弯强度300MPa；韧性14MPa·m1/2；弹性模量125GPa。
实施例5：
一种生物活性玻璃陶瓷，包括以下质量份数的各个组分：
二氧化硅55份、五氧化二磷9份、氧化钙22份、金红石型氧化钛4份、纳米β-氧化铝6份、氮化硼2份和氧化镁3份。
根据本发明提供的制备方法制备生物活性玻璃陶瓷，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）将混合后的粉体放入模具中，进行高温煅烧，温度为1250℃，压力3.8GPa，时间4h；（4）煅烧之后，待冷却取出，即得到块状生物活性玻璃陶瓷。
对得到的块状生物活性玻璃陶瓷进行性能检测：抗压强度1060MPa；抗弯强度310MPa；韧性16MPa·m1/2；弹性模量118GPa。
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)

1.一种生物活性玻璃陶瓷，其特征在于，包括以下质量份数的各个组分：
二氧化硅45-60份、五氧化二磷6-10份、氧化钙20-28份、氧化钛1-5份、纳米氧化铝4-10份、氮化硼1-3份和氧化镁1-4份。
2.根据权利要求1所述的生物活性玻璃陶瓷，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所述的生物活性玻璃陶瓷，其特征在于：所述氧化钛为金红石型氧化钛。
4.一种根据权利要求1所述的生物活性玻璃陶瓷的制备方法，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）将混合后的粉体放入模具中，进行高温煅烧，温度为1100℃-1300℃，压力1.2-4.5GPa，时间3-7h；
（4）煅烧之后，待冷却取出，即得到块状生物活性玻璃陶瓷。
5.根据权利要求4所述的生物活性玻璃陶瓷的制备方法，其特征在于：步骤（3）中煅烧的温度为1150℃-1260℃。
6.根据权利要求4所述的生物活性玻璃陶瓷的制备方法，其特征在于：步骤（3）中煅烧的压力为2-4GPa。
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