CN104744025A - 一种羟基磷灰石/氧化铝复合生物陶瓷及其制备方法 - Google Patents

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邱东成
刘大学
李永超
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Abstract

本发明公开了一种羟基磷灰石/氧化铝复合生物陶瓷及其制备方法，涉及生物材料领域，由以下质量份数的各个组分制备而成：羟基磷灰石40-60份、贝壳粉10-20份、纳米氧化铝15-25份、氧化锆5-12份、氧化镁3-8份、磷酸氢钙5-10份和纳米氧化锌2-5份。一种羟基磷灰石/氧化铝复合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）高温煅烧；（5）冷却。本发明提供的羟基磷灰石/氧化铝复合生物陶瓷不仅具有较高的生物相容性，延续了羟基磷灰石优良的作用，且进一步提高了生物陶瓷的力学性能，是一种非常理想的骨骼替代修复材料。

Description

一种羟基磷灰石/氧化铝复合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，特别涉及一种羟基磷灰石/氧化铝复合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。
磷酸钙陶瓷(CPC)是生物活性陶瓷材料中的重要种类，目前研究和应用最多的是羟基磷灰石(HA)和磷酸三钙(TCP)。磷酸钙陶瓷含有CaO和P2O5两种成份，是构成人体硬组织的重要无机物质，植入人体后，其表面同人体组织可通过键的结合，达到完全亲和。其中，HA在组成和结构上与人骨和牙齿非常相似，HA能使骨细胞附着在其表面, 随着新骨的生长，这个连接地带逐渐萎缩，并且HA通过晶体外层成为骨的一部分, 新骨可以从HA 植入体与原骨结合处沿着植入体表面或内部贯通性孔隙攀附生长。HA生物活性陶瓷是典型生物活性陶瓷，植入体内后能与组织在界面上形成化学键性结合,具有较高的力学性能，在人体生理环境中可溶解性较低。
氧化铝陶瓷具有较高的抗弯强度，耐磨性能好，耐热性好，且可以直接与骨固定，已被用作人工骨、牙根或关节，60年代后广泛用作硬组织修复，多用于全臀复位修复术及股骨和髋骨部连接。氧化铝陶瓷相对于羟基磷灰石(HA)具有更为优秀的力学性能。
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羟基磷灰石/氧化铝复合生物陶瓷及其制备方法。
本发明的技术方案：一种羟基磷灰石/氧化铝复合生物陶瓷，由以下质量份数的各个组分制备而成：
羟基磷灰石40-60份、贝壳粉10-20份、纳米氧化铝15-25份、氧化锆5-12份、氧化镁3-8份、磷酸氢钙5-10份和纳米氧化锌2-5份。
作为优选，各个组分的质量份数为：羟基磷灰石45-56份、贝壳粉12-18份、纳米氧化铝18-23份、氧化锆6-10份、氧化镁4-7份、磷酸氢钙6-10份和纳米氧化锌3-4份。
作为优选，各个组分的质量份数为：羟基磷灰石51份、贝壳粉17份、纳米氧化铝22份、氧化锆8份、氧化镁5份、磷酸氢钙8份和纳米氧化锌3份。
一种羟基磷灰石/氧化铝复合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℃-1400℃，压力300-600MPa，时间3-10h；
（5）煅烧之后，待冷却取出，即得到块状羟基磷灰石/氧化铝复合生物陶瓷。
作为优选，步骤（4）中煅烧的温度为1220℃。
作为优选，步骤（4）中煅烧的压力为450MPa。
有益效果：本发明提供的羟基磷灰石/氧化铝复合生物陶瓷，是用氧化铝陶瓷加强羟基磷灰石的力学性能，羟基磷灰石是一种非常理想的骨骼替代修复生物材料，其已经具备一定的力学性能，但并不能满足重负荷或者高强度骨骼部位的力学支撑作用；氧化铝陶瓷是生物惰性陶瓷，具备良好的力学性能，将生物惰性陶瓷与羟基磷灰石陶瓷进行复合，不仅没有影响其生物相容性，反而更好的提高了羟基磷灰石生物陶瓷的力学性能。
因此，本发明提供的羟基磷灰石/氧化铝复合生物陶瓷不仅具有较高的生物相容性，延续了羟基磷灰石优良的作用，且进一步提高了生物陶瓷的力学性能，是一种非常理想的骨骼替代修复材料。
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：
一种羟基磷灰石/氧化铝复合生物陶瓷，包括以下质量份数的各个组分：
羟基磷灰石40份、贝壳粉10份、纳米氧化铝15份、氧化锆5份、氧化镁3份、磷酸氢钙5份和纳米氧化锌2份。
根据本发明提供的制备方法制备羟基磷灰石/氧化铝复合生物陶瓷，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1300℃，压力550MPa，时间4h；
（5）煅烧之后，待冷却取出，即得到块状羟基磷灰石/氧化铝复合生物陶瓷。
对得到的块状羟基磷灰石/氧化铝复合生物陶瓷进行检测，检测生物陶瓷的性能：硬度1030HV；压缩强度1890MPa；抗弯强度610MPa；韧性18MPa·m1/2。
实施例 2：
一种羟基磷灰石/氧化铝复合生物陶瓷，包括以下质量份数的各个组分：
羟基磷灰石60份、贝壳粉20份、纳米氧化铝25份、氧化锆12份、氧化镁8份、磷酸氢钙10份和纳米氧化锌5份。
根据本发明提供的制备方法制备羟基磷灰石/氧化铝复合生物陶瓷，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1300℃，压力550MPa，时间7h；
（5）煅烧之后，待冷却取出，即得到块状羟基磷灰石/氧化铝复合生物陶瓷。
对得到的块状羟基磷灰石/氧化铝复合生物陶瓷进行检测，检测生物陶瓷的性能：硬度1080HV；压缩强度1940MPa；抗弯强度630MPa；韧性19MPa·m1/2。
实施例 3：
一种羟基磷灰石/氧化铝复合生物陶瓷，包括以下质量份数的各个组分：
羟基磷灰石45份、贝壳粉12份、纳米氧化铝18份、氧化锆6份、氧化镁4份、磷酸氢钙6份和纳米氧化锌3份。
根据本发明提供的制备方法制备羟基磷灰石/氧化铝复合生物陶瓷，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1220℃，压力450MPa，时间6h；
（5）煅烧之后，待冷却取出，即得到块状羟基磷灰石/氧化铝复合生物陶瓷。
对得到的块状羟基磷灰石/氧化铝复合生物陶瓷进行检测，检测生物陶瓷的性能：硬度1050HV；压缩强度1920MPa；抗弯强度620MPa；韧性18MPa·m1/2。
实施例4：
一种羟基磷灰石/氧化铝复合生物陶瓷，包括以下质量份数的各个组分：
羟基磷灰石56份、贝壳粉18份、纳米氧化铝23份、氧化锆10份、氧化镁7份、磷酸氢钙10份和纳米氧化锌4份。
根据本发明提供的制备方法制备羟基磷灰石/氧化铝复合生物陶瓷，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1220℃，压力450MPa，时间6h；
（5）煅烧之后，待冷却取出，即得到块状羟基磷灰石/氧化铝复合生物陶瓷。
对得到的块状羟基磷灰石/氧化铝复合生物陶瓷进行检测，检测生物陶瓷的性能：硬度1070HV；压缩强度1930MPa；抗弯强度640MPa；韧性19MPa·m1/2。
实施例5：
一种羟基磷灰石/氧化铝复合生物陶瓷，包括以下质量份数的各个组分：
羟基磷灰石51份、贝壳粉17份、纳米氧化铝22份、氧化锆8份、氧化镁5份、磷酸氢钙8份和纳米氧化锌3份。
根据本发明提供的制备方法制备羟基磷灰石/氧化铝复合生物陶瓷，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1220℃，压力450MPa，时间5h；
（5）煅烧之后，待冷却取出，即得到块状羟基磷灰石/氧化铝复合生物陶瓷。
对得到的块状羟基磷灰石/氧化铝复合生物陶瓷进行检测，检测生物陶瓷的性能：硬度1070HV；压缩强度1930MPa；抗弯强度630MPa；韧性19MPa·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)

1.一种羟基磷灰石/氧化铝复合生物陶瓷，其特征在于，由以下质量份数的各个组分制备而成：
羟基磷灰石40-60份、贝壳粉10-20份、纳米氧化铝15-25份、氧化锆5-12份、氧化镁3-8份、磷酸氢钙5-10份和纳米氧化锌2-5份。
2.根据权利要求1所述的羟基磷灰石/氧化铝复合生物陶瓷，其特征在于：各个组分的质量份数为：羟基磷灰石45-56份、贝壳粉12-18份、纳米氧化铝18-23份、氧化锆6-10份、氧化镁4-7份、磷酸氢钙6-10份和纳米氧化锌3-4份。
3.根据权利要求2所述的羟基磷灰石/氧化铝复合生物陶瓷，其特征在于：各个组分的质量份数为：羟基磷灰石51份、贝壳粉17份、纳米氧化铝22份、氧化锆8份、氧化镁5份、磷酸氢钙8份和纳米氧化锌3份。
4.一种根据权利要求1所述的羟基磷灰石/氧化铝复合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℃-1400℃，压力300-600MPa，时间3-10h；
（5）煅烧之后，待冷却取出，即得到块状羟基磷灰石/氧化铝复合生物陶瓷。
5.根据权利要求4所述的羟基磷灰石/氧化铝复合生物陶瓷的制备方法，其特征在于：步骤（4）中煅烧的温度为1220℃。
6.根据权利要求4所述的羟基磷灰石/氧化铝复合生物陶瓷的制备方法，其特征在于：步骤（4）中煅烧的压力为450MPa。
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