CN105217960B - 一种稀土掺杂生物活性玻璃陶瓷及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种稀土掺杂生物活性玻璃陶瓷及其制备方法，属于生物材料技术领域，由以下各个组分制备而成：纳米二氧化硅、纳米氧化钙、磷酸钙、纳米氧化锌、磷酸钇、铈硅石粉、三氯化钐和纳米氧化钛。一种稀土掺杂生物活性玻璃陶瓷的制备方法，制备步骤如下：（1）备料；（2）制备预混料；（3）高温煅烧；（4）冷却至室温取出。本发明提供的稀土掺杂生物活性玻璃陶瓷，具有非常理想的生物相容性，稀土元素掺杂进一步提高了生物活性玻璃陶瓷对人体的积极作用；而且，改善了生物活性玻璃陶瓷的机械性能，使其具备一定的机械强度，可适用于人体一般受力的部位，具有较好的使用前景。
Description
技术领域
本发明属于生物材料领域，特别涉及一种稀土掺杂生物活性玻璃陶瓷及该生物陶瓷的制备方法。
背景技术
生物陶瓷材料作为生物医学材料始于18世纪初，发展至今，已经有多种生物陶瓷材料可应用到生物医学领域。
生物玻璃陶瓷的成分比普通窗玻璃含有较多钙和磷，能与骨自然牢固地发生化学结合。生物玻璃陶瓷具有区别于其他生物材料的独特属性，能在植入部位迅速发生一系列表面反应，最终导致含碳酸盐基磷灰石层的形成。生物玻璃陶瓷的生物相容性好，材料植入体内，无排斥、炎性及组织坏死等反应，能与骨形成骨性结合；与骨结合强度大，界面结合能力好，并且成骨较快。目前此种材料已用于修复耳小骨，对恢复听力具有良好效果。但由于强度低，只能用于人体受力不大的部位。
稀土元素在医用材料中的应用已经具备一定规模，在很多生物学材料中都有使用。稀土作为生物玻璃陶瓷的应用还仅仅局限作为催化剂，量少，达到的效果也较为有限，对于生物活性陶瓷的促进和改善作用不及其在其他无机材料中的应用。
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稀土掺杂生物活性玻璃陶瓷及其制备方法。
本发明的技术方案：一种稀土掺杂生物活性玻璃陶瓷，由以下质量份数的各个组分制备而成：
纳米二氧化硅15.0-35.0份、纳米氧化钙22.0-30.0份、磷酸钙15.5-25.5份、纳米氧化锌1.5-3.0份、磷酸钇1.0-2.5份、铈硅石粉1.0-2.5份、三氯化钐1.0-2.0份和纳米氧化钛2.0-2.9份。
作为优选，所述生物陶瓷由以下质量份数的各个组分制备而成：纳米二氧化硅22.0-31.0份、纳米氧化钙24.0-28.0份、磷酸钙19.0-22.0份、纳米氧化锌2.1-2.8份、磷酸钇1.5-2.2份、铈硅石粉1.5-2.2份、三氯化钐1.2-1.8份和纳米氧化钛2.2-2.7份。
作为优选，所述生物陶瓷由以下质量份数的各个组分制备而成：纳米二氧化硅26.0份、纳米氧化钙25.0份、磷酸钙21.0份、纳米氧化锌2.4份、磷酸钇1.8份、铈硅石粉1.9份、三氯化钐1.5份和纳米氧化钛2.5份。
一种稀土掺杂生物活性玻璃陶瓷的制备方法，制备步骤如下：
（1）备料：准确称取各个组分；
（2）制备预混料：将各个组分混合在一起，放入研磨机中进行研磨，得到预混料；
（3）高温煅烧：将步骤（2）制备的预混料放入模具中，进行高温煅烧，温度为1250℃-1500℃，压力650-800MPa，时间5-10h；
（4）冷却：冷却至室温取出，即得到块状稀土掺杂生物活性玻璃陶瓷。
作为优选，步骤（3）中高温煅烧的温度为1380℃。
作为优选，步骤（3）中高温煅烧的压力为750MPa。
有益效果：本发明提供的稀土掺杂生物活性玻璃陶瓷，是以生物活性陶瓷为基础，加入多种稀土元素，一方面可改进生物活性陶瓷材料的性能，另一方方面，利用稀土元素对人体的多种促进作用，进一步提供生物相容性。本发明提供的稀土掺杂生物活性玻璃陶瓷中，稀土元素主要以稀土矿石粉的形式加入，磷酸钇、铈硅石粉本身的组分就与生物陶瓷的组分相似，因此，采用矿石粉的形式材料更为稳定，性能也较佳，各种元素的比例适中。而且，利用稀土元素中钇、钐最具有可塑性的特点，对整体材料的提升会意想不到的结果。
因此，本发明提供的稀土掺杂生物活性玻璃陶瓷，具有非常理想的生物相容性，稀土元素掺杂进一步提高了生物活性玻璃陶瓷对人体的积极作用；而且，改善了生物活性玻璃陶瓷的机械性能，使其具备一定的机械强度，可适用于人体一般受力的部位，具有较好的使用前景。
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：
一种稀土掺杂生物活性玻璃陶瓷，由以下质量份数的各个组分制备而成：
纳米二氧化硅15.0份、纳米氧化钙22.0份、磷酸钙15.5份、纳米氧化锌1.5份、磷酸钇1.0份、铈硅石粉1.0份、三氯化钐1.0份和纳米氧化钛2.0份。
一种稀土掺杂生物活性玻璃陶瓷的制备方法，制备步骤如下：
（1）备料：准确称取各个组分；
（2）制备预混料：将各个组分混合在一起，放入研磨机中进行研磨，得到预混料；
（3）高温煅烧：将步骤（2）制备的预混料放入模具中，进行高温煅烧，温度为1380℃，压力750MPa，时间8h；
（4）冷却：冷却至室温取出，即得到块状稀土掺杂生物活性玻璃陶瓷。
对得到的块状稀土掺杂生物活性玻璃陶瓷进行性能检测：抗压强度1220 MPa；抗弯强度352 MPa；韧性3.2 MPa·m1/2；弹性模量55 GPa。
实施例 2：
一种稀土掺杂生物活性玻璃陶瓷，由以下质量份数的各个组分制备而成：
纳米二氧化硅35.0份、纳米氧化钙30.0份、磷酸钙25.5份、纳米氧化锌3.0份、磷酸钇2.5份、铈硅石粉2.5份、三氯化钐2.0份和纳米氧化钛2.9份。
一种稀土掺杂生物活性玻璃陶瓷的制备方法，制备步骤如下：
（1）备料：准确称取各个组分；
（2）制备预混料：将各个组分混合在一起，放入研磨机中进行研磨，得到预混料；
（3）高温煅烧：将步骤（2）制备的预混料放入模具中，进行高温煅烧，温度为1380℃，压力750MPa，时间8h；
（4）冷却：冷却至室温取出，即得到块状稀土掺杂生物活性玻璃陶瓷。
对得到的块状稀土掺杂生物活性玻璃陶瓷进行性能检测：抗压强度1330 MPa；抗弯强度368 MPa；韧性3.5 MPa·m1/2；弹性模量58 GPa。
实施例 3：
一种稀土掺杂生物活性玻璃陶瓷，由以下质量份数的各个组分制备而成：
纳米二氧化硅22.0份、纳米氧化钙24.0份、磷酸钙19.0份、纳米氧化锌2.1份、磷酸钇1.5份、铈硅石粉1.5份、三氯化钐1.2份和纳米氧化钛2.2份。
一种稀土掺杂生物活性玻璃陶瓷的制备方法，制备步骤如下：
（1）备料：准确称取各个组分；
（2）制备预混料：将各个组分混合在一起，放入研磨机中进行研磨，得到预混料；
（3）高温煅烧：将步骤（2）制备的预混料放入模具中，进行高温煅烧，温度为1380℃，压力750MPa，时间8h；
（4）冷却：冷却至室温取出，即得到块状稀土掺杂生物活性玻璃陶瓷。
对得到的块状稀土掺杂生物活性玻璃陶瓷进行性能检测：抗压强度1250 MPa；抗弯强度358 MPa；韧性3.4 MPa·m1/2；弹性模量55 GPa。
实施例4：
一种稀土掺杂生物活性玻璃陶瓷，由以下质量份数的各个组分制备而成：
纳米二氧化硅31.0份、纳米氧化钙28.0份、磷酸钙22.0份、纳米氧化锌2.8份、磷酸钇2.2份、铈硅石粉2.2份、三氯化钐1.8份和纳米氧化钛2.7份。
一种稀土掺杂生物活性玻璃陶瓷的制备方法，制备步骤如下：
（1）备料：准确称取各个组分；
（2）制备预混料：将各个组分混合在一起，放入研磨机中进行研磨，得到预混料；
（3）高温煅烧：将步骤（2）制备的预混料放入模具中，进行高温煅烧，温度为1380℃，压力750MPa，时间8h；
（4）冷却：冷却至室温取出，即得到块状稀土掺杂生物活性玻璃陶瓷。
对得到的块状稀土掺杂生物活性玻璃陶瓷进行性能检测：抗压强度1310 MPa；抗弯强度374 MPa；韧性3.5 MPa·m1/2；弹性模量57 GPa。
实施例5：
一种稀土掺杂生物活性玻璃陶瓷，由以下质量份数的各个组分制备而成：
纳米二氧化硅26.0份、纳米氧化钙25.0份、磷酸钙21.0份、纳米氧化锌2.4份、磷酸钇1.8份、铈硅石粉1.9份、三氯化钐1.5份和纳米氧化钛2.5份。
一种稀土掺杂生物活性玻璃陶瓷的制备方法，制备步骤如下：
（1）备料：准确称取各个组分；
（2）制备预混料：将各个组分混合在一起，放入研磨机中进行研磨，得到预混料；
（3）高温煅烧：将步骤（2）制备的预混料放入模具中，进行高温煅烧，温度为1380℃，压力750MPa，时间8h；
（4）冷却：冷却至室温取出，即得到块状稀土掺杂生物活性玻璃陶瓷。
对得到的块状稀土掺杂生物活性玻璃陶瓷进行性能检测：抗压强度1410 MPa；抗弯强度391 MPa；韧性3.7 MPa·m1/2；弹性模量57 GPa。
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)
1.一种稀土掺杂生物活性玻璃陶瓷，其特征在于，由以下质量份数的各个组分制备而成：
纳米二氧化硅15.0-35.0份、纳米氧化钙22.0-30.0份、磷酸钙15.5-25.5份、纳米氧化锌1.5-3.0份、磷酸钇1.0-2.5份、铈硅石粉1.0-2.5份、三氯化钐1.0-2.0份和纳米氧化钛2.0-2.9份。
2.根据权利要求1所述的稀土掺杂生物活性玻璃陶瓷，其特征在于，所述生物陶瓷由以下质量份数的各个组分制备而成：纳米二氧化硅22.0-31.0份、纳米氧化钙24.0-28.0份、磷酸钙19.0-22.0份、纳米氧化锌2.1-2.8份、磷酸钇1.5-2.2份、铈硅石粉1.5-2.2份、三氯化钐1.2-1.8份和纳米氧化钛2.2-2.7份。
3.根据权利要求2所述的稀土掺杂生物活性玻璃陶瓷，其特征在于：所述生物陶瓷由以下质量份数的各个组分制备而成：纳米二氧化硅26.0份、纳米氧化钙25.0份、磷酸钙21.0份、纳米氧化锌2.4份、磷酸钇1.8份、铈硅石粉1.9份、三氯化钐1.5份和纳米氧化钛2.5份。
4.一种根据权利要求1所述的稀土掺杂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）备料：准确称取各个组分；
（2）制备预混料：将各个组分混合在一起，放入研磨机中进行研磨，得到预混料；
（3）高温煅烧：将步骤（2）制备的预混料放入模具中，进行高温煅烧，温度为1250℃-1500℃，压力650-800MPa，时间5-10h；
（4）冷却：冷却至室温取出，即得到块状稀土掺杂生物活性玻璃陶瓷。
5.根据权利要求4所述的稀土掺杂生物活性玻璃陶瓷的制备方法，其特征在于：步骤（3）中高温煅烧的温度为1380℃。
6.根据权利要求4所述的稀土掺杂生物活性玻璃陶瓷的制备方法，其特征在于：步骤（3）中高温煅烧的压力为750MPa。
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