CN105367078A - 一种HA/粘结剂/ZrO2层状复合生物陶瓷材料的制备的方法 - Google Patents

一种HA/粘结剂/ZrO2层状复合生物陶瓷材料的制备的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN105367078A
CN105367078A CN201510872949.5A CN201510872949A CN105367078A CN 105367078 A CN105367078 A CN 105367078A CN 201510872949 A CN201510872949 A CN 201510872949A CN 105367078 A CN105367078 A CN 105367078A
Authority
CN
China
Prior art keywords
zro
powder
preparation
zro2
powder layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201510872949.5A
Other languages
English (en)
Inventor
王春燕
韦习成
全仁夫
李兖锡
赖宇峰
王武荣
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
University of Shanghai for Science and Technology
Original Assignee
University of Shanghai for Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by University of Shanghai for Science and Technology filed Critical University of Shanghai for Science and Technology
Priority to CN201510872949.5A priority Critical patent/CN105367078A/zh
Publication of CN105367078A publication Critical patent/CN105367078A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Materials For Medical Uses (AREA)
  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)

Abstract

本发明公开了一种HA/粘结添加剂/ZrO2层状复合生物陶瓷材料的制备的方法；在干压陶瓷片时，在ZrO2粉末层上加入一层特定粘结添加剂粉末层，之后再加入HA粉末层，并压制成型。压片中的添加剂层厚度适于复合陶瓷材料表面HA厚度尺寸和陶瓷材料整体厚度尺寸。施加设定的成型压力进行压制，成型后的素坯出模后，再经1000~1100°C烧结成复合生物陶瓷块体。本发明在HA/ZrO2粉末层间加入第三元添加剂粉末层，通过烧结过程中第三元添加剂与HA和ZrO2的一系列物理化学反应，改变HA和ZrO2粉末层界面的组织成分和形貌，延长界面裂纹扩展长度和改变裂纹扩展的方向，从而获得高的界面结合强度。

Description

一种HA/粘结剂/ZrO2层状复合生物陶瓷材料的制备的方法
技术领域
本发明涉及一种HA/粘结添加剂/ZrO2层状复合生物陶瓷材料的制备方法，也是一种提高多层压片陶瓷材料界面结合力的方法，属于骨骼替代材料和固定器技术领域。
背景技术
羟基磷灰石，简称HAP或HA，分子式是Ca10(PO4)6(OH)2，是一种生物活性材料。密度为3.16g/cm3，Ca/P比为1.67左右，弹性模量为3.6-21.0GPa，与人骨的成分和弹性模量极为相似。虽然HA有着良好的生物相容性，但是由于该类材料脆性大、强度低等缺点，仅能应用于非受载的小型种植体，大大限制了它作为人体种植体的广泛使用。所以需要一个性质稳定的材料作为内部支撑，因此金属基体表面涂覆HA涂层，加入颗粒及纤维增强HA陶瓷基复合材料的研究应运而生。然而金属、金属纤维及金属间化合物增强的HA陶瓷植入人体后，存在腐蚀及生物惰性，导致材料的生物相容性降低，且如果HA植入体内发生剥落的话，体液与金属基体接触发生腐蚀，会释放出一些对人体有害的金属离子。部分惰性或对人体无害的稀有金属价格又较昂贵，在临床应用上受到限制。
二氧化锆(ZrO2)是一种惰性生物陶瓷，其化学稳定性优良，结构稳定，且具有较高的力学性能。其特有的三维开放孔隙结构，与自身无毒害的优良属性相结合是其最大的优点。但同现在大多数的骨替代材料或者固定器一样，它只能起到单纯的支撑作用，而无诱导或者促进骨生长的生物功能。将ZrO2和HA有机地结合起来，发挥双方的性能优势而制备HA/ZrO2层状复合材料，以HA作为表层诱导骨细胞生长是一个解决方案。现在制备生物复合陶瓷常用的方法为干压烧结，但由于ZrO2和HA的热膨胀系数相差近1倍，一般HA的热膨胀系数为15×10-6K-1，ZrO2的热膨胀系数为7.33×10-6K-1，故在冷却时过大的收缩率差值及二者反应能力弱导致界面结合强度不足的问题，限制了HA/ZrO2生物陶瓷的推广应用。
发明内容
为了解决现有技术问题，本发明的目的在于通过在ZrO2和HA层间引入粘结添加剂层来解决HA/ZrO2层状复合材料的界面结合力不足的难题，提供一种HA/粘结添加剂/ZrO2层状复合生物陶瓷材料的制备的方法。在复合材料的制备过程中，在HA层和ZrO2基体界面加入不同的第三元添加剂，通过烧结过程中的物理化学作用，改进HA涂层和ZrO2基体界面的组织成分以及形貌，从而获得高的界面结合强度。
为达到上述发明创造目的，本发明采用下述技术方案：
1.一种HA/粘结添加剂/ZrO2层状复合生物陶瓷材料的制备的方法，其特征在于具有如下的过程和步骤：
a，分别用沉淀法制备纳米ZrO2和HA粉末，将纳米粉末置于干燥箱中完全烘干待用；HA即为羟基磷灰石的简称；
b，预制加工生物陶瓷圆片试样的压制模具，利用线切割加工成型，并在抛光机上将其表面抛光，去除毛刺，压制模具形状为圆柱体；
c，将在步骤a中制备的纳米ZrO2粉末根据所制作的复合生物陶瓷块体厚度确定所需质量，将纳米ZrO2粉末平铺于在步骤b中制备的压制模具的阴模中，将适量所选的CaCO3粘结添加剂粉末平铺在ZrO2粉末层上，然后根据所制作的复合生物陶瓷块体中所需的HA层的厚度平铺所需质量的HA粉末；
d，用微机控制的万能试验机向模具施加设定的载荷，形成素坯，出模待用；
e，将素坯置于1000~1100°C高温炉中按ZrO2陶瓷的烧结工艺烧结成复合生物陶瓷块体。
所述的粘结添加剂除CaCO3外也可用TCP或Ag作为粘结添加剂;TCP即为磷酸三钙的简称。
本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：
1.本发明克服了传统的ZrO2和HA收缩率不同而引起的界面结合力不足的问题。在复合材料制备过程中，通过在加入第三元添加剂并与HA层和ZrO2发生物理化学反应，从而改变HA/ZrO2的界面组织和形貌，以增加界面结合面积，达到提高烧结体界面结合强度的目的；
2.本发明一种HA/粘结添加剂/ZrO2层状复合生物陶瓷材料的制备的方法简单易行，易于实现工业化，制备成本低。
附图说明
图1是本发明实施例一所制备的纳米ZrO2粉末的透射电镜图。
图2是本发明实施例一所制备的纳米HA粉末的透射电镜图。
图3是本发明实施例—HA/粘结添加剂/ZrO2生物陶瓷圆片试样的压制模具的分解结构示意图。
图4是本发明实施例一粘结添加剂为CaCO3粉末的层状生物陶瓷表面示意图。
图5是本发明实施例二粘结添加剂为TCP粉末的层状生物陶瓷表面示意图。
图6是本发明实施例三粘结添加剂为Ag粉末的层状生物陶瓷表面示意图。
图7是本发明实施例一～实施例三和对比例中制备生物陶瓷界面剪切试验结果对比。
图8是本发明实施例一～实施例三和对比例中制备生物陶瓷界面拉伸试验结果对比。
具体实施方式
本发明的优选实施例详述如下。
实施例一
在本实施例中，参见图1～图3，一种HA/粘结添加剂CaCO3/ZrO2层状复合生物陶瓷材料的制备的方法；烧制块体HA表面形貌如图4；制备方法包括如下步骤：
(1)分别用沉淀法制备纳米ZrO2和HA粉末，将纳米粉末置于干燥箱中完全烘干待用，纳米ZrO2粉末和纳米HA粉末形貌见图1；
(2)加工如图2所示生物陶瓷圆片试样的压制模具，利用线切割加工成型，并在抛光机上将其表面抛光，去除毛刺，压制模具形状为圆柱体；
(3)将在步骤（1）中制备的纳米ZrO2粉末根据所制作的复合生物陶瓷块体厚度确定所需质量，将纳米ZrO2粉末平铺于在步骤（2）中制备的压制模具的阴模中，参见图2，将适量所选的CaCO3粘结添加剂粉末平铺在ZrO2粉末层上，然后根据所制作的复合生物陶瓷块体中所需的HA层的厚度平铺所需质量的HA粉末；
(4)然后用微机控制的万能试验机向模具施加设定的载荷，形成素坯，出模待用；
(5)将素坯置于1000°C高温炉中按ZrO2陶瓷的烧结工艺烧结成复合生物陶瓷块体；
最后按照美国标准ASTMC-633测试在步骤（5）中制备的复合生物陶瓷块体的HA/ZrO2层状复合生物陶瓷材料界面的结合强度。
实施例二
本实施例与实施例一基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，一种HA/粘结添加剂TCP/ZrO2层状复合生物陶瓷材料的制备的方法；烧制块体HA表面形貌如图5；制备方法包括如下步骤：
(1)本步骤与实施例一相同；
(2)本步骤与实施例一相同；
(3)将在步骤（1）中制备的纳米ZrO2粉末根据所制作的复合生物陶瓷块体厚度确定所需质量，将纳米ZrO2粉末平铺于在步骤（2）中制备的压制模具的阴模中，将适量所选的TCP添加剂粉末平铺在ZrO2粉末层上，然后根据所制作的复合生物陶瓷块体中所需的HA层的厚度平铺所需质量的HA粉末；
(4)本步骤与实施例一相同；
(5)本步骤与实施例一相同；
(6)本步骤与实施例一相同。
实施例三
本实施例与前述实施例一基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，一种HA/粘结添加剂Ag/ZrO2层状复合生物陶瓷材料的制备的方法；烧制块体HA表面形貌如图6；制备方法包括如下步骤：
(1)本步骤与实施例一相同；
(2)本步骤与实施例一相同；
(3)将在步骤（1）中制备的纳米ZrO2粉末根据所制作的复合生物陶瓷块体厚度确定所需质量，将纳米ZrO2粉末平铺于在步骤（2）中制备的压制模具的阴模中，将适量所选的Ag添加剂粉末平铺在ZrO2粉末层上，然后根据所制作的复合生物陶瓷块体中所需的HA层的厚度平铺所需质量的HA粉末；
(4)本步骤与实施例一相同；
(5)本步骤与实施例一相同；
(6)本步骤与实施例一相同。
对比例
现在常用的制备HA/ZrO2层状复合生物陶瓷体常用的方法为干压后烧结，HA/ZrO2粉末层间不加入任何添加剂，用微机控制的万能试验机向模具施加设定的载荷，形成素坯，出模后再将素坯置于高温炉中按ZrO2陶瓷的烧结工艺烧结成复合生物陶瓷块体，最后按照美国标准ASTMC-633测试本对比例制备的复合生物陶瓷块体的HA/ZrO2层状复合生物陶瓷材料界面的结合强度。
对比测试实验分析：
实施例一～实施例三和对比例中制备的生物陶瓷界面剪切试验结果对比参见图7，实施例一～实施例三和对比例中制备生物陶瓷界面拉伸试验结果对比参见图8。从图7和图8中可知，实施例一～实施例三制备的生物陶瓷的剪切强度和抗拉强度都明显高于现在常用方法制备的生物陶瓷的对应强度。

Claims (2)

1.一种HA/粘结添加剂/ZrO2层状复合生物陶瓷材料的制备方法,其特征在于具有如下的过程和步骤：
a，分别用沉淀法制备纳米ZrO2和HA粉末，将纳米粉末置于干燥箱中完全烘干待用；HA即羟基磷灰石的简称；
b，预制加工生物陶瓷圆片试样的压制模具，利用线切割加工成型，并在抛光机上将其表面抛光，去除毛刺，压制模具形状为圆柱体；
c，将在步骤a中制备的纳米ZrO2粉末根据所制作的复合生物陶瓷块体厚度确定所需质量，将纳米ZrO2粉末平铺于在步骤b中制备的压制模具的阴模中，将适量所选的CaCO3粘结添加剂粉末平铺在ZrO2粉末层上，然后根据所制作的复合生物陶瓷块体中所需的HA层的厚度平铺所需质量的HA粉末；
d，用微机控制的万能试验机向模具施加设定的载荷，形成素坯，出模待用；
e，将素坯置于1000~1100°C高温炉中按ZrO2陶瓷的烧结工艺烧结成复合生物陶瓷块体。
2.根据权利要求1所述的种HA/粘结添加剂/ZrO2层状复合生物陶瓷材料的制备的方法，其特征在于：所述的粘结添加剂除CaCO3外还可用TCP或Ag作为粘结添加剂；TCP即为磷酸三钙简称。
CN201510872949.5A 2015-12-02 2015-12-02 一种HA/粘结剂/ZrO2层状复合生物陶瓷材料的制备的方法 Pending CN105367078A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510872949.5A CN105367078A (zh) 2015-12-02 2015-12-02 一种HA/粘结剂/ZrO2层状复合生物陶瓷材料的制备的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510872949.5A CN105367078A (zh) 2015-12-02 2015-12-02 一种HA/粘结剂/ZrO2层状复合生物陶瓷材料的制备的方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN105367078A true CN105367078A (zh) 2016-03-02

Family

ID=55369783

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510872949.5A Pending CN105367078A (zh) 2015-12-02 2015-12-02 一种HA/粘结剂/ZrO2层状复合生物陶瓷材料的制备的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105367078A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106778553A (zh) * 2016-11-30 2017-05-31 深圳市商德先进陶瓷有限公司 感应识别模组的盖片及其制备方法和应用

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1481343A (zh) * 2000-10-16 2004-03-10 南卡罗来纳州大学 含有活性磷酸钙纳米颗粒的生物相容粘接剂及其制造和使用的方法
CN1699270A (zh) * 2005-05-17 2005-11-23 杭州市萧山区中医院 一种羟基磷灰石/二氧化锆生物陶瓷复合材料的制备方法及其产品
CN104372194A (zh) * 2014-09-28 2015-02-25 湖南英捷高科技有限责任公司 一种Co-Cr-Mo合金/氧化锆陶瓷复合材料及其制备方法
CN104841018A (zh) * 2015-04-21 2015-08-19 昆明理工大学 一种多层生物复合材料及其制备方法
CN104888269A (zh) * 2015-05-05 2015-09-09 上海大学 提高HA/ZrO2层状复合生物陶瓷材料界面结合力的方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1481343A (zh) * 2000-10-16 2004-03-10 南卡罗来纳州大学 含有活性磷酸钙纳米颗粒的生物相容粘接剂及其制造和使用的方法
CN1699270A (zh) * 2005-05-17 2005-11-23 杭州市萧山区中医院 一种羟基磷灰石/二氧化锆生物陶瓷复合材料的制备方法及其产品
CN104372194A (zh) * 2014-09-28 2015-02-25 湖南英捷高科技有限责任公司 一种Co-Cr-Mo合金/氧化锆陶瓷复合材料及其制备方法
CN104841018A (zh) * 2015-04-21 2015-08-19 昆明理工大学 一种多层生物复合材料及其制备方法
CN104888269A (zh) * 2015-05-05 2015-09-09 上海大学 提高HA/ZrO2层状复合生物陶瓷材料界面结合力的方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106778553A (zh) * 2016-11-30 2017-05-31 深圳市商德先进陶瓷有限公司 感应识别模组的盖片及其制备方法和应用
CN106778553B (zh) * 2016-11-30 2019-12-27 深圳市商德先进陶瓷股份有限公司 感应识别模组的盖片及其制备方法和应用

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Tang et al. Two-step freeze casting fabrication of hydroxyapatite porous scaffolds with bionic bone graded structure
Milosevski et al. Preparation and properties of dense and porous calcium phosphate
Yan et al. Pore structures and mechanical properties of porous titanium scaffolds by bidirectional freeze casting
KR101408083B1 (ko) 경사기공 구조를 갖는 다공성 세라믹 소결체의 제조방법
CN104841018B (zh) 一种多层生物复合材料及其制备方法
WO2018155459A1 (ja) 歯科切削加工用ジルコニア被切削体及びその製造方法並びに歯科切削加工用ジルコニア被切削体用透明性向上液及びその使用方法
KR20200027584A (ko) 마이크로 기공 구조형 3차원 다공성 지지체의 제조방법 및 이에 의해 제조된 다공성 지지체
JPH0362104B2 (zh)
CN105256160B (zh) 一种陶瓷基镍合金复合材料的3d打印方法
CN104888269B (zh) 提高HA/ZrO2层状复合生物陶瓷材料界面结合力的方法
JP2015003271A (ja) 特に歯科医学的に適用するための着色セラミックス焼結体の製造法
CN104529522A (zh) 一种基于尼龙纤维为造孔剂制备定向多孔氮化硅陶瓷的方法
KR101230704B1 (ko) 인산칼슘 스캐폴드 제조장치와 그 제조방법
KR100565562B1 (ko) 섬유단상공정을 이용한 세라믹 연속다공질체 및 그의제조방법
CN105367078A (zh) 一种HA/粘结剂/ZrO2层状复合生物陶瓷材料的制备的方法
WO2017221932A1 (ja) セラミックス複合体及びそのセラミックス複合体の製造方法
Liang et al. Preparation and properties of dental zirconia ceramics
CN114767940B (zh) 陶瓷高分子复合材料及其制备方法
KR20180101787A (ko) 복합 소결체 및 이의 제조 방법
Kandavalli et al. A conceptual analysis on ceramic materials used for dental practices: manufacturing techniques and microstructure
JP2004041313A (ja) リン酸カルシウムブロックを含むリン酸カルシウム−合成樹脂複合体及びその製造方法
CN105948740A (zh) 一种添加硅藻土及多种增韧剂的氧化锆生物陶瓷材料的制备方法
KR20180055960A (ko) 이종 결정상을 갖는 코어-쉘 구조 경조직 재생용 지지체 및 이의 제조방법
EP1485058B1 (en) Method for manufacturing a glass infiltrated metal oxide infrastructure
CN111233457A (zh) 一种基于碳纤维为造孔剂和增强体制备多孔镁掺杂ha基复合材料的方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20160302

WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication