CN108503354A - 功能仿生复合生物压电陶瓷材料 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种功能仿生复合生物压电陶瓷材料，包括：下列混合原料按重量计制成：二氧化钛粉末5‑10份；纳米氧铝粉末20‑30份；羟基磷灰石粉末50‑60份；石英石粉末10‑20份；负离子粉5‑10份。通过本发明制备的陶瓷在使用过程中可以不断的释放出负离子，强化和激活人体的生理活动，增强人体免疫力，通过羟基磷灰石成分的溶解有利于向体液中补充钙和磷酸根离子等形成新骨，可在骨骼接合界面产生分解、吸收和析出等反应，实现牢固结合，陶瓷的结构与生物骨组织相似，对生物无毒，无刺激，生物相溶性好，不被吸收，石英石‑氧化铝‑羟基磷灰石体系结构稳定，物理强度高，利用陶瓷的压电效应，可以协助使用者加快身体恢复。

Description

功能仿生复合生物压电陶瓷材料
技术领域
本发明属于陶瓷技术领域，具体涉及一种功能仿生复合生物压电 陶瓷材料，同时还公开了一种功能仿生复合生物压电陶瓷材料的制备 方法。
背景技术
生物陶瓷(Bioceramics)是指用作特定的生物或生理功能的一类 陶瓷材料，即直接用于人体或与人体直接相关的生物、医用、生物化 学等的陶瓷材料。作为生物陶瓷材料，需要具备如下条件:生物相容 性，力学相容性，与生物组织有优异的亲和性，抗血栓，灭菌性并具 有很好的物理、化学稳定性。
现有的生物陶瓷普遍存在结构强度不足的弊端，且普通的生物陶 瓷只能作为缺陷处的替代品，不能协助身体进行恢复。
发明内容
本发明的目的在于提供一种功能仿生复合生物压电陶瓷材料及 其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种功能仿生复合 生物压电陶瓷材料，包括：下列混合原料按重量计制成：
二氧化钛粉末5-10份；
纳米氧铝粉末20-30份；
羟基磷灰石粉末50-60份；
石英石粉末10-20份；
负离子粉5-10份。
优选的，所述羟基磷酸钙由将CaHPO4与CaCO3按6:4摩尔比进 行反应制成，然后进行24h湿法球磨，将球磨好的浆料倒入容器中， 加入三倍浆料体积的水在80-100℃恒温反应釜内下进行搅拌，持续 12小时，反应完毕后，通过过滤回收羟基磷灰石，烘干后研制成粉末状。
优选的，所述负离子粉由下列混合原料按重量计制成：
蛋白石粉1-3份；
滑石粉5-8份；
电气石粉2-5份。
同时，本发明还公开了一种根据权利要求1所述的功能仿生复合 生物压电陶瓷材料的制备方法，包括如下步骤：
S1、称量，按如上份量准确称取，再对各个组分分别进行过滤， 分离出各个组分中较大颗粒以及结块的成分，采用研磨机对其研磨制 成粉末；
S2、混合，采用搅拌机将各个组分的粉体混合在一起；
S3、一次烧结，将混合后的粉体冷压成型后放入模具中进行第一 次高温煅烧，煅烧温度为500℃-800℃，煅烧时间为6-10小时；
S4、粉碎，取出S3中的煅烧产物，通过喷射出高速的低温气流 对煅烧产物进行冷却，再通过磨球机将煅烧产物进行，得出颗粒直径 在2毫米以下的颗粒-粉状混合物；
S5、二次烧结，将颗粒-粉状混合物再次冷压成型后进行第二次 高温煅烧，得到生物陶瓷，煅烧温度为1300℃-1600℃，煅烧时间为 8-12小时；
S6、真空镀膜，将S5中完成烧结的产物取出，自然冷却后，采 用真空镀膜的方式在生物陶瓷的表面进行镀膜；
S7、高压极化，将S6中完成镀膜的生物体陶瓷件放置在高压电 场中进行极化处理，使之具有压电效应。
优选的，步骤S4中低温气流温度为-10℃。
优选的，步骤S5中在进行高温煅烧之前需要在3小时内将颗粒- 粉状混合物的温度从0℃均匀提高煅烧温度。
优选的，步骤S6中镀膜材质为导电金属，且镀层厚度为 0.03mm-0.05mm。
优选的，步骤S7中采用高压直流电激发出电场，电场强度为 3～5kV/mm，温度900℃～160℃，极化时采用间断方式进行，每极化12 分钟暂停3分钟，持续30分钟。
本发明的技术效果和优点：
通过本发明制备的陶瓷在使用过程中可以不断的释放出负离子， 不仅能促成人体合成和储存维生素，强化和激活人体的生理活动，增 强人体免疫力，羟基磷灰石的溶解是无害的，并且依靠从体液中补充 钙和磷酸根离子等形成新骨，可在骨骼接合界面产生分解、吸收和析 出等反应，实现牢固结合，陶瓷的结构与生物骨组织相似，对生物无 毒，无刺激，生物相溶性好，不被吸收，能诱发新有的生长，石英石-氧化铝-羟基磷灰石体系结构稳定，物理强度高，利用陶瓷的压电效 应，可以协助使用者加快身体恢复。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描 述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明 中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所 有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种功能仿生复合生物压电陶瓷材料，包括：下列混合原料按重 量计制成：
二氧化钛粉末5份；
纳米氧铝粉末20份；
羟基磷灰石粉末50份；
石英石粉末10份。
负离子粉5份，所述负离子粉由下列混合原料按重量计制成：蛋 白石粉1份；滑石粉5份；电气石粉2份。
所述羟基磷酸钙由将CaHPO4与CaCO3按6:4摩尔比进行反应制 成，然后进行24h湿法球磨，将球磨好的浆料倒入容器中，加入三倍 浆料体积的水在80℃恒温反应釜内下进行搅拌，持续12小时，反应 完毕后，通过过滤回收羟基磷灰石，烘干后研制成粉末状。
同时，本发明还公开了一种根据权利要求1所述的功能仿生复合 生物压电陶瓷材料的制备方法，包括如下步骤：
S1、称量，按如上份量准确称取，再对各个组分分别进行过滤， 分离出各个组分中较大颗粒以及结块的成分，采用研磨机对其研磨制 成粉末；
S2、混合，采用搅拌机将各个组分的粉体混合在一起；
S3、一次烧结，将混合后的粉体冷压成型后放入模具中进行第一 次高温煅烧，煅烧温度为500℃，煅烧时间为6小时；
S4、粉碎，取出S3中的煅烧产物，通过喷射出高速的-10℃的低 温气流对煅烧产物进行冷却，再通过磨球机将煅烧产物进行，得出颗 粒直径在2毫米以下的颗粒-粉状混合物；
S5、二次烧结，将颗粒-粉状混合物再次冷压成型后进行第二次 高温煅烧，得到生物陶瓷，进行高温煅烧之前需要在3小时内将颗粒 -粉状混合物的温度从0℃均匀提高至1300℃，煅烧时间为8小时；
S6、真空镀膜，将S5中完成烧结的产物取出，自然冷却后，采 用真空镀膜的方式，在生物陶瓷的表面镀一层导电金属镀膜，且镀层 厚度为0.03mm；
S7、高压极化，将S6中完成镀膜的生物体陶瓷件放置在高压电 场中进行极化处理，采用高压直流电激发出电场，电场强度为3kV/mm， 温度90℃，极化时采用间断方式进行，每极化12分钟暂停3分钟， 持续30分钟，使之具有压电效应。
实施例2
一种功能仿生复合生物压电陶瓷材料，包括：下列混合原料按重 量计制成：
二氧化钛粉末8份；
纳米氧铝粉末25份；
羟基磷灰石粉末55份；
石英石粉末15份。
负离子粉8份，所述负离子粉由下列混合原料按重量计制成：蛋 白石粉2份；滑石粉6份；电气石粉4份。
所述羟基磷酸钙由将CaHPO4与CaCO3按6:4摩尔比进行反应制 成，然后进行24h湿法球磨，将球磨好的浆料倒入容器中，加入三倍 浆料体积的水在90℃恒温反应釜内下进行搅拌，持续12小时，反应 完毕后，通过过滤回收羟基磷灰石，烘干后研制成粉末状。
同时，本发明还公开了一种根据权利要求1所述的功能仿生复合 生物压电陶瓷材料的制备方法，包括如下步骤：
S1、称量，按如上份量准确称取，再对各个组分分别进行过滤， 分离出各个组分中较大颗粒以及结块的成分，采用研磨机对其研磨制 成粉末；
S2、混合，采用搅拌机将各个组分的粉体混合在一起；
S3、一次烧结，将混合后的粉体冷压成型后放入模具中进行第一 次高温煅烧，煅烧温度为650℃，煅烧时间为8小时；
S4、粉碎，取出S3中的煅烧产物，通过喷射出高速的-10℃的低 温气流对煅烧产物进行冷却，再通过磨球机将煅烧产物进行，得出颗 粒直径在2毫米以下的颗粒-粉状混合物；
S5、二次烧结，将颗粒-粉状混合物再次冷压成型后进行第二次 高温煅烧，得到生物陶瓷，进行高温煅烧之前需要在3小时内将颗粒 -粉状混合物的温度从0℃均匀提高至1450℃，煅烧时间为10小时；
S6、真空镀膜，将S5中完成烧结的产物取出，自然冷却后，采 用真空镀膜的方式，在生物陶瓷的表面镀一层导电金属镀膜，且镀层 厚度为0.04mm；
S7、高压极化，将S6中完成镀膜的生物体陶瓷件放置在高压电 场中进行极化处理，采用高压直流电激发出电场，电场强度为4kV/mm， 温度125℃，极化时采用间断方式进行，每极化12分钟暂停3分钟， 持续30分钟，使之具有压电效应。
实施例3
一种功能仿生复合生物压电陶瓷材料，包括：下列混合原料按重 量计制成：
二氧化钛粉末10份；
纳米氧铝粉末30份；
羟基磷灰石粉末60份；
石英石粉末20份。
负离子粉10份，所述负离子粉由下列混合原料按重量计制成： 蛋白石粉3份；滑石粉8份；电气石粉5份。
所述羟基磷酸钙由将CaHPO4与CaCO3按6:4摩尔比进行反应制 成，然后进行24h湿法球磨，将球磨好的浆料倒入容器中，加入三倍 浆料体积的水在100℃恒温反应釜内下进行搅拌，持续12小时，反 应完毕后，通过过滤回收羟基磷灰石，烘干后研制成粉末状。
同时，本发明还公开了一种根据权利要求1所述的功能仿生复合 生物压电陶瓷材料的制备方法，包括如下步骤：
S1、称量，按如上份量准确称取，再对各个组分分别进行过滤， 分离出各个组分中较大颗粒以及结块的成分，采用研磨机对其研磨制 成粉末；
S2、混合，采用搅拌机将各个组分的粉体混合在一起；
S3、一次烧结，将混合后的粉体冷压成型后放入模具中进行第一 次高温煅烧，煅烧温度为800℃，煅烧时间为10小时；
S4、粉碎，取出S3中的煅烧产物，通过喷射出高速的-10℃的低 温气流对煅烧产物进行冷却，再通过磨球机将煅烧产物进行，得出颗 粒直径在2毫米以下的颗粒-粉状混合物；
S5、二次烧结，将颗粒-粉状混合物再次冷压成型后进行第二次 高温煅烧，得到生物陶瓷，进行高温煅烧之前需要在3小时内将颗粒 -粉状混合物的温度从0℃均匀提高至1600℃，煅烧时间为12小时；
S6、真空镀膜，将S5中完成烧结的产物取出，自然冷却后，采 用真空镀膜的方式，在生物陶瓷的表面镀一层导电金属镀膜，且镀层 厚度为0.05mm；
S7、高压极化，将S6中完成镀膜的生物体陶瓷件放置在高压电 场中进行极化处理，采用高压直流电激发出电场，电场强度为5kV/mm， 温度160℃，极化时采用间断方式进行，每极化12分钟暂停3分钟， 持续30分钟，使之具有压电效应。
使用本方案支撑的陶瓷在使用过程中，可以不断的释放出负离 子，不仅能促成人体合成和储存维生素，强化和激活人体的生理活动， 增强人体免疫力，羟基磷灰石的溶解是无害的，并且依靠从体液中补 充钙和磷酸根离子等形成新骨，可在骨骼接合界面产生分解、吸收和 析出等反应，实现牢固结合，陶瓷的结构与生物骨组织相似，对生物 无毒，无刺激，生物相溶性好，不被吸收，能诱发新有的生长，石英 石-氧化铝-羟基磷灰石体系结构稳定，物理强度高，利用陶瓷的压电 效应，可以协助使用者加快身体恢复。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不 用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明， 对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技 术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发 明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包 含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种功能仿生复合生物压电陶瓷材料，其特征在于，包括：下列混合原料按重量计制成：
二氧化钛粉末5-10份；
纳米氧铝粉末20-30份；
羟基磷灰石粉末50-60份；
石英石粉末10-20份；
负离子粉5-10份。
2.根据权利要求1所述的一种功能仿生复合生物压电陶瓷材料，其特征在于：所述羟基磷酸钙由将CaHPO4与CaCO3按6:4摩尔比进行反应制成，然后进行24h湿法球磨，将球磨好的浆料倒入容器中，加入三倍浆料体积的水在80-100℃恒温反应釜内下进行搅拌，持续12小时，反应完毕后，通过过滤回收羟基磷灰石，烘干后研制成粉末状。
3.根据权利要求1所述的一种功能仿生复合生物压电陶瓷材料，其特征在于：所述负离子粉由下列混合原料按重量计制成：
蛋白石粉1-3份；
滑石粉5-8份；
电气石粉2-5份。
4.一种根据权利要求1所述的功能仿生复合生物压电陶瓷材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、称量，按如上份量准确称取，再对各个组分分别进行过滤，分离出各个组分中较大颗粒以及结块的成分，采用研磨机对其研磨制成粉末；
S2、混合，采用搅拌机将各个组分的粉体混合在一起；
S3、一次烧结，将混合后的粉体冷压成型后放入模具中进行第一次高温煅烧，煅烧温度为500℃-800℃，煅烧时间为6-10小时；
S4、粉碎，取出S3中的煅烧产物，通过喷射出高速的低温气流对煅烧产物进行冷却，再通过磨球机将煅烧产物进行，得出颗粒直径在2毫米以下的颗粒-粉状混合物；
S5、二次烧结，将颗粒-粉状混合物再次冷压成型后进行第二次高温煅烧，得到生物陶瓷，煅烧温度为1300℃-1600℃，煅烧时间为8-12小时；
S6、真空镀膜，将S5中完成烧结的产物取出，自然冷却后，采用真空镀膜的方式在生物陶瓷的表面进行镀膜；
S7、高压极化，将S6中完成镀膜的生物体陶瓷件放置在高压电场中进行极化处理，使之具有压电效应。
5.根据权利要求4所述的一种功能仿生复合生物压电陶瓷材料的制备方法，其特征在于：步骤S4中低温气流温度为-10℃。
6.根据权利要求4所述的一种功能仿生复合生物压电陶瓷材料的制备方法，其特征在于：步骤S5中在进行高温煅烧之前需要在3小时内将颗粒-粉状混合物的温度从0℃均匀提高煅烧温度。
7.根据权利要求4所述的一种功能仿生复合生物压电陶瓷材料的制备方法，其特征在于：步骤S6中镀膜材质为导电金属，且镀层厚度为0.03mm-0.05mm。
8.根据权利要求4所述的一种功能仿生复合生物压电陶瓷材料的制备方法，其特征在于：步骤S7中采用高压直流电激发出电场，电场强度为3～5kV/mm，温度90℃～160℃，极化时采用间断方式进行，每极化12分钟暂停3分钟，持续30分钟。
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