一種復(fù)合人工骨氧化鋯生物陶瓷及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于生物材料領(lǐng)域，特別涉及一種復(fù)合人工骨氧化鋯生物陶瓷及該生物陶瓷的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著材料科技的發(fā)展，生物材料因其對機(jī)體組織進(jìn)行修復(fù)、替代與再生的特殊性能，已經(jīng)成為當(dāng)今生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域重要的研宄方向之一。生物硬組織代用材料最早是使用體骨、動物骨，后來發(fā)展到采用不銹鋼和塑料，由于不銹鋼存在溶析、腐蝕和疲勞問題，塑料存在穩(wěn)定性差和強(qiáng)度低的問題。因此造成生物材料發(fā)展的瓶頸，生物陶瓷的出現(xiàn)，改善了現(xiàn)有替代材料的不足，因其諸多優(yōu)勢，因此，生物陶瓷具有了廣闊的發(fā)展前景。
[0003]氧化鋯陶瓷是以Zr02為主要成分的生物惰性陶瓷，其顯著特征是具有高斷裂韌性、高斷裂強(qiáng)度和低彈性模量。氧化鋯(Zr02)具有極高的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，在生理環(huán)境中呈現(xiàn)惰性，具有很好的生物相容性。
[0004]骨骼是人體重要的支撐器官，起到運(yùn)動、支撐和保護(hù)的作用，因此，人工骨替代材料需具備較高的強(qiáng)度和韌性，同時，較低的彈性模量，這正是氧化鋯生物陶瓷的優(yōu)勢，因此，氧化鋯陶瓷作為人工骨替代材料具有較好的應(yīng)用前景。但，在其具體應(yīng)用過程中，傳統(tǒng)氧化鋯陶瓷，即氧化鋯含量達(dá)到90%以上的陶瓷材料，其脆性較大，抗彎強(qiáng)度較好，但是抗壓強(qiáng)度相對氧化鋁陶瓷較低，因此，需要提升氧化鋯陶瓷的整體性能，以使其更難好的滿足人工骨的使用需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明解決的技術(shù)問題:針對上述不足，克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種復(fù)合人工骨氧化鋯生物陶瓷及其制備方法。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案:一種復(fù)合人工骨氧化鋯生物陶瓷，由以下質(zhì)量份數(shù)的各個組分制備而成:
氧化鋯70-85份、納米氧化鈦2-7份、硅酸鋁纖維2-5份、沸石粉2_5份、磷酸四鈣5_10份和氧化鎂5-12份。
[0007]作為優(yōu)選，各個組分的質(zhì)量份數(shù)為:氧化鋯75-82份、納米氧化鈦3-5份、硅酸鋁纖維3-4份、沸石粉3-4份、磷酸四鈣6-8份和氧化鎂6-11份。
[0008]作為優(yōu)選，各個組分的質(zhì)量份數(shù)為:氧化鋯78份、納米氧化鈦4份、硅酸鋁纖維4份、沸石粉3份、磷酸四鈣7份和氧化鎂10份。
[0009]一種復(fù)合人工骨氧化鋯生物陶瓷的制備方法，制備步驟如下:
(1)稱量:準(zhǔn)確稱取各個組分；
(2)球磨:將各個組分混合在一起，放入球磨機(jī)進(jìn)行研磨混合；
(3)冷壓成型:將混合粉體進(jìn)行冷壓成型；
(4)將成型后的粉體放入模具中，進(jìn)行高溫煅燒，溫度為1200°C_1500°C，壓力500-800MPa，時間 4_10h ;
(5)煅燒之后，待冷卻取出，即得到塊狀復(fù)合人工骨氧化鋯生物陶瓷。
[0010]作為優(yōu)選，步驟(4)中煅燒的溫度為1280°C。
[0011]作為優(yōu)選，步驟(4)中煅燒的壓力為720MPa。
[0012]有益效果:本發(fā)明提供的復(fù)合人工骨氧化鋯生物陶瓷，是一種以氧化鋯為主體材料的生物惰性陶瓷。根據(jù)人工骨的功能特殊性，其對抗壓強(qiáng)度和彈性模量性能有較高的要求。本發(fā)明提供的生物陶瓷材料，是利用氧化鋯為主體材料，加入多種金屬氧化物、硅酸鹽及磷酸鹽，提升了抗壓強(qiáng)度，也維持了其較高的斷裂韌性，且具有較低的彈性模量，適合人工骨的要求。
[0013]因此，本發(fā)明提供的復(fù)合人工骨氧化鋯生物陶瓷，具有較高的抗壓強(qiáng)度和斷裂韌性，同時具有較好的生物相容性，是較好的人工骨生物材料。
【具體實施方式】
[0014]為了進(jìn)一步理解本發(fā)明，下面結(jié)合實施例對本發(fā)明優(yōu)選實施方案進(jìn)行描述，但是應(yīng)當(dāng)理解，這些描述只是為進(jìn)一步說明本發(fā)明的特征和優(yōu)點，而不是對本發(fā)明權(quán)利要求的限制。
[0015]實施例1:
一種復(fù)合人工骨氧化鋯生物陶瓷，包括以下質(zhì)量份數(shù)的各個組分:
氧化鋯70份、納米氧化鈦2份、硅酸鋁纖維2份、沸石粉2份、磷酸四鈣5份和氧化鎂5份。
[0016]根據(jù)本發(fā)明提供的制備方法制備復(fù)合人工骨氧化鋯生物陶瓷，步驟如下:
(1)稱量:準(zhǔn)確稱取各個組分；
(2)球磨:將各個組分混合在一起，放入球磨機(jī)進(jìn)行研磨混合；
(3)冷壓成型:將混合粉體采用60T壓機(jī)進(jìn)行壓制；
(4)將成型后的粉體放入模具中，進(jìn)行高溫煅燒，溫度為1350°C，壓力600MPa，時間6h；
(5)煅燒之后，待冷卻取出，即得到塊狀復(fù)合人工骨氧化鋯生物陶瓷。
[0017]對得到的塊狀復(fù)合人工骨氧化鋯生物陶瓷進(jìn)行檢測，檢測生物陶瓷的性能:硬度1250HV ;壓縮強(qiáng)度 2310MPa ;抗彎強(qiáng)度 1120MPa ;韌性 23MPa.m1/2。
[0018]實施例2:
一種復(fù)合人工骨氧化鋯生物陶瓷，包括以下質(zhì)量份數(shù)的各個組分:
氧化鋯85份、納米氧化鈦7份、硅酸鋁纖維5份、沸石粉5份、磷酸四鈣10份和氧化鎂12份。
[0019]根據(jù)本發(fā)明提供的制備方法制備復(fù)合人工骨氧化鋯生物陶瓷，步驟如下:
(1)稱量:準(zhǔn)確稱取各個組分；
(2)球磨:將各個組分混合在一起，放入球磨機(jī)進(jìn)行研磨混合；
(3)冷壓成型:將混合粉體采用60T壓機(jī)進(jìn)行壓制；
(4)將成型后的粉體放入模具中，進(jìn)行高溫煅燒，溫度為1300°C，壓力600MPa，時間5h；
(5)煅燒之后，待冷卻取出，即得到塊狀復(fù)合人工骨氧化鋯生物陶瓷。
[0020]對得到的塊狀復(fù)合人工骨氧化鋯生物陶瓷進(jìn)行檢測，檢測生物陶瓷的性能:硬度1280HV ;壓縮強(qiáng)度 2350MPa ;抗彎強(qiáng)度 1140MPa ;韌性 24MPa.m1/2。
[0021]實施例3:
一種復(fù)合人工骨氧化鋯生物陶瓷，包括以下質(zhì)量份數(shù)的各個組分:
氧化鋯75份、納米氧化鈦3份、硅酸鋁纖維3份、沸石粉3份、磷酸四鈣6份和氧化鎂6份。
[0022]根據(jù)本發(fā)明提供的制備方法制備復(fù)合人工骨氧化鋯生物陶瓷，步驟如下:
(1)稱量:準(zhǔn)確稱取各個組分；
(2)球磨:將各個組分混合在一起，放入球磨機(jī)進(jìn)行研磨混合；
(3)冷壓成型:將混合粉體采用60T壓機(jī)進(jìn)行壓制；
(4)將成型后的粉體放入模具中，進(jìn)行高溫煅燒，溫度為1280°C，壓力650MPa，時間7h；
(5)煅燒之后，待冷卻取出，即得到塊狀復(fù)合人工骨氧化鋯生物陶瓷。
[0023]對得到的塊狀復(fù)合人工骨氧化鋯生物陶瓷進(jìn)行檢測，檢測生物陶瓷的性能:硬度1310HV ;壓縮強(qiáng)度 2320MPa ;抗彎強(qiáng)度 1150MPa ;韌性 24MPa.m1/2。
[0024]實施例4:
一種復(fù)合人工骨氧化鋯生物陶瓷，包括以下質(zhì)量份數(shù)的各個組分:
氧化鋯82份、納米氧化鈦5份、硅酸鋁纖維4份、沸石粉4份、磷酸四鈣8份和氧化鎂11份。
[0025]根據(jù)本發(fā)明提供的制備方法制備復(fù)合人工骨氧化鋯生物陶瓷，步驟如下:
(1)稱量:準(zhǔn)確稱取各個組分；
(2)球磨:將各個組分混合在一起，放入球磨機(jī)進(jìn)行研磨混合；
(3)冷壓成型:將混合粉體采用60T壓機(jī)進(jìn)行壓制；
(4)將成型后的粉體放入模具中，進(jìn)行高溫煅燒，溫度為1280°C，壓力720MPa，時間5h；
(5)煅燒之后，待冷卻取出，即得到塊狀復(fù)合人工骨氧化鋯生物陶瓷。
[0026]對得到的塊狀復(fù)合人工骨氧化鋯生物陶瓷進(jìn)行檢測，檢測生物陶瓷的性能:硬度1320HV ;壓縮強(qiáng)度 2340MPa ;抗彎強(qiáng)度 1160MPa ;韌性 25MPa.m1/2。
[0027]實施例5:
一種復(fù)合人工骨氧化鋯生物陶瓷，包括以下質(zhì)量份數(shù)的各個組分:
氧化鋯78份、納米氧化鈦4份、硅酸鋁纖維4份、沸石粉3份、磷酸四鈣7份和氧化鎂10份。
[0028]根據(jù)本發(fā)明提供的制備方法制備復(fù)合人工骨氧化鋯生物陶瓷，步驟如下:
(1)稱量:準(zhǔn)確稱取各個組分；
(2)球磨:將各個組分混合在一起，放入球磨機(jī)進(jìn)行研磨混合；
(3)冷壓成型:將混合粉體采用60T壓機(jī)進(jìn)行壓制；
(4)將成型后的粉體放入模具中，進(jìn)行高溫煅燒，溫度為1280°C，壓力720MPa，時間6h；
(5)煅燒之后，待冷卻取出，即得到塊狀復(fù)合人工骨氧化鋯生物陶瓷。
[0029]對得到的塊狀復(fù)合人工骨氧化鋯生物陶瓷進(jìn)行檢測，檢測生物陶瓷的性能:硬度1360HV ;壓縮強(qiáng)度 2360MPa ;抗彎強(qiáng)度 1180MPa ;韌性 26MPa.m1/2。
[0030]對所公開的實施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對這些實施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。
【主權(quán)項】
1.一種復(fù)合人工骨氧化鋯生物陶瓷，其特征在于，由以下質(zhì)量份數(shù)的各個組分制備而成: 氧化鋯70-85份、納米氧化鈦2-7份、硅酸鋁纖維2-5份、沸石粉2_5份、磷酸四鈣5_10份和氧化鎂5-12份。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合人工骨氧化鋯生物陶瓷，其特征在于:各個組分的質(zhì)量份數(shù)為:氧化鋯75-82份、納米氧化鈦3-5份、硅酸鋁纖維3-4份、沸石粉3_4份、磷酸四鈣6-8份和氧化鎂6-11份。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的復(fù)合人工骨氧化鋯生物陶瓷，其特征在于:各個組分的質(zhì)量份數(shù)為:氧化鋯78份、納米氧化鈦4份、硅酸鋁纖維4份、沸石粉3份、磷酸四鈣7份和氧化鎂10份。
4.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合人工骨氧化鋯生物陶瓷的制備方法，其特征在于，制備步驟如下: (1)稱量:準(zhǔn)確稱取各個組分； (2)球磨:將各個組分混合在一起，放入球磨機(jī)進(jìn)行研磨混合； (3)冷壓成型:將混合粉體進(jìn)行冷壓成型； (4)將成型后的粉體放入模具中，進(jìn)行高溫煅燒，溫度為1200°C_1500°C，壓力500-800MPa，時間 4_10h ; (5)煅燒之后，待冷卻取出，即得到塊狀復(fù)合人工骨氧化鋯生物陶瓷。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的復(fù)合人工骨氧化鋯生物陶瓷的制備方法，其特征在于:步驟(4)中煅燒的溫度為1280°C。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的復(fù)合人工骨氧化鋯生物陶瓷的制備方法，其特征在于:步驟(4)中煅燒的壓力為720MPa。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種復(fù)合人工骨氧化鋯生物陶瓷及其制備方法，涉及生物材料領(lǐng)域，由以下質(zhì)量份數(shù)的各個組分制備而成：氧化鋯70-85份、納米氧化鈦2-7份、硅酸鋁纖維2-5份、沸石粉2-5份、磷酸四鈣5-10份和氧化鎂5-12份。一種復(fù)合人工骨氧化鋯生物陶瓷的制備方法，制備步驟如下：（1）稱量；（2）球磨；（3）冷壓成型；（4）高溫煅燒；（5）冷卻。本發(fā)明提供的復(fù)合人工骨氧化鋯生物陶瓷，具有較高的抗壓強(qiáng)度和斷裂韌性，同時具有較好的生物相容性，是較好的人工骨生物材料。
【IPC分類】C04B35-80, A61L27-10, C04B35-49, C04B35-645
【公開號】CN104829229
【申請?zhí)枴緾N201510146890
【發(fā)明人】殷飛, 劉大學(xué), 李永超
【申請人】蘇州維泰生物技術(shù)有限公司
【公開日】2015年8月12日
【申請日】2015年3月31日