原位合成HA过程中Y2O3的影响

论文摘要

人工合成的羟基磷灰石（HA）组成与脊椎动物骨和齿的无机成分十分相近,因此具有良好的生物相容性,植入人体后能在界面上与骨形成很强的化学键合,引起了各国学者高度关注,是临床应用的主选材料之一。传统干法制备HA 生物陶瓷过程中易产生非晶相,且加热反应过程中羟基容易脱出,这就限制了人工合成HA 生物陶瓷作为替换材料的应用。因而有必要寻求改性的新方法。生物体内的磷灰石是一种晶体结构不完善的HA,其中结合有少量的碳酸根、氟、硅、柠檬酸、镁、钠、锶等离子。在合成HA 时,有选择性地掺杂一些离子,制备出掺杂HA,可使其性能更接近自然骨。本研究选用碳酸钙粉末（CaCO3）、二水磷酸氢钙粉末（CaHPO4·2H2O）和氧化钇粉末（Y2O3）作为原料,采用固相反应的方法制备HA 生物陶瓷,利用热分析（TG-DSC）、X 射线粉末衍射（XRD）、傅立叶红外光谱（FT-IR）等分析手段研究试样在不同温度区间、不同Y2O3含量条件下质量、热焓、物相组成、原子基团等的变化。讨论了不同Y2O3含量对原位合成HA 的影响。研究结果表明: ①在本试验条件下,制备出了CO32-、Y3+复合掺杂的HA,即Y-CHA。这是迄今为止首次开展的对CO32-、Y3+离子复合掺杂HA 的较系统研究。②Y2O3对γ-Ca2P2O7向β-Ca2P2O7的转变速率产生影响。当Y2O3 的含量为0.5%wt 时,相变活化能最低,相变速率最快;且随着Y2O3含量的增加,β-Ca2P2O7的高温稳定性提高。③随着Y2O3含量的增加,不断有Y3+离子进入β-Ca3（PO4）2中,形成Ca9Y（PO4）7。当Y2O3的含量为1.0%wt 时,生成的含Y 的β-Ca3（PO4）2空间群变为为R3m。这种结构的β-Ca3（PO4）2生成的HA 中OH-和CO32-的含量较多,故有望以此为途径,解决干法合成HA 中OH-易丢失的问题;且Y2O3的添加,提高了OH-和CO32-的高温稳定性。④掺杂Y 元素的β-Ca3（PO4）2,即Ca9Y（PO4）7在1250℃左右发生相变。随着Y2O3含量的增加,相变反应活化能增大,当Y2O3 含量为2.0%wt 时,活化能增长迅速,使反应在试验条件下无法进行。所以,随着Y2O3含量的增加,Ca9Y（PO4）7的高温稳定性不断提高。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 课题背景介绍
• 1.1 前言
• 1.2 磷酸钙生物陶瓷合成的研究进展
• 1.2.1 人体硬组织修复材料的发展
• 1.2.2 磷酸钙粉末及陶瓷的制备
• 1.2.3 磷酸钙生物陶瓷的结构及主要物化性质
• 1.3 羟基磷灰石掺杂改性及主要理论成就
• 1.3.1 碳羟基磷灰石（CHA）
• 1.3.2 氟羟基磷灰石（FHA）
• 1.3.3 硅羟基磷灰石（SiHA）
• 1.3.4 其它掺杂羟基磷灰石（M-HA）
• 1.3.5 复合掺杂羟基磷灰石
• 1.4 医用稀土研究进展
• 1.4.1 抗凝血
• 1.4.2 治疗烧伤
• 1.4.3 抗动脉硬化
• 1.4.4 抗肿瘤
• 1.4.5 治疗糖尿病
• 1.4.6 抗艾滋病毒
• 1.4.7 对DNA 催化水解切断研究
• 1.5 本研究的目的、内容及意义
• 1.5.1 本研究的思路与目的
• 1.5.2 具体研究内容
• 1.5.3 课题意义
• 2 试验材料及试验方法
• 2.1 试验流程图
• 2.2 试验材料
• 2.3 主要试验设备
• 2.4 试验方法
• 2.4.1 热分析试验
• 2.4.2 烧结试验
• 2.4.3 XRD 分析
• 2.4.4 FTIR 分析
• 3 试验结果
• 3.1 XRD 分析结果
• 3.2 FTIR 分析结果
• 3.3 TG-DSC 分析结果
• 4 分析与讨论
• 4.1 引言
• 4.2 关于α-CPP 的一个问题
• 4.3 磷酸钙盐形成的化学过程
• 4.3.1 750℃以下磷酸盐的化学过程
• 4.3.2 未加氧化钇体系的化学过程
• 4.3.3 氧化钇体系的化学过程
• 4.3.4 综合对比分析
• 4.4 动力学计算
• 4.4.1 热分析动力学原理
• 4.4.2 动力学分析
• 5 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录 作者在攻读硕士学位期间发表的论文
• 独创性声明
• 学位论文版权使用授权书