生物复合材料CaSiO3+B2O3+SrCO3+CaF2+ZnO/HA的制备及性能研究

论文摘要

人工合成的羟基磷灰石（hydroxyapatite，简称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。但是纯羟基磷灰石陶瓷是低强度脆性材料，只能应用于非承重部位，大大限制了其临床应用。因此，制备综合性能优越的复合生物材料是当今研究的重心和热点。本研究在湿法合成羟基磷灰石的基础上，把硅灰石、氧化硼、碳酸锶、氟化钙、氧化锌按一定比例添加到羟基磷灰石中，在无压烧结条件下制备出了CaSiO3+B2O3+SrCO3+CaF2+ZnO／HA生物复合材料；用XRD研究了其物相组成，用SEM观察了复合材料的形貌结构；为了解材料的力学性能，采用WDW-10型微机控制电子式万能试验机对材料的弯曲强度进行了测试；最后对材料的生物相容性进行了初步评价。本论文获得的具体结果如下：1．通过XRD、SEM研究，复合材料的主晶相是羟基磷灰石，硅灰石以玻璃相填充于羟基磷灰石晶粒构成的骨架结构间隙，增加了复合材料的强度，并夹杂有大量气孔和微裂纹。复合材料的弯曲强度高于单一羟基磷灰石材料的弯曲强度，达到了增强效果。2．氧化硼、氟化钙的引入可以明显降低复合材料的烧结温度，从而有效地阻止了羟基磷灰石高温（＞1300℃）分解，有利于材料的力学性质。3．随着烧结温度的升高，复合材料的致密度也相应提高，气孔率下降，其结果是导致复合材料的弯曲强度随之提高。4．综合比较，硅灰石添加量为20％时，复合材料的抗弯曲强度最高，增强效果最佳。5．复合材料的增强机理是：（1）自增强；（2）饯余应力场增强；（3）晶须补强。6．复合材料的生物相容性评价初步结果显示：这种复合材料无细胞毒性：复合材料符合溶血试验标准，不具有溶血性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 生物陶瓷材料分类
• 1.3 羟基磷灰石生物陶瓷
• 1.3.1 羟基磷灰石晶体结构
• 1.3.2 羟基磷灰石物理性质
• 1.3.3 羟基磷灰石陶瓷的发展
• 1.3.4 羟基磷灰石粉体制备
• 1.3.5 羟基磷灰石的高温稳定性
• 1.4 羟基磷灰石复合生物材料的研究现状
• 1.4.1 研究背景
• 1.4.2 研究进展
• 1.5 硅灰石
• 1.5.1 硅灰石的化学组成和分类
• 1.5.2 硅灰石晶体的结构
• 1.5.3 硅灰石的性质
• 1.5.4 硅灰石的用途
• 1.5.5 硅灰石在生物医用方面的应用
• 1.6 本课题的研究意义和方法
• 第2章 生物复合材料的制备
• 2.1 HA 粉料的合成
• 2.2 复合材料的成型
• 2.2.1 混合粉体的制备
• 2.2.2 冷压成型
• 2.2.3 冷等静压
• 2.3 复合材料的烧结
• 2.3.1 烧结的动力
• 2.3.2 烧结分类
• 2.3.3 致密化的影响因素
• 2.3.4 烧结技术
• 2.3.5 烧成制度的确定
• 第3章 生物复合材料性能研究
• 3.1 材料的抗弯曲强度
• 3.1.1 抗弯曲强度的测定
• 3.1.2 试样抗弯曲强度结果
• 3.2 材料的物相
• 3.2.1 复合材料的 XRD 图
• 3.2.2 复合材料的物相结果
• 3.3 材料的形貌
• 3.3.1 复合材料的 SEM 照片
• 3.3.2 复合材料断面观察
• 3.4 材料的实验结果讨论
• 3.4.1 样品的弯曲强度结果分析
• 3.4.2 材料的微观形貌讨论
• 3.5 氧化硼、碳酸锶等辅助性原料的影响
• 3.5.1 氧化硼对复合材料的影响
• 3.5.2 碳酸锶对复合材料的影响
• 3.5.3 氧化锌对复合材料的影响
• 3.5.4 氟化钙对复合材料的影响
• 第4章 复合材料的增强机理探讨
• 4.1 自增强
• 4.2 残余应力场增强
• 4.3 晶须补强
• 第5章 复合材料的生物相容性评价初步
• 5.1 生物材料生物学实验
• 5.1.1 体内实验
• 5.1.2 体外实验
• 5.2 复合材料的生物相容性结果
• 5.2.1 细胞毒性实验
• 5.3.2 溶血实验
• 第6章 结论
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的论文
• 致谢