硅酸钙生物陶瓷的制备工艺与生物活性研究

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硅酸钙(CaSiO3)陶瓷是一种近年来发现的具有良好生物活性的新型陶瓷。有着广泛的应用前景。但是,普通硅酸钙陶瓷难于烧结、力学性能差的缺陷限制了硅酸钙陶瓷在骨移植尤其是在承重骨移植方面的应用。为了改善硅酸钙陶瓷的力学性能,本文从纳米陶瓷技术与热压烧结技术两方面入手,着重讨论了纳米粉体的制备工艺,陶瓷的热压烧结工艺和后期对陶瓷试样的生物活性检测与评价。以硝酸钙(CaNO3·6H2O)和正硅酸乙酯(Si(OC2H5)4)为原料,利用溶胶-凝胶法制备纳米硅酸钙粉体,研究了制备过程中的热处理温度及热处理时间对粉体晶相及粉体颗粒尺寸的影响。以热压烧结设备对制备的粉体进行烧结,研究了烧结过程中烧结温度、保温时间以及烧结压力等因素对陶瓷性能的影响。对制备的陶瓷试样进行体外生物活性测试,研究了硅酸钙生物陶瓷对类骨羟基磷灰石的诱导能力。研究结果表明:不同的热处理温度及时间对粉体的晶相和形貌影响较大,干凝胶粉体在880℃,保温时间1小时时热处理所得的粉体颗粒较为均匀,为直径30纳米、长度50纳米左右的短棒状结构。在950℃,烧结压力35MPa,保温时间20分钟时制备了力学性能比较好的硅酸钙陶瓷,其抗压强度达到241MPa,硬度660Hv。在对试样进行体外活性测试时,三天后试样表面就出现了羟基磷灰石膜层,15天内膜层的厚度一直在增加,表明这种高强度的硅酸钙陶瓷具有良好的生物活性。
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