含碳酸根的双相HA/β-TCP多孔钙磷陶瓷的制备及其材料中类骨磷灰石形成的研究

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生物材料表面形成类骨磷灰石层对骨的形成有非常重要的作用。为制备出骨形成能力优良的钙磷陶瓷材料,本文以新制粉工艺制备的含碳酸根的钙磷陶瓷粉末为原料,采用加致孔剂法制备了孔结构较好的双相HA/β-TCP多孔钙磷陶瓷。并利用体外模拟装置研究和评价了大孔、微孔及相组成等因素对含碳酸根的双相HA/β-TCP多孔钙磷陶瓷表面类骨磷灰石形成的影响。优化出较佳的工艺和结构参数,为其应用奠定基础。 在制备多孔陶瓷坯体时,成型工艺对其质量的影响较大。经研究,本文选择大孔致孔剂为硬脂酸,微孔致孔剂为聚乙烯醇缩丁醛(PVB),且在配料质量比例为m钙磷粉:m硬脂酸:mPVB=1:0.25:0.3的条件下,1克钙磷粉末用0.25毫升的4wt%PVA作为粘结剂,在最佳成型压力7MPa下保压3min,通过特定混料工艺便能制得孔结构及性能良好的多孔陶瓷。 烧结工艺对多孔陶瓷的孔隙率和强度有很大的影响。研究获得的最佳工艺是:在无Al2O3埋粉包埋和最佳烧结制度(在200℃保温1h,升温至800℃保温1h,再升至1150℃保温2h)烧结下,制得了孔连通性较好且孔分布均匀,微孔丰富;晶粒形态规整且晶粒间呈颈部连接,似网状结构的多孔钙磷陶瓷。该多孔陶瓷的孔隙率为52.7%,抗压强度为2.63MPa。 多孔陶瓷的大孔径影响浸泡在模拟体液(SBF)中的钙磷陶瓷材料类骨磷灰石的形成。研究结果表明:在孔径为100-500μm范围内,以大孔孔径为300-400μm的多孔陶瓷能在较短时间内形成类骨磷灰石晶体,且在相同浸泡时间内,与其它大孔孔径的多孔陶瓷相比,它在材料表面及孔隙内部形成的类骨磷灰石晶体最多。经分析,该类骨磷灰石晶体为磷灰石结构中部分Po43一被c032一所替代B型轻基磷灰石。 不同种类的微孔致孔剂及加入量的不同对含碳酸根的钙磷陶瓷的类骨磷灰石的形成有不同的影响。研究表明,PVB作为微孔致孔剂比硬脂酸粉末作为微孔致孔剂更有利于多孔陶瓷形成良好的大孔/微孔结构,有利于局域高钙磷离子浓度的形成,从而有利于类骨磷灰石晶体的形成。并且当PVB的加入量为m钙,粉:m PvB二1:0.3时的多孔陶瓷,浸泡在SBF液中相同的时间,能更好的促进陶瓷中类骨磷灰石晶体的形成。 相组成对含碳酸根的钙磷陶瓷中类骨磷灰石的形成也有较大的影响。对含co32一的HA/刀一TcP多孔陶瓷而言,在刀一TcP相含量较低(HA/刀一TCP之比为9/l)时,材料表面和孔隙内部也有类骨磷灰石晶体的形成。且随着刀一TCP含量增加,即HA/刀一TcP比值减小时,含co32-的HA/刀一TCP多孔陶瓷在其材料表面形成CHA晶体就越容易。其中以HA/刀一TCP比值为6/4时,材料中形成类骨磷灰石晶体的能力最好。
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