一种磷酸铝钙生物陶瓷及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于生物材料领域，特别涉及一种磷酸铝钙生物陶瓷及该生物陶瓷的制备方法。
【背景技术】
[0002]随着材料科技的发展，生物材料因其对机体组织进行修复、替代与再生的特殊性能，已经成为当今生物医学领域重要的研宄方向之一。生物硬组织代用材料最早是使用体骨、动物骨，后来发展到采用不锈钢和塑料，由于不锈钢存在溶析、腐蚀和疲劳问题，塑料存在稳定性差和强度低的问题。因此造成生物材料发展的瓶颈，生物陶瓷的出现，改善了现有替代材料的不足，因其诸多优势，因此，生物陶瓷具有了广阔的发展前景。
[0003]磷酸钙陶瓷(CPC)是生物活性陶瓷材料中的重要种类，目前研宄和应用最多的是羟基磷灰石(HA)和磷酸三钙(TCP)。磷酸钙陶瓷含有CaO和P2O5两种成份，是构成人体硬组织的重要无机物质，植入人体后，其表面同人体组织可通过键的结合，达到完全亲和。其中，HA在组成和结构上与人骨和牙齿非常相似，具有较高的力学性能，在人体生理环境中可溶解性较低；TCP与骨的结合性好，无排异反应，在水溶液中的溶解程度远高于HA，能被体液缓慢降解、吸收，为新骨的生长提供丰富的钙、磷，促进新骨的生长。
[0004]磷酸三钙(TCP)生物活性陶瓷具有上述诸般优点，但是，其不足较为明显，即缺乏一定的力学性能，没有良好的支撑作用，断裂韧性和强度均不理想，因此，给其使用造成限制。
【发明内容】
[0005]本发明解决的技术问题:针对上述不足，克服现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种磷酸铝钙生物陶瓷及其制备方法。
[0006]本发明的技术方案:一种磷酸铝钙生物陶瓷，由以下质量份数的各个组分制备而成:
磷酸三钙50-70份、纳米氧化铝15-25份、纳米氧化钛2-5份、硅酸铝纤维3_8份、焦磷酸钙5-12份和磷酸铝3-6份。
[0007]作为优选，各个组分的质量份数为:磷酸三钙55-65份、纳米氧化铝18-24份、纳米氧化钛3-4份、硅酸铝纤维5-7份、焦磷酸钙7-10份和磷酸铝4-5份。
[0008]作为优选，各个组分的质量份数为:磷酸三钙58份、纳米氧化铝22份、纳米氧化钛4份、硅酸铝纤维5份、焦磷酸钙8份和磷酸铝4份。
[0009]一种磷酸铝钙生物陶瓷的制备方法，制备步骤如下:
(1)称量:准确称取各个组分；
(2)球磨:将各个组分混合在一起，放入球磨机进行研磨混合；
(3)冷压成型:将混合粉体进行冷压成型；
(4)将成型后的粉体放入模具中，进行高温煅烧，温度为1050°C_1300°C，压力300-600MPa，时间 2_9h ；
(5)煅烧之后，待冷却取出，即得到块状磷酸铝钙生物陶瓷。
[0010]作为优选，步骤(4)中煅烧的温度为1150°C。
[0011]作为优选，步骤(4)中煅烧的压力为510MPa。
[0012]有益效果:本发明提供的磷酸铝钙生物陶瓷，是磷酸钙体系生物活性陶瓷，以磷酸三钙为主体材料，因磷酸三钙生物活性陶瓷在植入人体过程中，会缓慢释放钙磷元素，促进骨骼生长，但是，其力学性能较为欠缺，抗压强度和断裂韧性均不理想，本发明在技术方案中加入纳米氧化铝和磷酸铝，提高了生物陶瓷的力学性能，其抗压强度、抗弯强度和断裂韧性均得到有效提高。
[0013]因此，本发明提供的磷酸铝钙生物陶瓷不仅具有一定的促进骨骼生长作用，而且，其力学性能得到提升，其抗压强度、抗弯强度和断裂韧性均达到一个新水平，是一种理想的骨骼替代修复材料。
【具体实施方式】
[0014]为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
[0015]实施例1:
一种磷酸铝钙生物陶瓷，包括以下质量份数的各个组分:
磷酸三钙70份、纳米氧化铝25份、纳米氧化钛5份、硅酸铝纤维8份、焦磷酸钙5-12份和磷酸铝6份。
[0016]根据本发明提供的制备方法制备磷酸铝钙生物陶瓷，步骤如下:
(1)称量:准确称取各个组分；
(2)球磨:将各个组分混合在一起，放入球磨机进行研磨混合；
(3)冷压成型:将混合粉体采用60T压机进行压制；
(4)将成型后的粉体放入模具中，进行高温煅烧，温度为1250°C，压力400MPa，时间4h；
(5)煅烧之后，待冷却取出，即得到块状磷酸铝钙生物陶瓷。
[0017]对得到的块状磷酸铝钙生物陶瓷进行检测，检测生物陶瓷的性能:硬度920HV ;压缩强度1530MPa ;抗弯强度450MPa ;韧性17MPa.m1/2。
[0018]实施例2:
一种磷酸铝钙生物陶瓷，包括以下质量份数的各个组分:
磷酸三钙50份、纳米氧化铝15份、纳米氧化钛2份、硅酸铝纤维3份、焦磷酸钙5份和磷酸铝3份。
[0019]根据本发明提供的制备方法制备磷酸铝钙生物陶瓷，步骤如下:
(1)称量:准确称取各个组分；
(2)球磨:将各个组分混合在一起，放入球磨机进行研磨混合；
(3)冷压成型:将混合粉体采用60T压机进行压制；
(4)将成型后的粉体放入模具中，进行高温煅烧，温度为1250°C，压力400MPa，时间7h；
(5)煅烧之后，待冷却取出，即得到块状磷酸铝钙生物陶瓷。
[0020]对得到的块状磷酸铝钙生物陶瓷进行检测，检测生物陶瓷的性能:硬度870HV ;压缩强度1480MPa ;抗弯强度430MPa ;韧性15MPa.m1/2。
[0021]实施例3:
一种磷酸铝钙生物陶瓷，包括以下质量份数的各个组分:
磷酸三钙65份、纳米氧化铝24份、纳米氧化钛4份、硅酸铝纤维7份、焦磷酸钙10份和磷酸铝5份。
[0022]根据本发明提供的制备方法制备磷酸铝钙生物陶瓷，步骤如下:
(1)称量:准确称取各个组分；
(2)球磨:将各个组分混合在一起，放入球磨机进行研磨混合；
(3)冷压成型:将混合粉体采用60T压机进行压制；
(4)将成型后的粉体放入模具中，进行高温煅烧，温度为1150°C，压力510MPa，时间6h；
(5)煅烧之后，待冷却取出，即得到块状磷酸铝钙生物陶瓷。
[0023]对得到的块状磷酸铝钙生物陶瓷进行检测，检测生物陶瓷的性能:硬度890HV ;压缩强度151MPa ;抗弯强度440MPa ;韧性16MPa.m1/2。
[0024]实施例4:
一种磷酸铝钙生物陶瓷，包括以下质量份数的各个组分:
磷酸三钙55份、纳米氧化铝18份、纳米氧化钛3份、硅酸铝纤维5份、焦磷酸钙7份和磷酸铝4份。
[0025]根据本发明提供的制备方法制备磷酸铝钙生物陶瓷，步骤如下:
(1)称量:准确称取各个组分；
(2)球磨:将各个组分混合在一起，放入球磨机进行研磨混合；
(3)冷压成型:将混合粉体采用60T压机进行压制；
(4)将成型后的粉体放入模具中，进行高温煅烧，温度为1150°C，压力510MPa，时间6h；
(5)煅烧之后，待冷却取出，即得到块状磷酸铝钙生物陶瓷。
[0026]对得到的块状磷酸铝钙生物陶瓷进行检测，检测生物陶瓷的性能:硬度910HV ;压缩强度1520MPa ;抗弯强度440MPa ;韧性16MPa.m1/2。
[0027]实施例5:
一种磷酸铝钙生物陶瓷，包括以下质量份数的各个组分:
磷酸三钙58份、纳米氧化铝22份、纳米氧化钛4份、硅酸铝纤维5份、焦磷酸钙8份和磷酸铝4份。
[0028]根据本发明提供的制备方法制备磷酸铝钙生物陶瓷，步骤如下:
(1)称量:准确称取各个组分；
(2)球磨:将各个组分混合在一起，放入球磨机进行研磨混合；
(3)冷压成型:将混合粉体采用60T压机进行压制；
(4)将成型后的粉体放入模具中，进行高温煅烧，温度为1150°C，压力510MPa，时间5h；
(5)煅烧之后，待冷却取出，即得到块状磷酸铝钙生物陶瓷。
[0029]对得到的块状磷酸铝钙生物陶瓷进行检测，检测生物陶瓷的性能:硬度910HV ;压缩强度1520MPa ;抗弯强度450MPa ;韧性17MPa.m1/2。
[0030]对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
【主权项】
1.一种磷酸铝钙生物陶瓷，其特征在于，由以下质量份数的各个组分制备而成: 磷酸三钙50-70份、纳米氧化铝15-25份、纳米氧化钛2-5份、硅酸铝纤维3_8份、焦磷酸钙5-12份和磷酸铝3-6份。
2.根据权利要求1所述的磷酸铝钙生物陶瓷，其特征在于:各个组分的质量份数为:磷酸三钙55-65份、纳米氧化铝18-24份、纳米氧化钛3_4份、硅酸铝纤维5_7份、焦磷酸钙7-10份和磷酸铝4-5份。
3.根据权利要求2所述的磷酸铝钙生物陶瓷，其特征在于:各个组分的质量份数为:磷酸三钙58份、纳米氧化铝22份、纳米氧化钛4份、硅酸铝纤维5份、焦磷酸钙8份和磷酸铝4份。
4.一种根据权利要求1所述的磷酸铝钙生物陶瓷的制备方法，其特征在于，制备步骤如下: (1)称量:准确称取各个组分； (2)球磨:将各个组分混合在一起，放入球磨机进行研磨混合； (3)冷压成型:将混合粉体进行冷压成型； (4)将成型后的粉体放入模具中，进行高温煅烧，温度为1050°C_1300°C，压力300-600MPa，时间 2_9h ； (5)煅烧之后，待冷却取出，即得到块状磷酸铝钙生物陶瓷。
5.根据权利要求4所述的磷酸铝钙生物陶瓷的制备方法，其特征在于:步骤(4)中煅烧的温度为1150°C。
6.根据权利要求4所述的磷酸铝钙生物陶瓷的制备方法，其特征在于:步骤(4)中煅烧的压力为510MPa。
【专利摘要】本发明公开了一种磷酸铝钙生物陶瓷及其制备方法，涉及生物材料领域，由以下质量份数的各个组分制备而成：磷酸三钙50-70份、纳米氧化铝15-25份、纳米氧化钛2-5份、硅酸铝纤维3-8份、焦磷酸钙5-12份和磷酸铝3-6份。一种磷酸铝钙生物陶瓷的制备方法，制备步骤如下：（1）称量；（2）球磨；（3）冷压成型；（4）高温煅烧；（5）冷却。本发明提供的磷酸铝钙生物陶瓷不仅具有一定的促进骨骼生长作用，而且，其力学性能得到提升，其抗压强度、抗弯强度和断裂韧性均达到一个新水平，是一种理想的骨骼替代修复材料。
【IPC分类】A61L27-10, C04B35-80, C04B35-645, C04B35-447
【公开号】CN104829222
【申请号】CN201510146702
【发明人】王彦军, 刘乐峰, 邱东成
【申请人】苏州维泰生物技术有限公司
【公开日】2015年8月12日
【申请日】2015年3月31日