一种复合人工骨氧化锆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，特别涉及一种复合人工骨氧化锆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]氧化锆陶瓷是以Zr02为主要成分的生物惰性陶瓷，其显著特征是具有高断裂韧性、高断裂强度和低弹性模量。氧化锆(Zr02)具有极高的化学稳定性和热稳定性，在生理环境中呈现惰性，具有很好的生物相容性。
[0004]骨骼是人体重要的支撑器官，起到运动、支撑和保护的作用，因此，人工骨替代材料需具备较高的强度和韧性，同时，较低的弹性模量，这正是氧化锆生物陶瓷的优势，因此，氧化锆陶瓷作为人工骨替代材料具有较好的应用前景。但，在其具体应用过程中，传统氧化锆陶瓷，即氧化锆含量达到90%以上的陶瓷材料，其脆性较大，抗弯强度较好，但是抗压强度相对氧化铝陶瓷较低，因此，需要提升氧化锆陶瓷的整体性能，以使其更难好的满足人工骨的使用需求。
【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复合人工骨氧化锆生物陶瓷及其制备方法。
[0006]本发明的技术方案:一种复合人工骨氧化锆生物陶瓷，由以下质量份数的各个组分制备而成:
氧化锆70-85份、纳米氧化钛2-7份、硅酸铝纤维2-5份、沸石粉2_5份、磷酸四钙5_10份和氧化镁5-12份。
[0007]作为优选，各个组分的质量份数为:氧化锆75-82份、纳米氧化钛3-5份、硅酸铝纤维3-4份、沸石粉3-4份、磷酸四钙6-8份和氧化镁6-11份。
[0008]作为优选，各个组分的质量份数为:氧化锆78份、纳米氧化钛4份、硅酸铝纤维4份、沸石粉3份、磷酸四钙7份和氧化镁10份。
[0009]一种复合人工骨氧化锆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1200°C_1500°C，压力500-800MPa，时间 4_10h ;
(5)煅烧之后，待冷却取出，即得到块状复合人工骨氧化锆生物陶瓷。
[0010]作为优选，步骤(4)中煅烧的温度为1280°C。
[0011]作为优选，步骤(4)中煅烧的压力为720MPa。
[0012]有益效果:本发明提供的复合人工骨氧化锆生物陶瓷，是一种以氧化锆为主体材料的生物惰性陶瓷。根据人工骨的功能特殊性，其对抗压强度和弹性模量性能有较高的要求。本发明提供的生物陶瓷材料，是利用氧化锆为主体材料，加入多种金属氧化物、硅酸盐及磷酸盐，提升了抗压强度，也维持了其较高的断裂韧性，且具有较低的弹性模量，适合人工骨的要求。
[0013]因此，本发明提供的复合人工骨氧化锆生物陶瓷，具有较高的抗压强度和断裂韧性，同时具有较好的生物相容性，是较好的人工骨生物材料。
【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:
一种复合人工骨氧化锆生物陶瓷，包括以下质量份数的各个组分:
氧化锆70份、纳米氧化钛2份、硅酸铝纤维2份、沸石粉2份、磷酸四钙5份和氧化镁5份。
[0016]根据本发明提供的制备方法制备复合人工骨氧化锆生物陶瓷，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1350°C，压力600MPa，时间6h；
(5)煅烧之后，待冷却取出，即得到块状复合人工骨氧化锆生物陶瓷。
[0017]对得到的块状复合人工骨氧化锆生物陶瓷进行检测，检测生物陶瓷的性能:硬度1250HV ;压缩强度 2310MPa ;抗弯强度 1120MPa ;韧性 23MPa.m1/2。
[0018]实施例2:
一种复合人工骨氧化锆生物陶瓷，包括以下质量份数的各个组分:
氧化锆85份、纳米氧化钛7份、硅酸铝纤维5份、沸石粉5份、磷酸四钙10份和氧化镁12份。
[0019]根据本发明提供的制备方法制备复合人工骨氧化锆生物陶瓷，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1300°C，压力600MPa，时间5h；
(5)煅烧之后，待冷却取出，即得到块状复合人工骨氧化锆生物陶瓷。
[0020]对得到的块状复合人工骨氧化锆生物陶瓷进行检测，检测生物陶瓷的性能:硬度1280HV ;压缩强度 2350MPa ;抗弯强度 1140MPa ;韧性 24MPa.m1/2。
[0021]实施例3:
一种复合人工骨氧化锆生物陶瓷，包括以下质量份数的各个组分:
氧化锆75份、纳米氧化钛3份、硅酸铝纤维3份、沸石粉3份、磷酸四钙6份和氧化镁6份。
[0022]根据本发明提供的制备方法制备复合人工骨氧化锆生物陶瓷，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1280°C，压力650MPa，时间7h；
(5)煅烧之后，待冷却取出，即得到块状复合人工骨氧化锆生物陶瓷。
[0023]对得到的块状复合人工骨氧化锆生物陶瓷进行检测，检测生物陶瓷的性能:硬度1310HV ;压缩强度 2320MPa ;抗弯强度 1150MPa ;韧性 24MPa.m1/2。
[0024]实施例4:
一种复合人工骨氧化锆生物陶瓷，包括以下质量份数的各个组分:
氧化锆82份、纳米氧化钛5份、硅酸铝纤维4份、沸石粉4份、磷酸四钙8份和氧化镁11份。
[0025]根据本发明提供的制备方法制备复合人工骨氧化锆生物陶瓷，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1280°C，压力720MPa，时间5h；
(5)煅烧之后，待冷却取出，即得到块状复合人工骨氧化锆生物陶瓷。
[0026]对得到的块状复合人工骨氧化锆生物陶瓷进行检测，检测生物陶瓷的性能:硬度1320HV ;压缩强度 2340MPa ;抗弯强度 1160MPa ;韧性 25MPa.m1/2。
[0027]实施例5:
一种复合人工骨氧化锆生物陶瓷，包括以下质量份数的各个组分:
氧化锆78份、纳米氧化钛4份、硅酸铝纤维4份、沸石粉3份、磷酸四钙7份和氧化镁10份。
[0028]根据本发明提供的制备方法制备复合人工骨氧化锆生物陶瓷，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1280°C，压力720MPa，时间6h；
(5)煅烧之后，待冷却取出，即得到块状复合人工骨氧化锆生物陶瓷。
[0029]对得到的块状复合人工骨氧化锆生物陶瓷进行检测，检测生物陶瓷的性能:硬度1360HV ;压缩强度 2360MPa ;抗弯强度 1180MPa ;韧性 26MPa.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】
1.一种复合人工骨氧化锆生物陶瓷，其特征在于，由以下质量份数的各个组分制备而成: 氧化锆70-85份、纳米氧化钛2-7份、硅酸铝纤维2-5份、沸石粉2_5份、磷酸四钙5_10份和氧化镁5-12份。
2.根据权利要求1所述的复合人工骨氧化锆生物陶瓷，其特征在于:各个组分的质量份数为:氧化锆75-82份、纳米氧化钛3-5份、硅酸铝纤维3-4份、沸石粉3_4份、磷酸四钙6-8份和氧化镁6-11份。
3.根据权利要求2所述的复合人工骨氧化锆生物陶瓷，其特征在于:各个组分的质量份数为:氧化锆78份、纳米氧化钛4份、硅酸铝纤维4份、沸石粉3份、磷酸四钙7份和氧化镁10份。
4.一种根据权利要求1所述的复合人工骨氧化锆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1200°C_1500°C，压力500-800MPa，时间 4_10h ; (5)煅烧之后，待冷却取出，即得到块状复合人工骨氧化锆生物陶瓷。
5.根据权利要求4所述的复合人工骨氧化锆生物陶瓷的制备方法，其特征在于:步骤(4)中煅烧的温度为1280°C。
6.根据权利要求4所述的复合人工骨氧化锆生物陶瓷的制备方法，其特征在于:步骤(4)中煅烧的压力为720MPa。
【专利摘要】本发明公开了一种复合人工骨氧化锆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：氧化锆70-85份、纳米氧化钛2-7份、硅酸铝纤维2-5份、沸石粉2-5份、磷酸四钙5-10份和氧化镁5-12份。一种复合人工骨氧化锆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。本发明提供的复合人工骨氧化锆生物陶瓷，具有较高的抗压强度和断裂韧性，同时具有较好的生物相容性，是较好的人工骨生物材料。
【IPC分类】C04B35-80, A61L27-10, C04B35-49, C04B35-645
【公开号】CN104829229
【申请号】CN201510146890
【发明人】殷飞, 刘大学, 李永超
【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