生物活性玻璃的制備及其組織性能研究.pdf

1、本文采用高溫熔融法制備了Na<,2>O-CaO-P<,2>O<,5>-SiO<,2>系生物活性玻璃粉末及塊體材料，并采用激光熔覆的方法于鈦合金表面制備了生物玻璃涂層。通過(guò)X射線衍射(XRD)、掃描電鏡(SEM)、電子探針(EPMA)、傅立葉紅外轉(zhuǎn)換光譜(FTIR)等測(cè)試方法對(duì)生物玻璃的內(nèi)部基團(tuán)、物理、化學(xué)性能及生物活性進(jìn)行了表征，對(duì)鈦合金表面激光熔覆層的微觀組織形貌進(jìn)行了研究。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，生物玻璃粉末及塊體材料均呈非晶態(tài)，內(nèi)

2、部基團(tuán)主要含有Si-O(s)拉伸振動(dòng)峰、Si-O(r)搖擺振動(dòng)峰及Si-O(b)彎曲振動(dòng)峰三種不同振動(dòng)模式的Si-O基團(tuán)及非橋氧鍵(Si-O-NBO)。不同熔融溫度下制備的生物玻璃，除熔融過(guò)程中鈉的揮發(fā)導(dǎo)致Na<,2>O含量與設(shè)計(jì)值差別較大外，其它氧化物含量均與其設(shè)計(jì)值相近。生物玻璃于NaOH溶液中浸泡后，試樣表面表現(xiàn)出明顯的腐蝕溝槽和裂紋，且浸泡腐蝕過(guò)程中腐蝕速率逐漸減小，浸泡50天后玻璃質(zhì)量趨于穩(wěn)定。 生物玻璃粉末及塊體材料

3、模擬體液浸泡實(shí)驗(yàn)中，試樣表面形貌變化顯著。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，浸泡過(guò)程中生物玻璃表面先后生成富含Si元素的SiO2溶膠凝膠層及富含Ca、P元素的Ca-P層，且Ca-P層上富集眾多球形顆粒，能譜分析結(jié)果顯示，球形顆粒主要含有Ca、P元素，且Ca/P化學(xué)計(jì)量比為1.624，與羥基磷灰石Ca/P計(jì)量比(1.667)接近。X射線衍射分析結(jié)果表明，生物玻璃外層表面生成的Ca-P富含層為羥基磷灰石及部分碳酸羥基磷灰石。生物玻璃模擬體液活性實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，生

4、物玻璃表面經(jīng)過(guò)離子交換、水解作用后形成的SiO<,2>溶膠凝膠層，為磷灰石形核提供了形核位置，降低了其非均勻臨界形核半徑(r<'*>)和臨界形核功(△G<'*>)。在凝膠層Zeta電勢(shì)的作用下，模擬體液中的Ca、P離子于SiO<,2>溶膠凝膠層上聚集，且由于模擬體液中的過(guò)飽和磷灰石離子活度積IP，磷灰石晶核一旦形成便自發(fā)長(zhǎng)大。 在本實(shí)驗(yàn)條件下，鈦合金表面激光熔覆生物玻璃粉末及生物玻璃與鈦粉混合粉末均可得到表面宏觀形貌質(zhì)量較好的涂

5、層，且涂層表面具有明顯的陶釉特征。激光表面熔覆層X射線衍射圖譜結(jié)果表明，衍射峰重合嚴(yán)重，除少數(shù)主峰外，其它峰密而弱，存在著一定的彌散現(xiàn)象。生物玻璃熔覆涂層物相主要由CaTiO<,3>構(gòu)成，另外含有AlP，Al<,2>O<,3>，Ti<,7>Al<,5>Si<,12>及Ti<,2>O<,3>等物相。混合粉末涂層由于鈦粉的加入，熔覆后表面熔覆層中Ti<,2>O<,3>含量明顯提高。激光熔覆后涂層與基體可得到良好的冶金結(jié)合，熔覆層中凝固組織在