羥基磷灰石-純金屬(Ti、Fe、Mn)生物復合材料的制備及其性能表征.pdf

1、作為一種理想的骨替代修復材料，羥基磷灰石(HAp)因與人體硬組織有著相似的無機成分，從而受到了廣泛的關(guān)注。但是由于HAp有限的生物活性以及較差的力學性能，極大地限制了其在醫(yī)療領(lǐng)域中的直接應(yīng)用。本論文試圖通過向HAp中添加一定體積分數(shù)的Ti、Fe、Mn來改善HAp的生物活性和力學性能，制備出了HAp/Ti、HAp/Fe和HAp/Mn生物陶瓷-金屬復合材料，并通過X射線衍射(XRD)分析、體外生物活性實驗以及壓縮力學實驗等手段對制備的復合材

2、料的物相和性能進行了系統(tǒng)的表征。
　　采用冷壓-真空燒結(jié)的方法，以HAp和Ti為原料，經(jīng)1000℃燒結(jié)制備出一系列含不同體積分數(shù)Ti的HAp/Ti生物復合材料(HAp-30vol.％Ti、HAp-50vol.％Ti、HAp-70vol.％Ti)。結(jié)果表明，Ti的存在在一定范圍內(nèi)可以起到降低HAp初始分解溫度，促進其發(fā)生分解的作用，隨著Ti含量的增加，HAp的分解程度出現(xiàn)了先增大(當vol.％Ti≤50％)后減小(vol.％Ti=5

3、0％)的趨勢。HAp-50vol.％Ti復合材料中HAp在Ti的作用下分解程度最大，燒結(jié)后其主要物相為Ca4O(PO4)2、 CaO、Ti及TiP。體外生物活性實驗表明，三種不同配比的復合材料均具有一定的生物活性，特別是HAp-50vol.％Ti樣品在浸泡SBF溶液24 h后樣品表面就沉積了球形類骨磷灰石晶體，168 h后沉積的磷灰石層變得更加致密，該層為具有一定結(jié)晶度的羥基磷灰石。類骨磷灰石的沉積主要與HAp的分解產(chǎn)物以及Ti與SBF

4、溶液形成的Ti-OH基團有關(guān)，大量的表面帶有負電荷的Ti-OH基團為類骨磷灰石的成核提供了有利的位置，而HAp分解產(chǎn)物產(chǎn)生的Ca2+和p5+等離子以及SBF中的多種離子為類骨磷灰石的形成提供了物質(zhì)保證。在10-3s-1應(yīng)變速率下對燒結(jié)后以及浸泡SBF溶液不同時間的HAp-50vol.％Ti和HAp-70vol.％Ti樣品進行壓縮性能測試表明，HAp-50vol.％Ti樣品在浸泡SBF溶液之后其最大壓縮強度出現(xiàn)了先增大后減小的趨勢，而HA

5、p-70vol.％Ti隨著浸泡時間的延長壓縮強度逐漸減小。
　　采用同樣的方法制備出HAp-50vol.％還原Fe、HAp-50vol.％純Fe以及HAp-50vol.％Mn復合材料。對燒結(jié)后各組樣品的XRD分析表明，還原Fe、純Fe以及Mn的加入均在一定程度上促進了HAp發(fā)生分解，燒結(jié)后HAp-50vol.％還原Fe樣品的主要物相為Ca10(PO4)6(OH)2、Fe、CaO以及Fe2O3，HAp-50vol.％純Fe樣品燒結(jié)后

6、主要物相為Ca8.86(PO4)2(H2O)2和Fe，而HAp-50vol.％Mn樣品燒結(jié)后主要物相為Ca2Mn(PO4)2(H2O)2、Mn2P和MnO。體外生物活性實驗表明，三種樣品同樣具有一定的生物活性，僅從樣品表面所沉積的類骨磷灰石致密度來講，HAp/還原Fe復合材料的體外生物活性略優(yōu)于HAp/純Fe復合材料。在10-3s-1應(yīng)變速率下進行的壓縮性能測試結(jié)果顯示，HAp-50vol.％還原Fe樣品和HAp-50vol.％純Fe樣