β-硅酸二鈣陶瓷的制備及其生物活性研究.pdf

1、自從1971年Hench發(fā)明生物活性玻璃以來，許多鈣-硅基生物活性陶瓷和玻璃作為骨修復(fù)替換材料得到廣泛研究。其中，β相硅酸二鈣(β-Ca2SiO4)不僅具有良好的生物活性、降解性和細(xì)胞相容性，還具有水硬性的特點(diǎn)，有望成為一種性能優(yōu)良的骨修復(fù)替換材料。但β-Ca2SiO4在常溫下是介穩(wěn)相，傳統(tǒng)工藝制備β-Ca2SiO4需通過摻加穩(wěn)定劑，并且需要高溫煅燒法急冷才能獲得，存在能耗高、耗時長的缺點(diǎn)。本文以β-Ca2SiO4為研究對象，分別采用傳

2、統(tǒng)燒結(jié)工藝和微波燒結(jié)工藝制備β-Ca2SiO4陶瓷，考察了原料、燒結(jié)溫度、穩(wěn)定劑含量等因素對β-Ca2SiO4陶瓷合成的影響，并通過模擬體液浸泡實(shí)驗考察了微波燒結(jié)工藝制備β-Ca2SiO4陶瓷的生物活性。具體研究內(nèi)容和結(jié)果如下： 1.采用傳統(tǒng)工藝制備β-Ca2SiO4陶瓷，考察了穩(wěn)定劑(磷酸三鈣)和燒結(jié)溫度對合成的影響。結(jié)果表明，穩(wěn)定劑是β-Ca2SiO4在常溫下穩(wěn)定的主要原因，β-Ca2SiO4的穩(wěn)定性隨著穩(wěn)定劑含量的增加而增

3、加，不加穩(wěn)定劑時β-Ca2SiO4易向常溫穩(wěn)定的γ相轉(zhuǎn)化。穩(wěn)定劑加入量超過1％極限固溶度，介穩(wěn)相β-Ca2SiO4向高溫相α'L-Ca2SiO4轉(zhuǎn)化。在摻加穩(wěn)定劑的前提下，傳統(tǒng)工藝制備β-Ca2SiO4陶瓷的燒結(jié)溫度低于1340℃時，β-Ca2SiO4不能穩(wěn)定存在而向γ-Ca2SiO4轉(zhuǎn)化；燒結(jié)溫度高于1340℃時β-Ca2SiO4能穩(wěn)定存在，隨著燒結(jié)溫度的升高，β-Ca2SiO4陶瓷的氣孔率和孔徑減小，陶瓷致密度逐漸增加，陶瓷表面趨于

4、光滑。 2.將噴霧干燥與微波燒結(jié)相結(jié)合，發(fā)明了一種制備β-Ca2SiO4陶瓷的新工藝。新工藝中β-Ca2SiO4陶瓷的合成溫度降低至900℃，合成時間僅需30分鐘，具有快速、節(jié)能、高效的特點(diǎn)。β-Ca2SiO4陶瓷合成時，穩(wěn)定劑的加入與否不再是β-Ca2SiO4常溫穩(wěn)定存在的唯一因素，材料的納米效應(yīng)和微波的非熱效應(yīng)對β-Ca2SiO4常溫穩(wěn)定存在起了至關(guān)重要的作用，不加穩(wěn)定劑同樣可使β-Ca2SiO4穩(wěn)定存在而不向γ相轉(zhuǎn)變。與傳

5、統(tǒng)燒結(jié)工藝一樣，隨著穩(wěn)定劑加入量超過1％極限固溶度，介穩(wěn)相β-Ca2SiO4亦可向高溫相α'L-Ca2SiO4轉(zhuǎn)化。 3.經(jīng)模擬體液浸泡，采用新工藝制備的β-Ca2SiO4陶瓷表面能誘導(dǎo)球狀羥基磷灰石晶體的沉積，表明β-Ca2Si04陶瓷具有優(yōu)良的體外生物活性。 從以上研究結(jié)果可見，與傳統(tǒng)工藝相比較，采用新工藝成功制備β-Ca2SiO4陶瓷，能顯著降低合成溫度、縮短合成所需時間，并減少對穩(wěn)定劑的要求，具有快速、節(jié)能、高效