HA—玻璃—α-Al-,2-O-,3-梯度復(fù)合生物材料的研究.pdf

1、大連理工大學(xué)博士學(xué)位論文HA—玻璃—αAlO梯度復(fù)合生物材料的研究姓名：王志強(qiáng)申請學(xué)位級(jí)別：博士專業(yè)：化學(xué)工藝指導(dǎo)教師：呂秉玲20080601HA—玻璃一aA1203梯度復(fù)合生物材料的研究2以低溫燃燒法合成的0【A1203超細(xì)粉體為主要原料、CaO—MgOA1203一Si02玻璃為熔劑，采用常壓燒結(jié)法制備了c【舢203陶瓷基體。在(／A1203陶瓷表面制備了HA一玻璃一0【A1203梯度復(fù)合生物涂層。其中玻璃分別采用了CaO13205S

2、i02玻璃和R20。A1203B203一Si02玻璃。研究了梯度涂層組成和結(jié)構(gòu)對涂層與伐A1203陶瓷基體結(jié)合牢度和整體梯度材料抗折強(qiáng)度的影響；利用SEM觀察了涂層斷面和表面的顯微結(jié)構(gòu)，并用EDS分析了涂層斷面的化學(xué)組成變化。對HA一玻璃一aA1203梯度生物涂層的研究結(jié)果表明R2026x1203B203一Si02玻璃比CaOP205Si02玻璃更適合于制備梯度復(fù)合材料。當(dāng)采用R20A1203一B203Si02玻璃為梯度涂層玻璃組成，并

3、在涂層中添加適量的超細(xì)0【舢203時(shí)，可以顯著提高涂層的抗剝離強(qiáng)度。在適當(dāng)?shù)墓に嚄l件下制備出了涂層與基體結(jié)合牢固，平均抗剝離強(qiáng)度達(dá)4822MPa的01A1203陶瓷基HA一玻璃一0【A1203梯度復(fù)合生物材料。3對HA、HA一玻璃和HA一硅灰石(wollastonite，簡記作W)一玻璃復(fù)合陶瓷的微波燒結(jié)進(jìn)行了系統(tǒng)研究，確定了制備致密HA及其復(fù)合生物陶瓷材料的最佳微波燒結(jié)工藝條件。采用微波燒結(jié)制各高強(qiáng)度的Zr02A1203陶瓷基體，并用

4、微波燒結(jié)工藝在Zr02A1203陶瓷基體表面制備了HA一硅灰石一玻璃梯度生物活性涂層。研究了燒結(jié)溫度對涂層結(jié)構(gòu)、相變和涂層與基體的結(jié)合牢度的影響，確定了最佳涂層燒結(jié)溫度。微波燒結(jié)利于HA陶瓷坯體的致密化，可以實(shí)現(xiàn)低溫快速燒結(jié)，并提高陶瓷的機(jī)械強(qiáng)度；微波燒結(jié)HA一玻璃復(fù)相陶瓷的效果不如純HA，快速升溫和燒結(jié)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)中多孔，強(qiáng)度較純HA的低。微波燒結(jié)對HA的分解有促進(jìn)作用，而且隨著燒結(jié)溫度升高和時(shí)間延長HA分解程度增大。微波燒結(jié)工藝可以用于

5、制備梯度涂層材料，微波燒結(jié)所制備的HA—W一玻璃梯度涂層結(jié)構(gòu)和性能與常規(guī)燒結(jié)法制備的梯度涂層相近。但利用微波可以實(shí)現(xiàn)快速燒結(jié)，縮短燒結(jié)周期，降低能耗。4對HA一玻璃一0【A1203復(fù)合生物材料的生物醫(yī)學(xué)性能進(jìn)行了評(píng)價(jià)。在進(jìn)行了一系列安全性評(píng)價(jià)試驗(yàn)基礎(chǔ)上，采用物理模擬實(shí)驗(yàn)及小白鼠肌肉埋植實(shí)驗(yàn)研究了所研制的復(fù)合生物材料的降解特性；采用模擬體液(SBF)浸泡實(shí)驗(yàn)，用XRD、EDS和SEM等手段對HAW玻璃梯度涂層的生物活性進(jìn)行了研究。生物醫(yī)學(xué)

6、性能評(píng)價(jià)結(jié)果表明：HA—R20A1203B203Si02玻璃一aA1203復(fù)合生物陶瓷材料對生物體無急性或亞急性毒性反應(yīng)；溶血試驗(yàn)和熱源反應(yīng)試驗(yàn)結(jié)果表明，材料在生物體內(nèi)不會(huì)引起溶血反應(yīng)和熱源反應(yīng)；肌肉埋植試驗(yàn)結(jié)果表明，材料對肌肉無刺激性，發(fā)現(xiàn)有多核巨細(xì)胞吞噬現(xiàn)象，說明所研究的復(fù)合生物材料具有一定的生物降解現(xiàn)象。物理降解試驗(yàn)和肌肉埋植失重分析結(jié)果表明復(fù)合材料的組成對其降解特性有很大影響。HA一玻璃復(fù)合材料有一定的降解特性和良好的表面活性，