溶膠-凝膠法在磷酸鈣陶瓷制備中的應(yīng)用研究.pdf

1、近年來(lái)，出現(xiàn)了一種新的制備納米羥基磷灰石的溶膠-凝膠法，這種方法以硝酸鈣和五氧化二磷為原料，和其他溶膠-凝膠法相比，它所采用的原料價(jià)格低廉，制備過(guò)程簡(jiǎn)單，無(wú)需調(diào)節(jié)pH值和無(wú)需長(zhǎng)時(shí)間的水解。此溶膠-凝膠法目前報(bào)道較多的是用于制備納米HA粉，其反應(yīng)機(jī)理還未見詳細(xì)報(bào)道，為此本論文系統(tǒng)研究了此溶膠-凝膠體系的反應(yīng)機(jī)理和相變過(guò)程，并擴(kuò)展了其在磷酸鈣陶瓷制備中的應(yīng)用，首次采用此方法制備了致密的β-TCP/HA雙相生物陶瓷、高溫穩(wěn)定的β-TCP生物陶

2、瓷和多孔磷酸鈣陶瓷。 本文首先研究了硝酸鈣-五氧化二磷溶膠-凝膠體系的反應(yīng)機(jī)理和相變過(guò)程，考察了乙二醇對(duì)此溶膠-凝膠體系的穩(wěn)定作用和相變的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：用此溶膠-凝膠法制備HA，化學(xué)計(jì)量比的(鈣磷比是1.67)HA的高溫分解機(jī)制與反應(yīng)物在分子水平上混合不均勻有關(guān)。乙二醇的添加可以改善凝膠的穩(wěn)定性，從而保證化學(xué)組分以原子或分子級(jí)水平均勻分布。溶膠向凝膠轉(zhuǎn)變形成的是一種含鈣、磷的復(fù)雜化合物[(OEt)y，(NO3)2-y，Ca

3、]2[P(OEt)s-x，(OH)x，]z，在200℃以下此化合物以非晶形態(tài)存在。燒結(jié)溫度為200℃以上時(shí)有機(jī)物開始分解，化合物結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。400℃羥基磷灰石開始形成。 為制備高致密度的β-TCP/HA雙相陶瓷，采用上述溶膠-凝膠體系制備鈣磷比為0.56的低熔點(diǎn)物質(zhì)(Ca0.56P)，將其添加到HA中，使其在燒結(jié)過(guò)程中獲得液相且同時(shí)原位生成β-TCP；隨后考察了Ca0.56P的添加量對(duì)β-TCP/HA雙相陶瓷相成分的影響和致密

4、度的影響。結(jié)果表明，此方法可以在低的燒結(jié)溫度下得到較高致密度的BCP生物陶瓷；通過(guò)調(diào)節(jié)Ca0.56P的添加量(0～5wt％)可以制備不同HA/β-TCP比例的雙相鈣磷生物陶瓷(BCP)；相同燒結(jié)條件下，隨Ca0.56P添加量(0～5wt％)增加，樣品密度增加。 接下來(lái)，以上述溶膠-凝膠法為基，提供了一種新穎的提高TCP相變溫度的方法。該方法是將羥基磷灰石粉添加到五氧化二磷的醇溶液中，使其在燒結(jié)過(guò)程中發(fā)生反應(yīng)，原位生成β-TCP，

5、使β-磷酸三鈣向α相的轉(zhuǎn)變溫度提高到1300℃以上。初步探討了此方法的高溫穩(wěn)定機(jī)理。 最后，用此溶膠-凝膠體系制備多孔磷酸鈣生物陶瓷，考察了工藝因素對(duì)孔徑、孔隙率的影響。和傳統(tǒng)多孔陶瓷制備方法相比，此方法最大的優(yōu)點(diǎn)是一步成型，省去了粉體制備過(guò)程。此方法制備出的多孔陶瓷具有類似于海綿的多孔結(jié)構(gòu)，其大孔孔徑大致分布在300～800μm范圍，在大孔孔壁上分布有許多孔徑在20~300μm的微孔，支架貫通性良好，孔隙率高。在發(fā)泡過(guò)程中通過(guò)