Y2O3對火法合成HA動力學(xué)的影響研究.pdf

1、羥基磷灰石（Ca10(PO4)6(OH)2，HA）是脊椎動物的骨骼和牙齒的主要成分。人體骨中的礦物相由羥基磷灰石（HA）結(jié)合少量稀土、碳酸根、氟、硅、鎂等離子組成。在人工合成HA時(shí)，有選擇地?fù)饺胍恍┢渌x子制備出摻雜HA，可使其結(jié)構(gòu)和性能更接近自然骨。本文選用碳酸鈣粉末（CaCO3）、二水磷酸氫鈣粉末(CaHPO4·2H2O)、氧化釔粉末（Y2O3）作為原料，制備出包套式粉末擴(kuò)散偶，采用火法合成的方法制備HA生物陶瓷。利用X射線衍射（X

2、RD）、掃描電鏡（SEM）及能譜（EDX）等分析手段研究了添加和不添加Y2O3的試樣在不同燒結(jié)溫度、不同保溫時(shí)間處理后的物相組成和成分分布；根據(jù)菲克第二定律，采用誤差函數(shù)解對Ca在不同條件下的擴(kuò)散系數(shù)進(jìn)行了計(jì)算，進(jìn)而探討了Y2O3對Ca元素?cái)U(kuò)散動力學(xué)的影響規(guī)律。
　　研究結(jié)果表明：
　?、俦菊n題將粉末原料直接壓制成環(huán)形包套式擴(kuò)散偶，通過合理配置 CaCO3和CaHPO4·2H2O在燒結(jié)過程中的收縮率來增強(qiáng)高溫下的界面結(jié)合力，

3、增大了粉體的界面接觸面積，提高了粉末復(fù)合體的燒結(jié)質(zhì)量。并為其界面擴(kuò)散與結(jié)合研究提供了可能。
　?、赮2O3能夠促進(jìn)HA的反應(yīng)合成。在相同的燒結(jié)溫度和保溫時(shí)間下，含Y2O3試樣中HA的XRD特征峰的積分面積加和值比未添加者的值大。
　?、墼跓Y(jié)溫度為1150oC的情況下，Y2O3參與了固相反應(yīng)。當(dāng)保溫時(shí)間達(dá)到2h時(shí)，生成了CaY2O4；保溫6h后生成了Ca9Y(PO4)7等物相。而燒結(jié)溫度為1000 oC時(shí)，在保溫12h后，Y

4、2O3才參與反應(yīng)，生成Ca3Y(PO4)3，其余固相反應(yīng)所形成的新相只有HA。
　　④1150oC燒結(jié)時(shí)，固相反應(yīng)合成的HA會發(fā)生分解，而Y2O3的加入延緩并抑制了其分解。未添加Y2O3的試樣，保溫2小時(shí)后就發(fā)生HA的分解，而添加Y2O3的試樣，保溫4小時(shí)后才出現(xiàn)HA的分解產(chǎn)物Ca4P2O9。隨著保溫時(shí)間延長，兩種試樣中的HA特征峰的積分面積加和值降低，同時(shí)Ca4P2O9特征峰的積分面積加和值增大；但是添加Y2O3試樣的HA衍射峰

5、始終較未添加者高，而Ca4P2O9的峰值較未添加者低。1000 oC燒結(jié)時(shí)，沒有發(fā)生HA的分解。
　?、輳膾呙桦婄R對試樣界面的形貌分析可以看到，燒結(jié)溫度為1150oC和1000 oC的情況下，隨著保溫時(shí)間的延長，試樣界面的固相反應(yīng)區(qū)域的寬度隨保溫時(shí)間延長而增加。在同樣的燒結(jié)溫度和保溫時(shí)間下，添加Y2O3增大了固相反應(yīng)區(qū)的寬度。
　?、蘩梅瓶说诙珊驼`差函數(shù)解計(jì)算了1000oC時(shí)Ca的擴(kuò)散系數(shù)，發(fā)現(xiàn)Y2O3增大了Ca元素的