[发明专利]一种凝胶注模成型、无压烧结制备氮化硅人工陶瓷关节的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种凝胶注模成型、无压烧结制备氮化硅人工陶瓷关节的方法，属于医用生物材料领域。 

背景技术

人工陶瓷关节的材料应具有良好的生物相容性，良好的机械性能，并有很好的耐腐蚀及抗疲劳性等，负重面应耐磨损，同时磨损颗粒不引起严重机体反应。1972年Boutin首先报道了用氧化铝陶瓷制作的人体髋关节在生理和摩擦学方面的优越性及其在临床上的应用。高纯氧化铝陶瓷化学性能稳定，生物相容性好，呈生物惰性；其硬度高，耐磨性能好，磨损率比其它材料小。一项500000例现代陶瓷股骨头关节的随访表明，其碎裂发生率为0.004%。即使发生率再升高，其断裂率仍然远远低于殷骨金属柄0.27%的断裂率。但氧化铝陶瓷属脆性材料，其抗折强度和抗冲击韧性较低；其弹性模量远高于人体骨，与骨匹配性差，在使用过程中会出现脆性破坏和骨损伤。 

氮化硅由于具有良好的生物耐受性和高耐磨损性，而逐步被应用于人工陶瓷关节。“氮化硅陶瓷作为人工髋关节材料的摩擦试验研究”（周银生，中国生物医学工程学报，第20卷第4期，2001年8月，P326）对单一氮化硅陶瓷的摩擦性进行考察，说明在一定条件下，通过磨合，可使氮化硅陶瓷摩擦副接触表面达到超光洁程度，此时，其摩擦因数和磨损率将很低。虽然氮化硅陶瓷在一定条件下，其摩擦磨损性能相当优秀，但该条件苛刻，在人工陶瓷关节假体植入人体之后，难以实现。而当条件得不到满足时，氮化硅/氮化硅陶瓷的磨损相当严重。从这点上来看，单一氮化硅陶瓷并不能成为制作人工陶瓷关节假体的 材料。而且氮化硅陶瓷在磨损过程中，与水作用会生成有毒的NH3，也对人体不利。 

CN1301241A公开了氮化硅用作医用生物材料的组合物、生产和应用，其采用70-100%的氮化硅并添加0-30%下列材料的一种或其混合物：二氧化锆、二氧化钇、二氧化钛、氧化钙、碳化硅和富铝红柱石。由该混合物制成物体，使该物体经受超过50MPa的高压和在500-3000℃之间的温度下烧结（HIP）。所属材料可用于人工陶瓷关节中的一个、两个或所有磨损表面。但该专利对陶瓷材料烧结前的成型工艺没有明确描述，只是提到压力成型，但简单的压力成型，会导致材料在烧结过程中的收缩难于控制，使得后期的机械加工变得困难并大幅度提高加工成本。另外，CN1301241A专利提到了材料的多孔型，这在实际使用中会增加材料表面缺陷出现的几率，导致成品率降低。 

凝胶注模成型工艺基于传统的陶瓷制作工艺和有机化学知识的结合。该工艺成型的生坯强度很高，能直接进行机加工，明显优于其他复杂性状陶瓷部件的成型工艺，这对烧结后很难加工的陶瓷材料来说非常有益。是一种较为新颖的近净尺寸原位凝固成型技术，可制作高质量的，形状复杂的部件。但由于人工陶瓷关节需要长期存在人体内部，相对要求较高，并且其与普通氮化硅陶瓷材料性质差别较大，现有的凝胶注膜工艺并不适用，至今仍未见将凝胶注模成型工艺应用于该领域。 

发明内容

本发明的目的是提供一种凝胶注模成型、无压烧结制备氮化硅人工陶瓷关节的方法。 

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案： 

一种凝胶注模成型、无压烧结制备氮化硅人工陶瓷关节的方法，将两种粒度d50在0.2um-0.9um之间的不同粒径的亚微米级α-氮化硅和掺杂剂按一定比例混合，再经凝胶注模成型、排胶、、无压烧结、 打磨和表面抛光而得到。 

上述氮化硅人工陶瓷关节的制备方法，包括如下步骤： 

（1）预混液的制备 

将单体丙烯酰铵、交联剂N，N'－亚甲基双丙烯酞胺、分散剂加入去离子水中搅拌，调节pH值至6-10，再加入含有聚乙二醇的乙醇，得到预混液待用； 

其中，所述单体丙烯酰胺与N，N'－亚甲基双丙烯酞胺质量之和占预混液总质量的1-4%；单体丙烯酰胺与N，N'－亚甲基双丙烯酞胺的质量比为10-30：1；分散剂为预混液总质量的0.02-0.1%；含有聚乙二醇的乙醇为预混液总体积的2-3%； 

（2）浆料1的制备 

将粒度d50在0.3um-0.8um之间的两种不同粒度的亚微米级α-氮化硅与氧化铝、氧化钇混合球磨后，加入上述预混液；在低压电压下，继续球磨得到浆料1； 

其中，所述步骤（2）中，两种粒度的亚微米级α-氮化硅质量混合比为1：1-5；球磨时间为12-36小时；低压电压为120V； 

（3）浆料2的制备