[发明专利]一种HA/粘结剂/ZrO2层状复合生物陶瓷材料的制备的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种HA/粘结添加剂/ZrO₂层状复合生物陶瓷材料的制备方法，也是一种提高多层压片陶瓷材料界面结合力的方法，属于骨骼替代材料和固定器技术领域。

背景技术

羟基磷灰石，简称HAP或HA，分子式是Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂，是一种生物活性材料。密度为3.16g/cm3，Ca/P比为1.67左右，弹性模量为3.6-21.0GPa，与人骨的成分和弹性模量极为相似。虽然HA有着良好的生物相容性，但是由于该类材料脆性大、强度低等缺点，仅能应用于非受载的小型种植体，大大限制了它作为人体种植体的广泛使用。所以需要一个性质稳定的材料作为内部支撑，因此金属基体表面涂覆HA涂层，加入颗粒及纤维增强HA陶瓷基复合材料的研究应运而生。然而金属、金属纤维及金属间化合物增强的HA陶瓷植入人体后，存在腐蚀及生物惰性，导致材料的生物相容性降低，且如果HA植入体内发生剥落的话，体液与金属基体接触发生腐蚀，会释放出一些对人体有害的金属离子。部分惰性或对人体无害的稀有金属价格又较昂贵，在临床应用上受到限制。

二氧化锆(ZrO₂)是一种惰性生物陶瓷，其化学稳定性优良，结构稳定，且具有较高的力学性能。其特有的三维开放孔隙结构，与自身无毒害的优良属性相结合是其最大的优点。但同现在大多数的骨替代材料或者固定器一样，它只能起到单纯的支撑作用，而无诱导或者促进骨生长的生物功能。将ZrO₂和HA有机地结合起来，发挥双方的性能优势而制备HA/ZrO₂层状复合材料，以HA作为表层诱导骨细胞生长是一个解决方案。现在制备生物复合陶瓷常用的方法为干压烧结，但由于ZrO₂和HA的热膨胀系数相差近1倍，一般HA的热膨胀系数为15×10^-6K^-1，ZrO₂的热膨胀系数为7.33×10^-6K^-1，故在冷却时过大的收缩率差值及二者反应能力弱导致界面结合强度不足的问题，限制了HA/ZrO₂生物陶瓷的推广应用。

发明内容

为了解决现有技术问题，本发明的目的在于通过在ZrO₂和HA层间引入粘结添加剂层来解决HA/ZrO₂层状复合材料的界面结合力不足的难题，提供一种HA/粘结添加剂/ZrO₂层状复合生物陶瓷材料的制备的方法。在复合材料的制备过程中，在HA层和ZrO₂基体界面加入不同的第三元添加剂，通过烧结过程中的物理化学作用，改进HA涂层和ZrO₂基体界面的组织成分以及形貌，从而获得高的界面结合强度。

为达到上述发明创造目的，本发明采用下述技术方案：

1.一种HA/粘结添加剂/ZrO₂层状复合生物陶瓷材料的制备的方法，其特征在于具有如下的过程和步骤：

a，分别用沉淀法制备纳米ZrO₂和HA粉末，将纳米粉末置于干燥箱中完全烘干待用；HA即为羟基磷灰石的简称；

b，预制加工生物陶瓷圆片试样的压制模具，利用线切割加工成型，并在抛光机上将其表面抛光，去除毛刺，压制模具形状为圆柱体；

c，将在步骤a中制备的纳米ZrO₂粉末根据所制作的复合生物陶瓷块体厚度确定所需质量，将纳米ZrO₂粉末平铺于在步骤b中制备的压制模具的阴模中，将适量所选的CaCO₃粘结添加剂粉末平铺在ZrO₂粉末层上，然后根据所制作的复合生物陶瓷块体中所需的HA层的厚度平铺所需质量的HA粉末；

d，用微机控制的万能试验机向模具施加设定的载荷，形成素坯，出模待用；

e，将素坯置于1000~1100°C高温炉中按ZrO₂陶瓷的烧结工艺烧结成复合生物陶瓷块体。

所述的粘结添加剂除CaCO₃外也可用TCP或Ag作为粘结添加剂;TCP即为磷酸三钙的简称。

本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：