[發明專利]一種鈦摻雜羥基磷灰石/氧化鋯復合陶瓷材料的制備方法

有效

• 申請號: 201510877239.1
• 申請日: 2015-12-03
• 公開（公告）號: CN105367055A
• 公開（公告）日: 2016-03-02
• 發明（設計）人: 丁玉琴;林大偉
• 申請（專利權）人: 丁玉琴
• 主分類號: C04B35/48
• 分類號: C04B35/48
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種鈦摻雜羥基磷灰石/氧化鋯復合陶瓷材料的制備方法，屬于骨組織工程領域。

背景技術

羥基磷灰石作為生物陶瓷材料，在骨和牙的缺損修復以及骨組織工程替代方面有著非常重要的意義。從成分來看，人體骨骼的無機成分為骨磷灰石，通常，骨磷灰石里含有許多其他離子，例如K⁺、Na⁺、Mg⁺、CI^一、F^一和CO₃^2一等，這些離子會不同程度地取代磷灰石中的Ca²⁺或者OH^-，在人體內的生物學過程中起到非常重要的作用。從結構來看，人體骨磷灰石的結構是長約40～60nm，寬約20nm，主要基本單元是針狀或棒狀磷灰石晶體，它們定向和卷排列構成多種織構，有利于營養物質的傳遞，內部連通的三維多孔結構可以允許細胞附著、分化和增殖，為生物流體提供通道。新生骨組織可以沿著多孔結構的孔壁長入孔內，構成骨性結合。從性能上看，人工合成的單一組分羥基磷灰石強度低、韌性差，難以承受較大的負荷，限制了它作為骨組織工程材料的使用。

氧化鋯理化性能優異，具有很高的熔點，高純致密氧化鋯制品具有使用溫度高、耐熔融液體侵蝕、抗沖刷、不容易脫溶、化學穩定性好等優點，是一種用途廣泛的高性能耐火制品。ZrO₂熔點高達2690℃，是一種高級耐火材料，具有耐火性能高，化學穩定性好，在氧化、還原和真空狀態下穩定的獨特優點。

長期以來，用于2000℃或更高的熔融石英熔煉爐和超硬質合金中頻感應爐的氧化鋯制品，通常采用穩定劑氧化鈣含量4.4～4.7wt％的全穩定ZrO₂來生產。采用這種方法生產的氧化鋯制品存在如下缺點：熱膨脹率大，熱膨脹系數高，與部分穩定ZrO₂相比，熱膨脹系數幾乎是部分穩定ZrO₂的兩倍，在1500℃下全穩定ZrO₂熱膨脹系數為11×10-6/℃或更高。往往因熱膨脹率過大，抗熱震性差而被擠斷擠碎或剝落掉片，從而導致產品報廢。

發明內容

本發明主要解決的技術問題：針對目前單一組份羥基磷灰石作為骨組織工程材料強度低，韌性差，氧化鋯具有優良的室溫力學性能，高強度、高斷裂韌性、耐腐蝕和生物惰性是羥基磷灰石增韌的首選材料，但高溫下的氧化鋯制品熱膨脹率大，熱膨脹系數高，導致其抗熱震性差而被擠斷擠碎或剝落掉片，而低溫下氧化鋯又很難燒結的問題，提供了一種鈦摻雜羥基磷灰石/氧化鋯復合陶瓷材料的制備方法，該方法先制備出鈦摻雜羥基磷灰石，之后和氧化鋯粉末混合，通過鋁熱反應放出大量的熱來燒結復合材料，并且在高溫環境同時生成的氧化鎂、氮化鎂等物質和氧化鈣粉末共同作為穩定劑來解決單獨使用氧化鈣時的熱膨脹系數高的問題，本發明制得的復合陶瓷材料結合了羥基磷灰石材料的生物活性和氧化鋯的高強度和良好韌性，是骨組織工程的良好替代材料。

為了解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案：

（1）稱取1～2kg羥基磷灰石，放入碎石機中粉碎過40目標準篩，將粉碎后的顆粒移入研缽中，研磨成粉，并取100～200g羥基磷灰石粉末倒入1L燒杯中，加入700～800mL蒸餾水，放置在磁力攪拌機上，以300～400r/min的轉速攪拌20～30min制得羥基磷灰石懸濁液；

（2）取0.5～1g鈦酸四丁酯加入到10～20mL無水乙醇中，用玻璃棒攪拌均勻，將制得的鈦酸四丁酯乙醇溶液滴入攪拌狀態下的羥基磷灰石懸濁液中，控制滴加速度使其10～20min內滴加完畢，滴加完畢后，搖床振蕩反應5～6h并密閉靜置24～36h；

（3）取上述靜置后的混合液倒入布氏漏斗，用無水乙醇和去離子水分別洗滌抽濾3～5次，分離得到沉淀物，放置于烘箱中在65～75℃下干燥1～2h，再將干燥沉淀物移入坩堝中放入高溫電阻爐，以5℃/min的速率程序升溫至1200℃，高溫煅燒1～2h得鈦摻雜羥基磷灰石；

（4）稱取50～60g上述制得鈦摻雜羥基磷灰石和70～80g氧化鋯粉末裝入鋼制密閉反應釜中，加入15～25g二氧化錳、10～15g鋁粉和5～8g氯酸鉀，混合均勻后將容器密封，向容器中通入氮氣和氧氣的混合氣，通入速率為5mL/min，排盡容器中的空氣；