[发明专利]高强度多孔生物复合陶瓷的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及生物复合陶瓷的制备方法。

背景技术

骨骼作为人体最大的组织器官，承担着生命活动的重要职责，却最容易引起缺损，每年有数百万的骨组织坏损患者需要接受手术治疗。骨移植已成为仅次于输血需求量最大的医疗需求，如何获得更多更好的骨组织再生修复材料，为人类修补生命再创健康，已成为全世界众多科学家共同的追求和孜孜不倦研究的动力。目前，一些生物医用高分子材料、可降解的合成高分子材料和可吸收生物陶瓷因在材料界面上能诱导出特殊生物反应或调节生物活性，而导致组织和材料之间形成键合，被广泛作为骨修复的生物材料使用。特别是，生物活性陶瓷，这类材料的组成中含有能够通过人体正常新陈代谢进行转换的钙、磷等元素，或含有能与人体组织发生键合的羟基等基团，能够与人体组织完全的亲和，或部分或完全被人体组织吸收和取代。其中，羟基磷灰石（HA）以其优异的生物相容性、生物活性及人体骨骼无机质的重要组成部分，成为近代生物医学备受关注的材料。

然而，由于羟基磷灰石自身低的强度和断裂韧性，通常所制备的多孔羟基磷灰石被严格限制在非承载的情况下使用。为了改善这种材料的力学性能，以期获得一种理想的骨修复或替代材料，金属、陶瓷等都试图用来与之复合。如采用Ti₆Al₄V或Ti为基体，利用等离子喷涂技术进行羟基磷灰石涂覆。由于喷涂过程产生高温而易使羟基磷灰石分解，因此需要在羟基磷灰石与基板之间增加过渡层，而且Ti₆Al₄V或Ti与陶瓷在膨胀性能上的差异，在结合界面处将出现较高的残余热应力而影响材料性能。尽管电化学沉积法解决了金属与陶瓷间过渡层与热应力问题，但沉积过程中的影响因素过多。此外，对于Ti及Ti合金而言，低耐磨性与合金中有害离子溶出也将对复合材料长期使用产生不利影响。陶瓷材料虽具有较高的耐磨性和耐腐蚀性，但一般不具有生物活性，而且与羟基磷灰石复合后形成的致密陶瓷，只能在陶瓷表面形成骨质，不利于诱导骨形成。为了改善这种诱导能力，通常采用羟基磷灰石与多孔陶瓷进行复合，但因前期技术的限制，其性能未能获得令人满意的效果。如采用有机泡沫浸渍法制备的具有羟基磷灰石涂层多孔氧化锆或氧化铝陶瓷，泡沫的基本结构虽得到保持，但因泡沫骨架烧蚀所产生的孔和裂纹，使得该材料的抗压强度并不高；利用多通道挤出法制备的羟基磷灰石涂覆微通道氧化锆陶瓷，其力学性能可以通过增加烧结温度而获得提高，但是该陶瓷制备方法复杂、易产生环境污染且在提高烧结温度的同时导致羟基磷灰石分解产生磷酸三钙，在体液的作用下磷酸三钙缓慢溶解而使涂覆在氧化锆上的羟基磷灰石发生脱落。因此现有多孔生物复合陶瓷存在自身强度低，羟基磷灰石在高温烧结时易出现分解的问题。

发明内容

本发明是要解决现有多孔生物复合陶瓷强度低和羟基磷灰石在高温烧结时易出现分解的问题，而提供高强度多孔生物复合陶瓷的制备方法。

本发明的高强度多孔生物复合陶瓷的制备方法，具体是按照以下步骤制备的：

一、按照质量百分比分别称取49.1%~85.9%粒径为0.3μm~0.5μm的亚微米陶瓷粉、0~0.5%的粘结剂、0.6%~1%的分散剂和13.5%~49.4%的溶剂，各组分含量之和为100%，将称取的亚微米陶瓷粉、粘结剂、分散剂和溶剂放入球磨罐中球磨24h，控制球磨速率为120r/min~200r/min，球料质量比为2~3：1，得到混合浆料；

二、将混合浆料置于真空干燥箱中，真空除气30min~40min，再将混合浆料倒入模具中，使模具底端置于温度为-15℃~40℃条件下的无水乙醇中，冷凝成型10min~20min，得到固态物料；

三、将固态物料放置在真空冷冻干燥仪内，在温度为-20℃~-50℃条件下干燥24h~48h，得到干燥的多孔陶瓷素坯；

四、将干燥的多孔陶瓷素坯放置在烧结炉中，在温度为1450℃~1650℃条件下保持2h~4h，冷却至室温，得到层状结构的多孔陶瓷支架；

五、将层状结构的多孔陶瓷支架浸入到羟基磷灰石的前驱溶液中，在温度为120℃~200℃条件下进行水热处理3h~12h，获得高强度多孔生物复合陶瓷。

本发明的有益效果是：本发明通过定向冷凝成型的方式获得具有高强度层状结构的多孔载体，利用水热处理方式使多孔支架取得生物活性的同时解决了羟基磷灰石在高温烧结时易出现分解的问题；本发明制备的高强度多孔生物复合陶瓷孔隙率高于63%时，抗压强度可达100MPa以上。

本发明制备的高强度多孔生物复合陶瓷可作为承载骨骼的替代品。

附图说明