一種鈦摻雜羥基磷灰石/氧化鋯復合陶瓷材料的制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)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】
[0002]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'F一和C032 一等，這些離子會不同程度地取代磷灰石中的Ca2+或者0H，在人體內(nèi)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(yǎng)物質(zhì)的傳遞，內(nèi)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(nèi)，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。
[0003]氧化鋯理化性能優(yōu)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(wěn)定性好等優(yōu)點，是一種用途廣泛的高性能耐火制品。Zr02j^點尚達2690°C，是一種尚級耐火材料，具有耐火性能尚，化學穩(wěn)定性好，在氧化、還原和真空狀態(tài)下穩(wěn)定的獨特優(yōu)點。
[0004]長期以來，用于2000°C或更高的熔融石英熔煉爐和超硬質(zhì)合金中頻感應爐的氧化鋯制品，通常采用穩(wěn)定劑氧化鈣含量4.4?4.7被％的全穩(wěn)定2抑2來生產(chǎn)。采用這種方法生產(chǎn)的氧化鋯制品存在如下缺點:熱膨脹率大，熱膨脹系數(shù)高，與部分穩(wěn)定Zr02相比，熱膨脹系數(shù)幾乎是部分穩(wěn)定Zr02的兩倍，在1500°C下全穩(wěn)定Zr02熱膨脹系數(shù)為11X 10_6/°C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(chǎn)品報廢。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)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(yōu)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(shù)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(huán)境同時生成的氧化鎂、氮化鎂等物質(zhì)和氧化鈣粉末共同作為穩(wěn)定劑來解決單獨使用氧化鈣時的熱膨脹系數(shù)高的問題，本發(fā)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。
[0006]為了解決上述技術問題，本發(fā)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輕基磷灰石粉末倒入1L燒杯中，加入700?800mL蒸饋水，放置在磁力攪拌機上，以300?400r/min的轉(zhuǎn)速攪拌20?30min制得輕基磷灰石懸濁液；
(2)取0.5?lg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(tài)下的羥基磷灰石懸濁液中，控制滴加速度使其10?20min內(nèi)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°C下干燥1?2h，再將干燥沉淀物移入坩禍中放入高溫電阻爐，以5°C /min的速率程序升溫至1200°C，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；
(5)排氣結束后將點燃后的鎂條放入密閉容器中，繼續(xù)以5mL/min的速率向密閉容器中通入氧氣，反應1?2h后，向容器中加入30?40g氧化鈣，并以20mL/min的速率向容器中通入乙炔氣體，繼續(xù)反應2?3h后，自然冷卻至室溫；
(6)將冷卻后容器中的反應產(chǎn)物取出，放入球磨機中球磨成粉，裝袋后即得一種鈦摻雜羥基磷灰石/氧化鋯復合陶瓷材料。
[0007]本發(fā)明的具體應用方法:將本發(fā)明制得的鈦摻雜羥基磷灰石/氧化鋯復合陶瓷材料制成仿真骨料，先將其于600°C下高溫消毒處理3?5h，之后冷卻至室溫后，將成骨細胞(2X 104)直接接種于仿真骨料表面，于37°C恒溫和5%0)2的潮濕空氣氛圍下培養(yǎng)，每隔3?5天檢測細胞數(shù)目，發(fā)現(xiàn)細胞增長率達30?40%，證明本材料可用于活體移植。
[0008]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)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。
【具體實施方式】
[0009]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輕基磷灰石粉末倒入1L燒杯中，加入700?800mL蒸饋水，放置在磁力攪拌機上，以300?400r/min的轉(zhuǎn)速攪拌20?30min制得輕基磷灰石懸池液；取0.5?lg鈦酸四丁酯加入到10?20mL無水乙醇中，用玻璃棒攪拌均勾，將制得的鈦酸四丁酯乙醇溶液滴入攪拌狀態(tài)下的羥基磷灰石懸濁液中，控制滴加速度使其10?20min內(nèi)滴加完畢，滴加完畢后，搖床振蕩反應5?6h并密閉靜置24?36h ;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°C下干燥1?2h，再將干燥沉淀物移入坩禍中放入高溫電阻爐，以5°C /min的速率程序升溫至1200°C，高溫煅燒1?2h得鈦摻雜羥基磷灰石；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；排氣結束后將點燃后的鎂條放入密閉容器中，繼續(xù)以5mL/min的速率向密閉容器中通入氧氣，反應1?2h后，向容器中加入30?40g氧化鈣，并以20mL/min的速率向容器中通入乙炔氣體，繼續(xù)反應2?3h后，自然冷卻至室溫；將冷卻后容器中的反應產(chǎn)物取出，放入球磨機中球磨成粉，裝袋后即得一種鈦摻雜羥基磷灰石/氧化鋯復合陶瓷材料。
[0010]實例1
稱取1kg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100g羥基磷灰石粉末倒入1L燒杯中，加入700mL蒸餾水，放置在磁力攪拌機上，以300r/min的轉(zhuǎn)速攪拌20min制得輕基磷灰石懸池液；取0.5g鈦酸四丁酯加入到10mL無水乙醇中，用玻璃棒攪拌均勾，將制得的鈦酸四丁酯乙醇溶液滴入攪拌狀態(tài)下的羥基磷灰石懸濁液中，控制滴加速度使其lOmin內(nèi)滴加完畢，滴加完畢后，搖床振蕩反應5h并密閉靜置24h;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次，分離得到沉淀物，放置于烘箱中在65