一种磷酸三钙/碳化硅复合生物陶瓷及其制备方法.pdf

本发明公开了一种磷酸三钙/碳化硅复合生物陶瓷及其制备方法，涉及生物材料领域，由以下质量份数的各个组分制备而成：磷酸三钙50-70份、碳化硅20-40份、碳酸镁10-20份、纳米氧化锌3-8份、氮化硅3-9份、碳酸钙3-9份和氧化铝4-10份。一种磷酸三钙/碳化硅复合生物陶瓷的制备方法，制备步骤如下：（1）称量；（2）球磨；（3）冷压成型；（4）高温煅烧；（5）冷却。本发明提供的磷酸三钙/碳化硅复合生物陶瓷生物相容性较好，生物活性较高，同时具有较好的力学性能，耐磨性能优良，可耐受较大的冲击，是一种理想的骨骼修复替代材料。

1.  一种磷酸三钙/碳化硅复合生物陶瓷，其特征在于，由以下质量份数的各个组分制备而成：
磷酸三钙50-70份、碳化硅20-40份、碳酸镁10-20份、纳米氧化锌3-8份、氮化硅3-9份、碳酸钙3-9份和氧化铝4-10份。

2.  根据权利要求1所述的磷酸三钙/碳化硅复合生物陶瓷，其特征在于：各个组分的质量份数为：磷酸三钙55-65份、碳化硅25-36份、碳酸镁12-18份、纳米氧化锌4-7份、氮化硅5-8份、碳酸钙4-8份和氧化铝5-9份。

3.  根据权利要求2所述的磷酸三钙/碳化硅复合生物陶瓷，其特征在于：各个组分的质量份数为：磷酸三钙60份、碳化硅32份、碳酸镁16份、纳米氧化锌5份、氮化硅6份、碳酸钙5份和氧化铝7份。

4.  一种根据权利要求1所述的磷酸三钙/碳化硅复合生物陶瓷的制备方法，其特征在于，制备步骤如下：
（1）称量：准确称取各个组分；
（2）球磨：将各个组分混合在一起，放入球磨机进行研磨混合；
（3）冷压成型：将混合粉体进行冷压成型；
（4）将成型后的粉体放入模具中，进行高温煅烧，温度为1200℃-1500℃，压力300-800MPa，时间3-8h；
（5）煅烧之后，待冷却取出，即得到块状磷酸三钙/碳化硅复合生物陶瓷。

5.  根据权利要求4所述的磷酸三钙/碳化硅复合生物陶瓷的制备方法，其特征在于：步骤（4）中煅烧的温度为1350℃。

6.  根据权利要求4所述的磷酸三钙/碳化硅复合生物陶瓷的制备方法，其特征在于：步骤（4）中煅烧的压力为660MPa。

一种磷酸三钙/碳化硅复合生物陶瓷及其制备方法
技术领域
本发明属于生物材料领域，特别涉及一种磷酸三钙/碳化硅复合生物陶瓷及该生物陶瓷的制备方法。
背景技术
随着材料科技的发展，生物材料因其对机体组织进行修复、替代与再生的特殊性能，已经成为当今生物医学领域重要的研究方向之一。生物硬组织代用材料最早是使用体骨、动物骨，后来发展到采用不锈钢和塑料，由于不锈钢存在溶析、腐蚀和疲劳问题，塑料存在稳定性差和强度低的问题。因此造成生物材料发展的瓶颈，生物陶瓷的出现，改善了现有替代材料的不足，因其诸多优势，因此，生物陶瓷具有了广阔的发展前景。
磷酸钙陶瓷(CPC)是生物活性陶瓷材料中的重要种类，目前研究和应用最多的是羟基磷灰石(HA)和磷酸三钙(TCP)。磷酸钙陶瓷含有CaO和P₂O₅两种成份，是构成人体硬组织的重要无机物质，植入人体后，其表面同人体组织可通过键的结合，达到完全亲和。
其中，磷酸三钙(TCP)中，目前广泛应用的生物降解陶瓷β-磷酸三钙(简称β-TCP)，属三方晶系，钙磷原子比为1.5，是磷酸钙的一种高温相。β-TCP的最大优势就是生物相容性好，植入机体后与骨直接融合，无任何局部炎性反应及全身毒副作用。
β-TCP陶瓷的缺点是机械强度偏低，经不起力的冲击。将β-TCP与其他材料混合，制成双相或多相陶瓷，是提高其力学强度的方法之一。
碳化硅是一种化学性能稳定、导热系数高、热膨胀系数小、耐磨性能好的化合物，在耐磨材料及陶瓷领域，较为常见，优良的化学稳定性能及力学性能，使得其具有多种用途。
发明内容
本发明解决的技术问题：针对上述不足，克服现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种磷酸三钙/碳化硅复合生物陶瓷及其制备方法。
本发明的技术方案：一种磷酸三钙/碳化硅复合生物陶瓷，由以下质量份数的各个组分制备而成：
磷酸三钙50-70份、碳化硅20-40份、碳酸镁10-20份、纳米氧化锌3-8份、氮化硅3-9份、碳酸钙3-9份和氧化铝4-10份。
作为优选，各个组分的质量份数为：磷酸三钙55-65份、碳化硅25-36份、碳酸镁12-18份、纳米氧化锌4-7份、氮化硅5-8份、碳酸钙4-8份和氧化铝5-9份。
作为优选，各个组分的质量份数为：磷酸三钙60份、碳化硅32份、碳酸镁16份、纳米氧化锌5份、氮化硅6份、碳酸钙5份和氧化铝7份。
一种磷酸三钙/碳化硅复合生物陶瓷的制备方法，制备步骤如下：
（1）称量：准确称取各个组分；
（2）球磨：将各个组分混合在一起，放入球磨机进行研磨混合；
（3）冷压成型：将混合粉体进行冷压成型；
（4）将成型后的粉体放入模具中，进行高温煅烧，温度为1200℃-1500℃，压力300-800MPa，时间3-8h；
（5）煅烧之后，待冷却取出，即得到块状磷酸三钙/碳化硅复合生物陶瓷。
作为优选，步骤（4）中煅烧的温度为1350℃。
作为优选，步骤（4）中煅烧的压力为660MPa。
有益效果：本发明提供的磷酸三钙/碳化硅复合生物陶瓷，是一种复合生物活性陶瓷，磷酸三钙生物活性陶瓷具有十分理想的生物相容性，且可缓慢释放钙磷离子，但是其力学性能较不理想；碳化硅是一种较为理想的耐磨材料及陶瓷材料，具有重量轻而轻度高的特点，因此，将其与磷酸三钙复合制备生物活性陶瓷，不仅具有良好的生物相容性，且力学性能得到提高。
因此，本发明提供的磷酸三钙/碳化硅复合生物陶瓷生物相容性较好，生物活性较高，同时具有较好的力学性能，耐磨性能优良，可耐受较大的冲击，是一种理想的骨骼修复替代材料。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解， 这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
实施例 1：
一种磷酸三钙/碳化硅复合生物陶瓷，包括以下质量份数的各个组分：
磷酸三钙50份、碳化硅20份、碳酸镁10份、纳米氧化锌3份、氮化硅3份、碳酸钙3份和氧化铝4份。
根据本发明提供的制备方法制备磷酸三钙/碳化硅复合生物陶瓷，步骤如下：
（1）称量：准确称取各个组分；
（2）球磨：将各个组分混合在一起，放入球磨机进行研磨混合；
（3）冷压成型：将混合粉体采用60T压机进行压制；
（4）将成型后的粉体放入模具中，进行高温煅烧，温度为1450℃，压力700MPa，时间4h；
（5）煅烧之后，待冷却取出，即得到块状磷酸三钙/碳化硅复合生物陶瓷。
对得到的块状磷酸三钙/碳化硅复合生物陶瓷进行检测，检测生物陶瓷的性能：硬度1420HV；压缩强度2330MPa；抗弯强度1220MPa；韧性18MPa·m^1/2。
实施例 2：
一种磷酸三钙/碳化硅复合生物陶瓷，包括以下质量份数的各个组分：
磷酸三钙70份、碳化硅40份、碳酸镁20份、纳米氧化锌8份、氮化硅9份、碳酸钙9份和氧化铝10份。
根据本发明提供的制备方法制备磷酸三钙/碳化硅复合生物陶瓷，步骤如下：
（1）称量：准确称取各个组分；
（2）球磨：将各个组分混合在一起，放入球磨机进行研磨混合；
（3）冷压成型：将混合粉体采用60T压机进行压制；
（4）将成型后的粉体放入模具中，进行高温煅烧，温度为1450℃，压力700MPa，时间7h；
（5）煅烧之后，待冷却取出，即得到块状磷酸三钙/碳化硅复合生物陶瓷。
对得到的块状磷酸三钙/碳化硅复合生物陶瓷进行检测，检测生物陶瓷的性能：硬度1450HV；压缩强度2430MPa；抗弯强度1280MPa；韧性20MPa·m^1/2。
实施例 3：
一种磷酸三钙/碳化硅复合生物陶瓷，包括以下质量份数的各个组分：
磷酸三钙65份、碳化硅36份、碳酸镁18份、纳米氧化锌7份、氮化硅8份、碳酸钙8份和氧化铝9份。
根据本发明提供的制备方法制备磷酸三钙/碳化硅复合生物陶瓷，步骤如下：
（1）称量：准确称取各个组分；
（2）球磨：将各个组分混合在一起，放入球磨机进行研磨混合；
（3）冷压成型：将混合粉体采用60T压机进行压制；
（4）将成型后的粉体放入模具中，进行高温煅烧，温度为1350℃，压力660MPa，时间6h；
（5）煅烧之后，待冷却取出，即得到块状磷酸三钙/碳化硅复合生物陶瓷。
对得到的块状磷酸三钙/碳化硅复合生物陶瓷进行检测，检测生物陶瓷的性能：硬度1440HV；压缩强度2290MPa；抗弯强度1270MPa；韧性19MPa·m^1/2。
实施例4：
一种磷酸三钙/碳化硅复合生物陶瓷，包括以下质量份数的各个组分：
磷酸三钙55份、碳化硅25份、碳酸镁12份、纳米氧化锌4份、氮化硅5份、碳酸钙4份和氧化铝5份。
根据本发明提供的制备方法制备磷酸三钙/碳化硅复合生物陶瓷，步骤如下：
（1）称量：准确称取各个组分；
（2）球磨：将各个组分混合在一起，放入球磨机进行研磨混合；
（3）冷压成型：将混合粉体采用60T压机进行压制；
（4）将成型后的粉体放入模具中，进行高温煅烧，温度为1350℃，压力660MPa，时间6h；
（5）煅烧之后，待冷却取出，即得到块状磷酸三钙/碳化硅复合生物陶瓷。
对得到的块状磷酸三钙/碳化硅复合生物陶瓷进行检测，检测生物陶瓷的性能：硬度1430HV；压缩强度2370MPa；抗弯强度1250MPa；韧性18MPa·m^1/2。
实施例5：
一种磷酸三钙/碳化硅复合生物陶瓷，包括以下质量份数的各个组分：
磷酸三钙60份、碳化硅32份、碳酸镁16份、纳米氧化锌5份、氮化硅6份、碳酸钙5份和氧化铝7份。
根据本发明提供的制备方法制备磷酸三钙/碳化硅复合生物陶瓷，步骤如下：
（1）称量：准确称取各个组分；
（2）球磨：将各个组分混合在一起，放入球磨机进行研磨混合；
（3）冷压成型：将混合粉体采用60T压机进行压制；
（4）将成型后的粉体放入模具中，进行高温煅烧，温度为1350℃，压力660MPa，时间5h；
（5）煅烧之后，待冷却取出，即得到块状磷酸三钙/碳化硅复合生物陶瓷。
对得到的块状磷酸三钙/碳化硅复合生物陶瓷进行检测，检测生物陶瓷的性能：硬度1440HV；压缩强度2370MPa；抗弯强度1270MPa；韧性19MPa·m^1/2。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。