生物活性倾斜功能陶瓷材料制作方法

谢建林, 许业静, 李伟

1994年1月12日

1992年6月29日

1992年6月29日

国家建筑材料工业局山东工业陶瓷研究设计院

C04B35/00GK1080627SQ9210537

陶瓷材料 活性 倾斜 生物 功能

1.一种生物活性倾斜功能陶瓷材料，其特征在于一个侧面具有结构陶瓷(生物惰性)的特征，另一个侧面具有生物活性陶瓷的特征，两个侧面之间的化学成分呈连续变化2.根据权利要求1所述的生物活性倾斜功能陶瓷材料，其特征在于该材料可制成板片状或管状的制品3.根据权利要求1或权利要求2所述的生物活性倾斜功能陶瓷材料，其特征在于一个侧面具有结构陶瓷特征的陶瓷材料的成分为AI2O3、或稳定ZrO2、或部分稳定ZrO2、或由AI2O3和部分稳定ZrO2混合组成，混合组成中ZrO2含量可以在0～100%范围内变化4.根据权利要求1或权利要求2所述的生物活性倾斜功能陶瓷材料，其特征在于一个侧面具有生物活性陶瓷特征的陶瓷材料的化学成分为HA、β-TCP、α-TCP、生物活性玻璃、也可以是他们以任意比例混合的复合材料5.根据权利要求1或权利要求2所述的生物活性倾斜功能陶瓷材料，其特征在于该陶瓷材料适用于医学领域，作为人工骨、人工关节、人工齿根、骨固定夹板等

本发明属无机非金属材料科学、生物功能材料领域，本发明涉及一种高强度的生物陶瓷材料由于生物陶瓷具有比金属材料及高分子材料更优的生物相容性，所以，近二十年来，已得到较快的发展，已有的生物陶瓷材料大致可分为两大类，其一是以纯AI2O3陶瓷为代表的高强度的生物惰性陶瓷特点是无毒、无致癌性，在生物体内极稳定，且能长期保持高的机械强度近年来，还有一些常用于结构材料的技术陶瓷(或称为结构陶瓷)，如氧化锆、氮化硅、氮化钛等在生物医学领域的应用研究的报导其二是以合成羟基磷灰石(HA)、磷酸三钙(TCP)为代表的生物活性陶瓷(包括含有磷酸盐微晶的生物活性玻璃)，其特点是，具有良好的生物相容性，能与骨组织产生直接结合，在齿科和颌面外科等领域已得到应用但这两类材料都存在一些缺点，前者是植入生体后表层常被纤维组织包绕，与骨界面不能直接接合，长期使用会在陶瓷与骨组织的界面产生松动后者由于机械强度较低，抗弯强度与皮质骨的强度相当，故只限于在非承重部位应用最近，在提高生物活性陶瓷的强度方面，JP6140884公开了一种以部分稳定ZrO2陶瓷(PSZ)为芯材，表层涂覆50U厚的TCP，具有高的抗弯强度(1100MPa)1989年日本旭硝子公司的研究者披露了他们的研究结果(日文“陶瓷”1989年No2、P、164)采用氮化硅晶须对HA进行复合增强，其抗弯强度达到400MPa1988年日本大阪工业技术试验所报道了采用ZrO2复合增强HA和TCP的结果(日本“精细陶瓷”88年No9P.106-111)，其抗弯强度达到350-400MPa可是，由于生物活性陶瓷涂层的膨胀系数和弹性模量与基体材料存在一定差异，植入生物体后，在交变应力作用下，有产生剥落的可能;上述的晶须复合和颗粒弥散增强需在热压条件下实现，其制品和形状要受到限制，并且陶瓷晶须有一定的致癌作用本发明的目的是提供一种能够在常压烧结条件下制备的具有生物活性和高强度的陶瓷人工骨材料本发明的特征是这种材料在一个侧面具有结构陶瓷的特征，其成分为稳定或部分稳定氧化锆;另一个侧面具有生物活性陶瓷的特征，其成分为羟基磷灰石或TCP、生物活性玻璃，或它们的复合物两个侧面之间的化学成分和理化性能呈连续变化本发明采用的AL2O3原料纯度在99.5%以上，粒径在0.01-50μ范围;采用的ZrO2原料粒径在0.01-50μ范围，ZrO2原料是经CaO、MgO、Y2O3、CeO等氧化物中的一种或一至三种氧化物进行稳定或部分稳定的，其稳定剂的含量在0.01-20%范围，HA原料和TCP原料采用人工合成方法制备，其Ca/P比分别为1.65-1.69和1.40-1.62原料分别制成具有流动性的料浆后，经比例调节压力系统制成生坯，在常压烧结炉内1200-1650℃范围，最好是在1450-1600℃范围烧成，该材料可做成板片状或管状制品该材料具有300MPa以上的抗弯强度和良好的生物相容性，这种陶瓷材料由于实现了化学组分和理化性能的连续变化，既具有生物活性陶瓷能与骨组织直接结合的性能，又具有结构陶瓷强度高韧性好的特性，在生体内使用可长期保持其生物安全性和力学稳定性实施例1将粒径在0.01-0.5μ范围的AL2O3微粉，Ca/P比为1.67的HA分别制成具有流动性的料浆，其含水量是40-150%范围经比例调节压力系统，制成块状或管状生坯，在常压烧结炉内最好是在1450-1600℃范围进行烧成其试样中的氧化铝从一个侧面到另一个侧面的含量分布为98%-0%渐变;HA的含量分布则相应地从0%-100%渐变其抗弯强度为320MPa实施例2将粒径在0.01-0.5μ范围、由3-8mol%的Y2O3稳定的ZrO2微粒和β-TCP(Ca/P＝1.50);采用实例1所述的方法制成的试样从一个侧面到另一个侧面钇部分稳定氧化锆的含量分布为99.8%-0%，β-TCP的含量分布相应地从0-100%逐渐变化其抗弯强度为350Ma