專利名稱：生物活性傾斜功能陶瓷材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬無機非金屬材料科學、生物功能材料領(lǐng)域，本發(fā)明涉及一種高強度的生物陶瓷材料。由于生物陶瓷具有比金屬材料及高分子材料更優(yōu)的生物相容性，所以，近二十年來，已得到較快的發(fā)展，已有的生物陶瓷材料大致可分為兩大類，其一是以純AI2O3陶瓷為代表的高強度的生物惰性陶瓷。特點是無毒、無致癌性，在生物體內(nèi)極穩(wěn)定，且能長期保持高的機械強度。近年來，還有一些常用于結(jié)構(gòu)材料的技術(shù)陶瓷(或稱為結(jié)構(gòu)陶瓷)，如氧化鋯、氮化硅、氮化鈦等在生物醫(yī)學領(lǐng)域的應用研究的報導。其二是以合成羥基磷灰石(HA)、磷酸三鈣(TCP)為代表的生物活性陶瓷(包括含有磷酸鹽微晶的生物活性玻璃)，其特點是，具有良好的生物相容性，能與骨組織產(chǎn)生直接結(jié)合，在齒科和頜面外科等領(lǐng)域已得到應用。但這兩類材料都存在一些缺點，前者是植入生體后表層常被纖維組織包繞，與骨界面不能直接接合，長期使用會在陶瓷與骨組織的界面產(chǎn)生松動。后者由于機械強度較低，抗彎強度與皮質(zhì)骨的強度相當，故只限于在非承重部位應用。
最近，在提高生物活性陶瓷的強度方面，JP6140884公開了一種以部分穩(wěn)定ZrO2陶瓷(PSZ)為芯材，表層涂覆50U厚的TCP，具有高的抗彎強度(1100MPa)。1989年日本旭硝子公司的研究者披露了他們的研究結(jié)果(日文“陶瓷”1989年No2、P、164)采用氮化硅晶須對HA進行復合增強，其抗彎強度達到400MPa。1988年日本大阪工業(yè)技術(shù)試驗所報道了采用ZrO2復合增強HA和TCP的結(jié)果(日本“精細陶瓷”88年No9P.106-111)，其抗彎強度達到350-400MPa。
可是，由于生物活性陶瓷涂層的膨脹系數(shù)和彈性模量與基體材料存在一定差異，植入生物體后，在交變應力作用下，有產(chǎn)生剝落的可能;上述的晶須復合和顆粒彌散增強需在熱壓條件下實現(xiàn)，其制品和形狀要受到限制，并且陶瓷晶須有一定的致癌作用。
本發(fā)明的目的是提供一種能夠在常壓燒結(jié)條件下制備的具有生物活性和高強度的陶瓷人工骨材料。
本發(fā)明的特征是這種材料在一個側(cè)面具有結(jié)構(gòu)陶瓷的特征，其成分為穩(wěn)定或部分穩(wěn)定氧化鋯;另一個側(cè)面具有生物活性陶瓷的特征，其成分為羥基磷灰石或TCP、生物活性玻璃，或它們的復合物。兩個側(cè)面之間的化學成分和理化性能呈連續(xù)變化。本發(fā)明采用的AL2O3原料純度在99.5%以上，粒徑在0.01-50μ范圍;采用的ZrO2原料粒徑在0.01-50μ范圍，ZrO2原料是經(jīng)CaO、MgO、Y2O3、CeO等氧化物中的一種或一至三種氧化物進行穩(wěn)定或部分穩(wěn)定的，其穩(wěn)定劑的含量在0.01-20%范圍，HA原料和TCP原料采用人工合成方法制備，其Ca/P比分別為1.65-1.69和1.40-1.62。原料分別制成具有流動性的料漿后，經(jīng)比例調(diào)節(jié)壓力系統(tǒng)制成生坯，在常壓燒結(jié)爐內(nèi)1200-1650℃范圍，最好是在1450-1600℃范圍燒成，該材料可做成板片狀或管狀制品。
該材料具有300MPa以上的抗彎強度和良好的生物相容性，這種陶瓷材料由于實現(xiàn)了化學組分和理化性能的連續(xù)變化，既具有生物活性陶瓷能與骨組織直接結(jié)合的性能，又具有結(jié)構(gòu)陶瓷強度高韌性好的特性，在生體內(nèi)使用可長期保持其生物安全性和力學穩(wěn)定性。
實施例1將粒徑在0.01-0.5μ范圍的AL2O3微粉，Ca/P比為1.67的HA分別制成具有流動性的料漿，其含水量是40-150%范圍。經(jīng)比例調(diào)節(jié)壓力系統(tǒng)，制成塊狀或管狀生坯，在常壓燒結(jié)爐內(nèi)最好是在1450-1600℃范圍進行燒成。其試樣中的氧化鋁從一個側(cè)面到另一個側(cè)面的含量分布為98%-0%漸變;HA的含量分布則相應地從0%-100%漸變。其抗彎強度為320MPa。
實施例2將粒徑在0.01-0.5μ范圍、由3-8mol%的Y2O3穩(wěn)定的ZrO2微粒和β-TCP(Ca/P＝1.50);采用實例1所述的方法制成的試樣從一個側(cè)面到另一個側(cè)面釔部分穩(wěn)定氧化鋯的含量分布為99.8%-0%，β-TCP的含量分布相應地從0-100%逐漸變化。其抗彎強度為350Ma。
權(quán)利要求
1.一種生物活性傾斜功能陶瓷材料，其特征在于一個側(cè)面具有結(jié)構(gòu)陶瓷(生物惰性)的特征，另一個側(cè)面具有生物活性陶瓷的特征，兩個側(cè)面之間的化學成分呈連續(xù)變化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物活性傾斜功能陶瓷材料，其特征在于該材料可制成板片狀或管狀的制品。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的生物活性傾斜功能陶瓷材料，其特征在于一個側(cè)面具有結(jié)構(gòu)陶瓷特征的陶瓷材料的成分為AI2O3、或穩(wěn)定ZrO2、或部分穩(wěn)定ZrO2、或由AI2O3和部分穩(wěn)定ZrO2混合組成，混合組成中ZrO2含量可以在0～100%范圍內(nèi)變化。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的生物活性傾斜功能陶瓷材料，其特征在于一個側(cè)面具有生物活性陶瓷特征的陶瓷材料的化學成分為HA、β-TCP、α-TCP、生物活性玻璃、也可以是他們以任意比例混合的復合材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的生物活性傾斜功能陶瓷材料，其特征在于該陶瓷材料適用于醫(yī)學領(lǐng)域，作為人工骨、人工關(guān)節(jié)、人工齒根、骨固定夾板等。
全文摘要
本發(fā)明屬無機非金屬材料科學、生物功能材料領(lǐng)域。本發(fā)明提供一種具有生物活性的傾斜功能陶瓷材料，該材料在一個側(cè)面具有結(jié)構(gòu)陶瓷的特征，其成分為穩(wěn)定或部分穩(wěn)定氧化鋯，或氧化鋁、氧化鋯復合氧化鋁；另一個側(cè)面具有生物活性陶瓷的特征，其成分為羥基磷灰石(HA)，或由TCP、生物活性玻璃及其復合物組成。兩個側(cè)面之間的化學成分和理化性能呈連續(xù)變化。該材料具有300MPa以上的抗彎強度和良好的生物相容性，可作為骨組織的替代或修復材料。
文檔編號C04B35/00GK1080627SQ9210537
公開日1994年1月12日 申請日期1992年6月29日 優(yōu)先權(quán)日1992年6月29日
發(fā)明者謝建林, 許業(yè)靜, 李偉 申請人:國家建筑材料工業(yè)局山東工業(yè)陶瓷研究設計院