專利名稱：原位合成生物陶瓷涂層的鈣鹽復(fù)合粉末的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種制備鈣鹽復(fù)合粉末的制備方法，特別是一種原位合成生物陶瓷涂層的鈣鹽復(fù)合粉末的制備方法。屬于材料制備領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
羥基磷灰石(Ca10(PO4)6(OH)2，簡稱HAP)是人體骨骼的重要組成部分，是生物陶瓷材料的明星產(chǎn)品，其產(chǎn)品主要用于人體骨、牙齒的替代與修復(fù)。但其強(qiáng)度低、韌性差的力學(xué)性能限制了它的廣泛應(yīng)用。在金屬基體上制備羥基磷灰石生物陶瓷涂層材料有多種制備工藝，如等離子噴涂、離子濺射、電泳沉積等。等離子噴涂是目前臨床應(yīng)用制品上所采用的唯一制備工藝。但上述工藝獲得的生物陶瓷涂層，存在的缺點(diǎn)主要是涂層組織形貌與結(jié)晶的不均勻性，降低生物相容性與穩(wěn)定性；涂層與基體的粘接強(qiáng)度較差，致使臨床應(yīng)用中出現(xiàn)脫落等現(xiàn)象。經(jīng)文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，張亞平等人在《Surface and coatings Technology》(表面與涂層技術(shù))(1992，58(2)123-125)上發(fā)表的文章“Laser surface coating of a bioceramic composite layer”(“激光涂覆制備生物陶瓷復(fù)合涂層”)該文介紹到在奧氏體不銹鋼基材上采用手工預(yù)涂覆的方法，通過添加粘結(jié)劑預(yù)制了一層具有一定梯度的鈣鹽復(fù)合粉末，經(jīng)恰當(dāng)工藝激光熔覆后，得到以羥基磷酸鈣為主要成分的生物活性陶瓷的復(fù)合涂層。但該熔覆工藝涂層的預(yù)制采用的是預(yù)制涂覆法，需采用添加粘結(jié)劑聚乙烯醇的濕法球磨法制備預(yù)制涂層漿料，制備的涂層較薄(0.4～0.6mm)，當(dāng)涂層漿料預(yù)制到金屬基體上時(shí)，漿料的流動(dòng)性使得涂層的均勻性不好控制；涂層必須在烘箱中烘干，去除水分；涂層與基體之間容易出現(xiàn)開裂和形成氣孔；涂層與基體之間有一過渡層，增加了實(shí)際操作中的工序與繁瑣性。
磷酸氫鈣由于自身分子結(jié)構(gòu)中含有結(jié)晶水(結(jié)晶水含量為20.93％)的緣故，導(dǎo)致其流動(dòng)性差，與其他物質(zhì)的均勻混合難度大。目前使用傳統(tǒng)的球磨法制備磷酸氫鈣與碳酸鈣的混合粉末時(shí)，原料粉末全部粘接到球磨罐器壁上，得到豆渣狀、流動(dòng)性極差、完全不能分散的混合粉末。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種原位合成制備生物陶瓷涂層的鈣鹽復(fù)合粉末的制備方法，使其制備混合均勻、流動(dòng)性好，含水量低，同時(shí)也適用于自動(dòng)送粉法激光熔覆與等離子噴涂的鈣鹽復(fù)合粉末，該制備方法可以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，減小工藝繁瑣并優(yōu)化生物陶瓷涂層，從而解決了現(xiàn)有技術(shù)中預(yù)涂覆法工藝的上述不足。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明首先稱取碳酸鈣CaCO3與磷酸氫鈣CaHPO4·2H2O粉末，將碳酸鈣CaCO3與磷酸氫鈣CaHPO4·2H2O粉末混合均勻，靜置24小時(shí)以上，使得CaCO3能夠發(fā)揮它的分散脫水作用，除去混合粉末中50％～60％的水分，然后重新混合復(fù)合粉末，因?yàn)榇藭r(shí)的混合粉末已脫去了大部分的水，故其混合攪拌比最初的混合攪拌容易，靜置48小時(shí)以上，進(jìn)一步強(qiáng)化CaCO3的脫水作用，除去剩余的水分，把制得的粉末放入混料機(jī)中加入剛玉球混合，制備出混合均勻，流動(dòng)性好，在空氣中不會(huì)吸收水分的復(fù)合粉末。其結(jié)構(gòu)為實(shí)心球形或近球形結(jié)構(gòu)，粉體顆粒平均直徑為100μm，粒徑分布為75～125μm之間。
以下對本發(fā)明方法作進(jìn)一步的說明，其步驟如下(1)稱取原材料碳酸鈣CaCO3(200目，分析純)與磷酸氫鈣CaHPO4·2H2O(200目，分析純)粉末，其中，磷酸氫鈣CaHPO4·2H2O重量百分比為70％～80％，碳酸鈣CaCO3重量百分比為30％～20％，把CaHPO4·2H2O放入容器中，CaCO3則用手均勻碾入CaHPO4·2H2O中或用勺狀物把CaCO3攪入CaHPO4·2H2O中。
(2)把步驟(1)中制得的混合粉末放入敞口容器中，在干燥空氣中放置24小時(shí)以上。混合粉末的脫水量為50％～60％。
(3)步驟(2)所制得的復(fù)合粉末含有水分，小部分粉末仍有輕微團(tuán)聚。把此狀態(tài)下的粉末用手重新混合均勻，提高其脫水的程度。
(4)把步驟(3)制得的粉末再次置于干燥空氣中放置48小時(shí)以上，得到含水量為7.44％的混合粉末。
(5)把步驟(4)中制得的粉末放入滾筒式混料機(jī)中加入剛玉球混合2小時(shí)，制備出混合均勻，流動(dòng)性好，含水量為6.86％的鈣鹽復(fù)合粉末。
本發(fā)明的制備方法具有以下效果(1)所制備的粉體成分范圍廣，由于激光束為一高能束，加工過程中將使原材料產(chǎn)生一定的燒蝕，所以要求原材料在配比上要有很大的波動(dòng)性與可調(diào)性。(2)所制備的粉體混合均勻，流動(dòng)性好，含水量為6.86％，在空氣中不會(huì)吸收水分。(3)結(jié)構(gòu)為實(shí)心球形或近球形結(jié)構(gòu)，粉體顆粒平均直徑為100μm，粒徑分布為75～125μm之間，能夠作為激光預(yù)制涂覆、激光自動(dòng)送粉法、等離子噴涂法用粉體。(4)預(yù)置粉末與基體之間沒有過渡層時(shí)，也可生成生物陶瓷涂層，涂層與基體之間為化學(xué)冶金結(jié)合。從整個(gè)工藝的操作來看，工序少，工藝簡單，便于操作。(5)從制作成本來看，原料價(jià)格便宜，購買方便。
具體實(shí)施例方式
結(jié)合本發(fā)明方法的內(nèi)容提供以下實(shí)施例實(shí)施例1制備成分配比為70％CaHPO4·2H2O與30％的CaCO3的鈣鹽混合粉末。制備過程如下(1)稱取70％CaHPO4·2H2O與30％的CaCO3粉末，把70％的CaHPO4·2H2O放入容器中，把30％的CaCO3用手均勻碾入CaHPO4·2H2O中。
(2)把步驟(1)中制得的粉末放入開口的容器中，靜置于干燥空氣中達(dá)24小時(shí)，混合粉末的脫水量為50％。
(3)把步驟(2)中所得混合粉末重新攪拌均勻；(4)把步驟(3)制得的粉末放于開口容器中，在干燥空氣中靜置48小時(shí)，粉末含水量為7.44％。
(5)把步驟(4)中制得的粉末放入滾筒式混料機(jī)中加入剛玉球混合2小時(shí)。
所得粉末混合均勻，流動(dòng)性好，含水量為6.86％，在空氣中不會(huì)吸收水分。結(jié)構(gòu)為實(shí)心球形或近球形結(jié)構(gòu)，粉體顆粒平均直徑為100μm，粒徑分布為75～125μm之間。激光熔覆所制備的生物陶瓷涂層中HAP相的含量為9.01％左右，涂層與基體為化學(xué)冶金結(jié)合。
實(shí)施例2制備成分配比為72％CaHPO4·2H2O與28％的CaCO3的鈣鹽混合粉末。制備過程如下(1)稱取72％CaHPO4·2H2O與28％的CaCO3粉末，把72％的CaHPO4·2H2O放入容器中，把28％的CaCO3用手均勻碾入CaHPO4·2H2O中。
(2)把步驟(1)中制得的粉末放入開口的容器中，靜置于干燥空氣中達(dá)32小時(shí)，混合粉末的脫水量為60％。
(3)把步驟(2)中所得混合粉末重新攪拌均勻；(4)把步驟(3)制得的粉末放于開口容器中，在干燥空氣中靜置56小時(shí)，粉末含水量為7.44％。
(5)把步驟(4)中制得的粉末放入滾筒式混料機(jī)中加入剛玉球混合2小時(shí)。
所得粉末混合均勻，流動(dòng)性好，含水量為6.86％，在空氣中不會(huì)吸收水分。結(jié)構(gòu)為實(shí)心球形或近球形結(jié)構(gòu)，粉體顆粒平均直徑為100μm，粒徑分布為75～125μm之間。激光熔覆所制備的生物陶瓷涂層中HAP相的含量為10.12％左右，涂層與基體為化學(xué)冶金結(jié)合。
實(shí)施例3制備成分配比為75％CaHPO4·2H2O與25％的CaCO3的鈣鹽混合粉末。制備過程如下(1)稱取75％CaHPO4·2H2O與25％的CaCO3粉末，把75％的CaHPO4·2H2O放入容器中，把25％的CaCO3用勺狀物把CaCO3攪入CaHPO4·2H2O中。
(2)把步驟(1)中制得的粉末放入開口的容器中，靜置于干燥空氣中達(dá)26小時(shí)以上，混合粉末的脫水量為55％。
(3)把步驟(2)中所得混合粉末重新攪拌均勻；(4)把步驟(3)制得的粉末放于開口容器中，在干燥空氣中靜置50小時(shí)，粉末含水量為7.44％。
(5)把步驟(4)中制得的粉末放入滾筒式混料機(jī)中加入剛玉球混合2小時(shí)。
所得粉末混合均勻，流動(dòng)性好，含水量為6.86％，在空氣中不會(huì)吸收水分。結(jié)構(gòu)為實(shí)心球形或近球形結(jié)構(gòu)，粉體顆粒平均直徑為100μm，粒徑分布為75～125μm之間。激光熔覆所制備的生物陶瓷涂層中HAP相的含量為10.12％左右，涂層與基體為化學(xué)冶金結(jié)合。
實(shí)施例4制備成分配比為80％CaHPO4·2H2O與20％的CaCO3的鈣鹽混合粉末。制備過程如下(1)稱取80％CaHPO4·2H2O與20％的CaCO3粉末，把80％的CaHPO4·2H2O放入容器中，把20％的CaCO3用手均勻碾入CaHPO4·2H2O中。
(2)把步驟(1)中制得的粉末放入開口的容器中，靜置于干燥空氣中達(dá)30小時(shí)，混合粉末的脫水量為58％。
(3)把步驟(2)中所得混合粉末重新攪拌均勻；(4)把步驟(3)制得的粉末放于開口容器中，在干燥空氣中靜置54小時(shí)，粉末含水量為7.44％。
(5)把步驟(4)中制得的粉末放入滾筒式混料機(jī)中加入剛玉球混合2小時(shí)。
所得粉末混合均勻，流動(dòng)性好，含水量為6.86％，在空氣中不會(huì)吸收水分。結(jié)構(gòu)為實(shí)心球形或近球形結(jié)構(gòu)，粉體顆粒平均直徑為100μm，粒徑分布為75～125μm之間。激光熔覆所制備的生物陶瓷涂層中HAP相的含量為50.23％左右，涂層與基體為化學(xué)冶金結(jié)合。
權(quán)利要求
1.一種原位合成生物陶瓷涂層的鈣鹽復(fù)合粉末的制備方法，其特征在于，首先稱取碳酸鈣CaCO3與磷酸氫鈣CaHPO4·2H2O粉末，將兩者混合均勻，靜置24小時(shí)以上，除去混合粉末中50％～60％的水分，然后重新混合復(fù)合粉末，靜置48小時(shí)以上，除去剩余的水分，再把制得的粉末放入混料機(jī)中加入剛玉球混合，制備出混合均勻，流動(dòng)性好的鈣鹽復(fù)合粉末。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的原位合成生物陶瓷涂層的鈣鹽復(fù)合粉末的制備方法，其特征是，以下對本發(fā)明作進(jìn)一步的具體限定，其步驟如下(1)稱取原材料CaHPO4·2H2O與CaCO3，其中，磷酸氫鈣CaHPO4·2H2O重量百分比為70％～80％，碳酸鈣CaCO3重量百分比為30％～20％，兩者都為200目、分析純，把CaHPO4·2H2O放入容器中，CaCO3則用手均勻碾入CaHPO4·2H2O中或用勺狀物把CaCO3攪入CaHPO4·2H2O中；(2)把步驟(1)中制得的混合粉末放入敞口容器中，在干燥空氣中放置24小時(shí)以上，混合粉末的脫水量為50％～60％；(3)步驟(2)所制得的復(fù)合粉末含有水分，小部分粉末仍有輕微團(tuán)聚，把此狀態(tài)下的粉末用手重新混合均勻；(4)把步驟(3)制得的粉末再次置于干燥空氣中放置48小時(shí)以上，得到含水量為7.44％的混合粉末；(5)把步驟(4)中制得的粉末放入滾筒式混料機(jī)中加入剛玉球混合2小時(shí)，制備出混合均勻，流動(dòng)性好，含水量為6.86％的鈣鹽復(fù)合粉末。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的原位合成生物陶瓷涂層的鈣鹽復(fù)合粉末的制備方法，其特征是，所制得的鈣鹽復(fù)合粉末，結(jié)構(gòu)為實(shí)心球形或近球形結(jié)構(gòu)，粉體顆粒平均直徑為100μm，粒徑分布為75～100μm之間。
全文摘要
一種原位合成生物陶瓷涂層的鈣鹽復(fù)合粉末的制備方法。屬于材料制備領(lǐng)域。本發(fā)明首先稱取碳酸鈣CaCO
文檔編號(hào)C01B25/00GK1546372SQ20031010906
公開日2004年11月17日 申請日期2003年12月4日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月4日
發(fā)明者王迎春, 李建國, 丁建軍 申請人:上海交通大學(xué)