第五章医用陶瓷材料.ppt

MgO-CaO-SiO2-P2O5系微晶玻璃（A-W微晶玻璃）该微晶玻璃的代表组成为(质量%):MgO4.65，CaO44.9，SiO234.2，P2O516.3，CaF20.5。熔成玻璃后将其粉碎,然后成形压制成所需的形状后,在烧结过程中形成氧-氟磷灰石[Ca10(PO4)6(O,F9)]以及β-硅灰石结晶，成为气孔率为0.7%的致密微晶玻璃(A-W微晶玻璃)。将A-W微晶玻璃继续升温后，β-硅灰石晶体量增加,而氧-氟磷灰石的一部分与玻璃相反应转变为β-3CaO·P2O5晶体(A-W-CP微晶玻璃)。应用试验表明,A-W微晶玻璃可用于制造人工脊椎骨、肋骨等。第64页,共95页，5月，星期六，2024年，5月Na2O-K2O-MgO-CaO-SiO2系微晶玻璃(Ceravital)Ceravital微晶玻璃既具有Na2O-CaO-SiO2-P2O5系玻璃与骨结合的特点,又可避免较多的Na+和Ca2+长时期溶出后形成强度低的SiO2凝胶层。组成中Na2O含量低,但经过热处理后玻璃中含较多的磷灰石晶体,这既使玻璃提高了机械强度,又具有生物活性。将其植入动物体后,与骨缺损部位形成牢固的化学结合。Ceravital可用于不承受或少承受弯曲应力的牙根、颚骨等部位。第65页,共95页，5月，星期六，2024年，5月多孔生物玻璃或微晶玻璃多孔材料的高孔隙率和较大的孔径导致材料表面积增大，进而提高了材料与人体体液或组织的作用范围，增强了材料与组织的界面结合强度，这种结合被称之为生物固定，相对于密实植入体的形态固定能够承受更大和更复杂的应力，但是为了维持组织的正常生长，对长入多孔生物材料中的联接组织需提供充分的血液。而血管组织不长入孔径小于100μm的孔隙中。所以植人材料的孔径必须大于l00～150μm。比较不同孔隙率的A/W-GC颗粒对骨传导性的影响表明，骨组织日在孔径较大(5～500μm)的颗粒孔腺内形成，而在孔径较小(1～50μm)的孔隙内刚无骨组织形成。第66页,共95页，5月，星期六，2024年，5月5.4.4展望虽然生物活性玻璃有众多优点及应用，但是其在生物材料领域的应用却不及磷酸钙陶瓷，一方面是生物玻璃中多数含有硅的成分，硅在体内不能降解并且其代谢机理目前不是很清楚，不论生物玻璃在人体内植入时间的长短，其最终不可能转化为与人体骨组织类似的物质；另一方面可溶解的磷酸盐玻璃体系一般含钠，溶解使得局部离子浓度和pH值发生较大变动，影响周边细胞和组织的功能，并有可能影响体内的离子平衡。第67页,共95页，5月，星期六，2024年，5月下一代生物活性材料要求能在分子水平上刺激特定的细胞反应而加速组织再生，要求生物材料能为人体所吸收，其降解的速度应与组织生成的速度一致，并且在骨重建过程中始终能保持足够的强度。因此生物玻璃的研究应同组织工程和基因工程结合起来，模糊材料制备和生物学评价间的界限，充分利用生物玻璃和微晶玻璃的组分与性能可设计性，以实际应用需求指导材料的设计。未来生物玻璃制备的重要手段是利用溶胶-凝胶法制备大表面积的玻璃，调控降解速度并激活成骨细胞基因，达到加速组织再生的目的。第68页,共95页，5月，星期六，2024年，5月5.5其他生物陶瓷5.5.1氧化铝生物陶瓷氧化铝（Al2O3）也称刚玉，具有多种结晶形态，红宝石和蓝宝石分别就是自然界中含有一定量Cr和Fe元素的刚玉。作为陶瓷家族中的典型代表，氧化铝具有良好的电、热绝缘性能和高温下的化学稳定性。自1969年首次将氧化铝陶瓷用于医学领域以来，已经有超过2亿个氧化铝关节头和30万个氧化铝髋臼内衬用于髋关节置换手术（THR）。第69页,共95页，5月，星期六，2024年，5月目前的医用氧化铝陶瓷为主要含α-Al2O3的单相材料。而且氧化铝的化学性质、力学性能和物理性能都要达到ISO64749和ASTMF60310的相应标准。表4-7列出了医用氧化铝陶瓷的主要性能。化学组成99.9%Al2O3（含有少量MgO杂质）密度/(g·cm-3)≥3.97孔隙率0.1%抗弯强度/Mpa500抗压强度/Mpa4100杨氏模量/Gpa380泊松比0.23热膨胀系数/K-18×10-6热导率/(W·mK-1)30硬度（HV）/Mpa＞2000表4-7医用氧化铝陶瓷的主要性能第70页,共95页，5月，星期六，2024年，5月制备方法由天然矿物铝凡土(Al2O3·nH2O)经化学方法分离、精制、煅烧和粉碎等多道工序处理后，可制得粒径0.31μm，纯度达99.3％以上的氧化铝粉末。