生物陶瓷
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生物硬組織代用材料有體骨、動(dòng)物骨，后來發(fā)展到采用不銹鋼和塑料，由于這些生物材料在生物體中使用，不銹鋼存在溶析、腐蝕和疲勞問題，塑料存在穩(wěn)定性差和強(qiáng)度低的問題。目前世界各國相繼發(fā)展了生物陶瓷材料，它不僅具有不銹鋼塑料所具有的特性，而且具有親水性、能與細(xì)胞等生物組織表現(xiàn)出良好的親和性。因此生物陶瓷具有廣闊的發(fā)展前景。生物陶瓷除用于測(cè)量、診斷治療等外，主要是用作生物硬組織的代用材料。可用于骨科、整形外科、牙科、口腔外科、心血管外科、眼外科、耳鼻喉科及普通外科等方面。
生物陶瓷作為硬組織的代用材料來說，主要分為生物惰性和生物活性兩大類。
1、生物惰性陶瓷材料
生物惰性陶瓷主要是指化學(xué)性能穩(wěn)定，生物相溶性好的陶瓷材料。這類陶瓷材料的結(jié)構(gòu)都比較穩(wěn)定，分子中的鍵力較強(qiáng)，而且都具有較高的機(jī)械強(qiáng)度，耐磨性以及化學(xué)穩(wěn)定性，它主要有氧化鋁陶瓷、單晶陶瓷、氧化鋯陶瓷、玻璃陶瓷等。
2、生物活性陶瓷材料
生物活性陶瓷包括表面生物活性陶瓷和生物吸收性陶瓷，又叫生物降解陶瓷。生物表面活性陶瓷通常含有羥基，還可做成多孔性，生物組織可長入并同其表面發(fā)生牢固的鍵合；生物吸收性陶瓷的特點(diǎn)是能部分吸收或者全部吸收，在生物體內(nèi)能誘發(fā)新生骨的生長。生物活性陶瓷有生物活性玻璃（磷酸鈣系），羥基磷灰和陶瓷，磷酸三鈣陶瓷等幾種。
1、 玻璃生物陶瓷
玻璃陶瓷也稱微晶玻璃或微晶陶瓷。
1、玻璃陶瓷的生產(chǎn)工藝過程為：
配料制備→配料熔融→成型→加工→晶化熱處理→再加工
玻璃陶瓷生產(chǎn)過程的關(guān)鍵在晶化熱處理階段：第一階段為成核階段，第二階段為晶核生長階段，這兩個(gè)階段有密切的聯(lián)系，在A階段必須充分成核，在B階段控制晶核的成長。玻璃陶瓷的析晶過程由三個(gè)因素決定。第一個(gè)因素為晶核形成速度；第二個(gè)因素為晶體生長速度；第三個(gè)因素為玻璃的粘度。這三個(gè)因素都與溫度有關(guān)。玻璃陶瓷的結(jié)晶速度不宜過小，也不宜過大，有利于對(duì)析晶過程進(jìn)行控制。為了促進(jìn)成核，一般要加入成核劑。一種成核劑為貴金屬如金、銀、鉑等離子，但價(jià)格較貴，另一種是普通的成核劑，有TiO2、ZrO2、P2O5、V2O5、Cr2O3、MoO3、氟化物、硫化物等。
2、玻璃陶瓷的結(jié)構(gòu)與性能及臨床應(yīng)用
玻璃陶瓷是由結(jié)晶相和玻璃相組成的，無氣孔，不同于玻璃，也不同于陶瓷。其結(jié)晶相含量一般為50%-90%，玻璃相含量一般為5%-50%，結(jié)晶相細(xì)小，一般小于1-2/μm，且分布均勻。因此，玻璃陶瓷一般具有機(jī)械強(qiáng)度高，熱性能好，耐酸、堿性強(qiáng)等特點(diǎn)。國內(nèi)外就SiO2-Na2O-CaO-P2O5系統(tǒng)玻璃陶瓷，Li2O-Al2O3-SiO2系統(tǒng)玻璃陶瓷，SiO2-Al2O3-MgO-TiO2-CaF系統(tǒng)玻璃陶瓷等進(jìn)行了生物臨床應(yīng)用。發(fā)現(xiàn)它們具有良好的生物相溶性，沒有異物反應(yīng)。此外生物硬組織代用材料還有碳質(zhì)材料，二氧化鈦陶瓷，二氧化鋯陶瓷材料等多種。
2、 單晶生物陶瓷
單晶生物陶瓷是一種新型的生物陶瓷材料，屬氧化鋁單晶。氧化鋁單晶也稱寶石，添加劑不同，制得單晶材料顏色不同，如紅寶石、藍(lán)寶石等。氧化鋁單晶有許多特性，如機(jī)械強(qiáng)度、硬度、耐腐蝕性都優(yōu)于多晶氧化鋁陶瓷，其生物相溶性、安定性、耐磨性也優(yōu)于多晶氧化鋁陶瓷。
1、氧化鋁單晶的生產(chǎn)工藝
氧化鋁單晶的生產(chǎn)工藝有提拉法、導(dǎo)模法、氣相化學(xué)沉積生長法、焰熔法等。
a. 提拉法
即是把原料裝入坩堝內(nèi)，將坩堝置于單晶爐內(nèi)，加熱使原料完全熔化，把裝在籽晶桿上的籽晶浸漬到熔體中與液面接觸，精密地控制和調(diào)整溫度，緩緩地向上提拉籽晶桿，并以一定的速度旋轉(zhuǎn)，使結(jié)晶過程在固液界面上連續(xù)地進(jìn)行，直到晶體生長達(dá)到預(yù)定長度為止。提拉籽晶桿的速度1.0-4mm/min 坩堝的轉(zhuǎn)速為10r/min，籽晶桿的轉(zhuǎn)速為25r/min
b. 導(dǎo)模法
簡稱EFG法。在擬定生長的單晶物質(zhì)熔體中，放頂面下所擬生長的晶體截面形狀相同的空心模子即導(dǎo)模，模子用材料應(yīng)能使熔體充分潤濕，而又不發(fā)生反應(yīng)。由于毛細(xì)管的現(xiàn)象，熔體上升，到模子的頂端面形成一層薄的熔體面。將晶種浸漬到基中，便可提拉出截面與模子頂端截面形狀相同的晶體。
c. 氣相化學(xué)沉積生長法
將金屬的氫氧化物、鹵化物或金屬有機(jī)物蒸發(fā)成氣相，或用適當(dāng)?shù)臍怏w做載體，輸送到使其凝聚的較低溫度帶內(nèi)，通過化學(xué)反應(yīng)，在一定的襯底上沉積形成薄膜晶體。
d. 焰熔法
將原料裝在料斗內(nèi)，下降通過倒裝的氫氧焰噴嘴，將其熔化后沉積在保溫爐內(nèi)的耐火材料托柱上，形成一層熔化層，邊下降托柱邊進(jìn)行結(jié)晶。用這種方法晶體生長速度快、工藝較簡單，不需要昂貴的銥金坩堝和容器，因此較經(jīng)濟(jì)。
e. 單晶氧化鋁臨床應(yīng)用。
它用作人工關(guān)節(jié)柄與氧化鋁多晶陶瓷相比具有比較高的機(jī)械強(qiáng)度，不易折斷。它還可以作為損傷骨的固定材料，主要用于制作人工骨螺釘，比用金屬材料制成的人工骨螺釘強(qiáng)度高?？梢约庸こ筛鞣N齒用的尺寸小、強(qiáng)度大的牙根，由于氧化鋁單晶與人體蛋白質(zhì)有良好的親合性能，結(jié)合力強(qiáng)，因此有利于牙齦粘膜與異齒材料的附著。
3、 羥基磷灰石生物陶瓷
1、羥基磷灰石陶瓷的制造工藝
a. 固相反應(yīng)法
這種方法與普通陶瓷的制造方法基本相同，根據(jù)配方將原料磨細(xì)混合，在高溫下進(jìn)行合成：
1000-1300℃
6CaHPO4.2H2O+4CaCO3 Ca10(PO4)6(OH)2+4CO2+4H2O
b.水熱反應(yīng)法
將CaHPO4與CaCO3按6：4摩爾比進(jìn)行配料，然后進(jìn)行24h濕法球磨。將球磨好的漿料倒入容器中，加入足夠的蒸餾水，在80-100℃恒溫情況下進(jìn)行攪拌，反應(yīng)完畢后，放置沉淀得到白色的羥基磷灰石沉淀物，其反應(yīng)式如下：
6CaHPO4+4CaCO3═Ca10(PO4)6(OH)2+4CO2+2H2O
c. 沉淀反應(yīng)法
此法用Ca(NO3)2與(NH4)2HPO4進(jìn)行反應(yīng)，得到白色的羥基磷灰石沉淀。其反應(yīng)如下：
10Ca(NO3)2+6(NH4)2HPO4+8NH3.H2O+H2O=Ca10(PO4)6(OH)2+20NH4NO3+7H2O
此外，還有其它方法可制成羥基磷灰石。
2、羥基磷灰石陶瓷的性能應(yīng)用
合成的羥基磷灰石的結(jié)構(gòu)與生物骨組織相似，因此合成羥基磷灰石具有與生物體硬組織相同的性能。如Ca：P≈1.67，密度≈3.14，機(jī)械強(qiáng)度大于10MPa，對(duì)生物無毒，無刺激，生物相溶性好，不被吸收，能誘發(fā)新有的生長。
目前國內(nèi)外已將羥基磷灰石用牙槽、骨缺損、腦外科手術(shù)的修補(bǔ)、填充等，用于制造耳聽骨鏈和整形整容的材料。此外，它還可以制成人工骨核治療骨結(jié)核。
生物陶瓷專利技術(shù)集
1、一種具有生物聽效應(yīng)的新型功能材料鈮酸鹽壓電陶瓷
2、生物陶瓷八孔中空義眼座
3、鈦鋼生物陶瓷涂層齒根
4、口腔正畸用的生物陶瓷托槽
5、表面活性氧化鋁生物陶瓷種植體
6、遠(yuǎn)紅外輻射生物陶瓷節(jié)能保健煲
7、生物醫(yī)學(xué)陶瓷材料的離子束轟擊接枝方法
8、生物活性陶瓷義眼臺(tái)及其配制方法
9、具有片狀解理晶粒結(jié)構(gòu)的β-tcp生物陶瓷粉末的制備
10、生物玻璃羥基磷灰石陶瓷齒根
11、生物活性玻璃陶瓷人工骨椎體
12、生物活性傾斜功能陶瓷材料
13、羥基磷灰石與β-磷酸三鈣復(fù)相生物陶瓷的制備方法
14、生物活性陶瓷多孔球體義眼座
15、一種生物陶瓷健身球
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17、一種生物陶瓷涂層材料的制備方法
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31、制備由肼衍生物的聚氫硅氮烷的方法以及所述硅氮烷作為陶瓷產(chǎn)品的前體的應(yīng)用
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