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目的:利用梯度功能材料技术,以氧化钇稳定纳米氧化锆(3%yttrium-stabilized nano zirconia,3Y-ZrO2)为基体,中间为 3Y-ZrO2/纳米羟基磷灰石(nano-hydroxyapatite,nHA)复合材料梯度层,表层为多孔nHA,两种材料之间由于梯度过渡而使内部界面减少甚至消失,从而形成牢固的有机结合。本研究应用高温烧结技术将设计制备好的3Y-Zr02/nHA FGM烧结为生物陶瓷,通过对该功能梯度材料(Functional graded material,FGMM)力学性能的检测,筛选其最佳设计及烧结温度,为此新型生物陶瓷的进一步研究提供初步实验依据。方法:1、样品设计:基体层为100%3Y-ZrO2,中间层为3Y-Zr02/nHA复合材料梯度层,表面层100%nHA。梯度层中每层nHA含量计算公式为f(x)=(x/n)p×f(s)。根据基体层氧化锆层厚度的不同分为A、B、C三组,根据梯度层数nHA体积分数的不同每组又分为1、2、3三组。2、粉体预备:3Y-ZrO2和nHA粉体中分别添加占1wt.%的聚乙烯醇(polyvinyl alcohol,PVA)粉体,表层中再添加10%vol纳米碳粉。本实验设定p=2.5,nn=3、5、7,根据公式计算梯度层各层nHA的体积分数并分别加入到相应3 Y-Zr02中,震荡器充分混合。3、试件坯体制备:为便于力学性能检测,试件设计为梯度层成分沿厚度单向变化,最底层即为基体层(中间层)。首先加入3Y-ZrO2粉体,再逐层分别加入不同混合比3Y-Zr02/nHA粉体,最后加入nHA表层粉体,两种粉体之间用PVA薄膜相隔。在大于25℃室温下(薄膜溶解温度)以150Mpa压力、速度1mm/min单面垂直加压。4、试件烧结:设定温度从1300℃C至1550℃C,相邻两组间相差50℃C。将试件放入马弗炉中,升温至300℃C保温2h,再升至设定温度保温2h后随炉冷却至室温取出备用。5、陶瓷试件力学性能检测:将经高温烧结后的圆柱状试件加工成不同尺寸矩形试样,用细砂纸对材料表面进行打磨,用于力学性能检测。(1)抗弯曲强度测试:将制作完成的25mm×15mmn×1Ommm的试件放入万能测试机上,室温环境下加载,载荷1OMpa,速度均为1mm/min,直至试件断裂,电脑显示断裂、破碎时峰值,记录数据并计算FGM抗弯强度。(2)抗剪切强度测试:将烧结的试件制作成20mm×13mm×8mm的矩形试样,施以10MPa垂直向力,加载速度为1mm/min,直至试件破碎时停止,电脑显示最大剪切力,记录数据,根据公式计算剪切强度。6、数据处理:用数据用x±s表示,采用SPSS 17.0软件对数据进行进行单因素方差分析,组内两两比较,以P<0.05为差异有统计学意义。结果:1、在150Mpa单面垂直加压下,能够形成氧化锆基纳米羟基磷灰石梯度功能材料生坯试件。2、梯度层层数影响功能梯度材料的力学性能。随着梯度层数增加,相邻层间nHA含量差异逐渐减小,层间呈连续梯度变化,力学性能随之增强。3、烧结温度影响氧化锆基纳米羟基磷灰石功能梯度材料的抗弯强度和剪切强度。1300℃-1550℃其强度随温度升高而逐渐增大,当1550℃C时,其力学性能最优,与其他五组比较差异具有显著性。结论:1、在常温150Mpa单面垂直加压下制备成的氧化锆基纳米羟基磷灰石梯度功能材料生坯试件,能够达到梯度功能材料的设计构想和进一步实验的要求。2、烧结温度和梯度层数是影响3Y-Zr02/nHA FGM力学性能的主要因素。当烧结温度为1550℃,梯度层为7、基体层氧化锆厚度40mm、3Y-Zr02/nHA梯度层厚度10mm时,其抗弯曲强度和抗剪切强度最强。3、以3Y-ZrO2和nHA粉末为原料,按最佳梯度设计方案,采用高温烧结技术制备3Y-ZrO2/nHAFGM陶瓷试件,具有较高的力学性能,并为生物相容性和生物学性能研究打下了基础。