SiO2对钙磷酸盐微晶玻璃晶相组成及生物活性的影响

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:iamc66m
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钙磷酸盐微晶玻璃因其组成与人体骨骼和牙齿的主要无机成分相似,所以具有很好的生物相容性和生物活性,但钙磷酸盐玻璃的析晶倾向较大,难以形成玻璃,而二氧化硅是良好的玻璃形成体,所以本实验中以钙、磷为基础体系,少量添加二氧化硅,考察二氧化硅含量对材料性能的影响。研究了钙磷酸盐微晶玻璃粉体材料的热处理工艺和陶瓷材料的烧结性能,并对材料的力学性能和体外生物活性进行了测试。首先,采用高分子网络凝胶法合成了钙磷酸盐微晶玻璃前驱粉体。通过干凝胶的TG-DTA曲线确定600℃时去除干凝胶中的有机物。然后利用XRD、SEM研究了核化温度、晶化温度、晶化时间和SiO2含量对前驱粉体的物相组成和微观形貌等的影响,最终确定粉体的热处理工艺为:700℃核化2h,900℃晶化6h。其次,研究了SiO2含量对微晶玻璃的烧结性能的影响。结果表明随着二氧化硅含量的增多,材料的体积密度由2.659g/m3逐渐减少到2.070 g/m3;孔隙率从3.79%逐渐增加至29.22%;线收缩率则先增加后减少,从8.62%升高到14.62%,然后降至13.23%。对钙磷酸盐微晶玻璃进行了硬度和断裂韧性测试,初步探讨SiO2的加入量与材料力学性能之间的关系,发现随着SiO2加入量的增多,由于材料的气孔逐渐变大、变多,导致材料的硬度和断裂韧性都不断降低。硬度由5.291GPa下降至1.688GPa,断裂韧性从6.023 GPa·m1/2减小到1.463 GPa·m1/2,结果表明GC05的力学性能最好,GC10次之。研究了材料在模拟体液(SBF)中的体外生物活性。利用FT-IR和XRD分析材料表面的物相组成,SEM表征表面形貌的变化,ICP测试SBF中Ca、P、Si离子浓度随SiO2含量及浸泡时间的变化。研究结果表明,添加SiO2后的钙磷酸盐微晶玻璃表面生长出新的磷灰石晶相。随着浸泡时间的延长,沉积物质逐渐长大,从最初的一层球形隆起物变为叶片状。在相同浸泡时间的条件下,溶液中钙和磷离子浓度随着二氧化硅含量增多而逐渐减少,硅离子浓度随着二氧化硅含量的增多而增多。GC10钙磷酸盐微晶玻璃由于具有较好的力学性能与生物活性,同时钙磷比达到1.57,接近人体骨骼和牙齿中的钙磷比,适合作为人体骨组织与牙齿的修复或替代材料。
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