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双相磷酸钙生物陶瓷(BCP)是一类由羟基磷灰石(HA)和β-磷酸三钙(β–TCP)按不同的比例组成的骨修复材料,具有优异的生物相容性、生物活性和骨传导及骨诱导特性。高孔隙率、高连通率和高抗压强度多孔HA/β–TCP双相支架材料的制备技术已成为骨支架材料研究急需突破的一个重要领域。本研究采用钙缺陷HA晶须为主要原料,利用其高温下易相变的特性,原位形成HA/β–TCP双相磷酸钙生物陶瓷,研究具有可控定向孔结构的BCP支架材料的真空冷冻干燥制备技术,有望为解决传统支架材料面临的高孔隙率与低连通率和低力学性能间的问题、并为骨支架材料的自增强制备提供了良好的依据和理论基础。本文采用水热法和均相共沉淀分别制备HA晶须和HA粉末。以水作为成孔剂、钙缺陷HA晶须作为基础材料,同时加入HA粉末、生物玻璃、分散剂、粘结剂和凝结改性剂,在起始冷冻温度为-16 ~oC,冷冻速率为1 ~oC/min,终点冷冻温度为-50 ~oC,烧成温度为950 ~oC,烧成时间为30 min时成功制备出气孔率达到82.84%、抗压强度约为0.79 MPa,且支架材料内含有大量相互连通的宏观柱状孔结构的HA/β–TCP双相陶瓷材料。研究发现聚丙烯酸钠在HA浆料中存在静电排斥作用和空间位阻效应,极大地提高了HA晶须在水基溶液中的分散性和悬浮稳定性,而且成孔效果较好。羧甲基纤维素钠对浆料粘度影响小,可改善料浆的悬浮稳定性和成孔效果。乙醇可降低HA浆料的凝固点,降低冰晶成核数量,从而加快冰晶的生长,有效增大支架材料的孔径和孔隙率。烧成制度主要影响支架材料的相组成和材料的物理、力学性能。随着烧成温度和时间的延长,支架材料孔径变小、孔隙率下降、抗压强度增大。实验发现烧成温度为800 ~oC、保温30 min时,支架材料中的钙缺陷HA开始向β–TCP转变。当烧成温度高于850 ~oC时,可加剧HA向β–TCP的转化。生物玻璃的加入不仅影响支架材料的抗压强度和收缩率,而且会促进HA向β–TCP的转化,其适宜的添加量应当低于25%。利用镁和锌掺杂晶须制备支架材料,发现Mg和Zn的掺杂也可以促进支架材料中的HA向β–TCP转变。通过XRD、FTIR和SEM等对所得支架材料的形态、孔结构和相组成分析发现,制备高孔隙率、高连通率和适宜抗压强度的工艺条件为:聚丙烯酸钠分散剂含量为0.075%、羧甲基纤维素钠粘结剂0.5%、凝结改性剂乙醇6%、生物玻璃25%、成型初始冷冻温度为-16 ~oC、冷冻速率为1 ~oC/min、终点冷冻温度为-50~oC,材料的烧成温度宜控制在850~950 ~oC、保温时间30~60分钟。