一种高强度硅磷酸钙生物陶瓷材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种高强度硅磷酸钙生物陶瓷材料及其制备方法。所述方法包括步骤：(1)将氧化锌粉体、硅磷酸钙粉体和粘结剂混合均匀，得到混合料，然后将所述混合料进行成型，得到陶瓷坯体；和(2)将步骤(1)得到的陶瓷坯体进行烧结，制得高强度硅磷酸钙生物陶瓷材料。本发明专利技术方法具有工艺简单、工艺可控、易操作以及烧结温度低等优点；本发明专利技术制得的高强度硅磷酸钙生物陶瓷材料具有气孔率低(气孔率可降低至1％左右)、抗弯强度高(抗弯强度可提高至65～90MPa)以及细胞相容性好等优点，尤其适合于用作硬组织修复材料，是一种很具潜力的生物和医用材料，可以用作骨组织的修复、填充以及齿科修复材料。

A high strength calcium phosphate bioceramic material and its preparation method

The invention relates to a high strength calcium phosphate bioceramic material and a preparation method thereof. The method comprises the following steps: (1) mixing zinc oxide powder, calcium silicate phosphate powder and binder evenly to obtain a mixture, then molding the mixture to obtain a ceramic green body; and (2) sintering the ceramic green body obtained in step (1) to prepare a high strength calcium silicate phosphate bioceramic material. The method of the invention has the advantages of simple process, controllable process, easy operation and low sintering temperature; the high strength calcium silicate phosphate bioceramic material prepared by the invention has the advantages of low porosity (porosity can be reduced to about 1%), high bending strength (bending strength can be increased to 65-90 MPa) and good cell compatibility, in particular. Suitable for hard tissue repair materials, is a very promising biological and medical materials, can be used as bone tissue repair, filling and dental repair materials.

【技术实现步骤摘要】
一种高强度硅磷酸钙生物陶瓷材料及其制备方法
本专利技术属于生物陶瓷的制备领域，尤其涉及一种高强度硅磷酸钙生物陶瓷材料及其制备方法。
技术介绍
随着人类寿命的延长，由创伤、年老骨脆或疾病引起的骨折发病率预计到2050年会上升至400％，随之而来的便是巨额医用消费，据估计，全世界每年的发病率/死亡率花费将会相应增加约80亿美元，手续费约增涨80万美元，可以看出，骨修复材料在全世界范围内的市场潜力巨大。从国内情况来看，我国是一个拥有13亿人口和8000多万残疾人的大国，据民政部门报告，截止到2005年，我国肢体不自由患者已超过1500万，其中残肢者约800万，由类风湿引发的大骨节病患者有数百万；且第六次全国人口普查的数据显示，我国正步入老年人社会，60岁以上的老年人口已达1.78亿，约占全国人口的13.26％。可见，进行骨组织修复材料方面的研究具有重大的社会意义和经济效益。随着材料科学的发展，近几十年来，人工合成骨修复与替代材料已成为各国研究开发的热点，是生物医用材料研究的重要内容之一。目前，无机材料仍然是骨修复与替代材料的首选，研究也最为广泛。目前临床上获得广泛应用的是与人体无机成分类似的磷酸钙类生物陶瓷，磷酸钙类生物陶瓷由于具有良好的生物相容性，对人体无毒、无害、无致癌作用，但其缺乏生物活性，同时降解性性能也不够理想。上世纪70年代初，美国的Hench教授发现硅具有诱导成骨的作用，从而含硅的生物活性材料得到了广泛研究。我们的前期研究发现硅磷酸钙(Ca5(PO4)2SiO4，CPS)材料具有与羟基磷灰石相类似的晶体结构，其中的硅组分可诱导类骨磷灰石的生成，以促进新骨的形成；同时钙和磷组分的降解可为新骨的生长提供钙和磷，从而加速骨再生过程。硅磷酸钙作为一种新开发的生物材料，目前国际上都还均专注在其制备方法及其生物性能的探索研究上，前期的研究工作表明，目前的制备方法很难得到力学性能和生物活性俱佳的材料体系。因此如何优化硅磷酸钙陶瓷的烧结性能、实现高的力学性能和良好生物学性能的完美结合是硅磷酸钙进一步走向临床必须解决的关键问题。
技术实现思路
为了解决一个或者多个技术问题，本专利技术的目的是提供一种高强度硅磷酸钙生物陶瓷材料及其制备方法。本专利技术方法具有工艺简单、工艺可控、易操作以及烧结温度低等优点，本专利技术方法制备的高强度硅磷酸钙生物陶瓷材料具有气孔率低、抗弯强度高以及细胞相容性好等优点。本专利技术在第一方面提供了一种高强度硅磷酸钙生物陶瓷材料的制备方法，所述方法包括如下步骤：(1)将氧化锌粉体、硅磷酸钙粉体和粘结剂混合均匀，得到混合料，然后将所述混合料进行成型，得到陶瓷坯体；和(2)将步骤(1)得到的陶瓷坯体进行烧结，制得高强度硅磷酸钙生物陶瓷材料。优选地，所述氧化锌粉体与所述硅磷酸钙粉体的质量比为(0.1～5)：(95～99.9)，优选为(0.5～5)：(95～99.5)。优选地，所述烧结包括第一温度阶段烧结和第二温度阶段烧结；所述第一温度阶段烧结的温度为500℃～700℃，所述第一温度阶段烧结的时间为30～120min；所述第二温度阶段烧结的温度为800℃～1400℃，优选为1100℃～1400℃，更优选为1250℃～1350℃，所述第二温度阶段烧结的时间为30～360min，优选为60～240min。优选地，在步骤(2)中采用1℃/min～10℃/min的升温速率升至烧结的温度。优选地，所述粘结剂的用量占所述氧化锌粉体与所述硅磷酸钙粉体用量之和的0.1～5wt％，优选为0.1～2wt％。优选地，所述粘结剂为水基粘结剂。优选地，在步骤(1)中，以水为球磨介质，通过球磨混合均匀。优选地，在步骤(1)中，将所述混合料依次进行干压成型和冷等静压成型。特别地，所述干压成型的压力为5～100MPa，优选为10～50MPa，所述干压成型的保压时间为1～10min，优选为2～8min；和/或所述冷等静压成型的压力为50～400MPa，优选为100～300MPa，所述冷等静压成型的保压时间为1～10min，优选为2～8min。本专利技术在第二方面提供了本专利技术在第一方面所述的制备方法制得的高强度硅磷酸钙生物陶瓷材料；优选的是，所述高强度硅磷酸钙生物陶瓷材料的抗弯强度不低于65MPa，气孔率低于5％。本专利技术与现有技术相比至少具有如下有益效果：(1)本专利技术以硅磷酸钙粉体为主，添加少量的氧化锌作为烧结助剂制备出以硅磷酸钙为主相、还会有氧化锌及第三相锌黄长石的存在的含锌的高强度硅磷酸钙生物陶瓷材料；本专利技术方法制备的高强度硅磷酸钙生物陶瓷材料与纯硅磷酸钙生物陶瓷相比，具有致密的微观结构，显著改善了硅磷酸钙生物陶瓷材料的烧结性能和力学性能，此外，具有更优异的生物性能，该高强度硅磷酸钙生物陶瓷材料因为锌的存在使其拥有更好的成骨活性，并且对破骨细胞有一定的抑制作用，有利于提高硅磷酸钙生物陶瓷材料的生物活性和降解性能。(2)本专利技术与现在技术相比，以氧化锌为烧结助剂，通过液相烧结，降低了烧结温度(烧结温度降低至1300℃甚至更低)，制备得到的高强度硅磷酸钙生物陶瓷材料烧结温度低、气孔率(孔隙率)低、力学性能好以及生物学性能佳；本专利技术方法在克服传统常压烧结工艺缺陷的基础上，解决了硅磷酸钙生物陶瓷难烧结、力学性能差的问题，是一种适合于大规模制备高力学性能硅磷酸钙生物陶瓷材料的方法。(3)本专利技术方法具有工艺简单、工艺可控、易操作以及烧结温度低等优点；本专利技术方法制得的高强度硅磷酸钙生物陶瓷材料具有气孔率低(气孔率可降低至1％左右)、抗弯强度高(抗弯强度可提高至65～90MPa)以及细胞相容性好等优点，尤其适合于用作硬组织修复材料，是一种很具潜力的生物和医用材料，例如可以用于骨组织的修复、填充以及齿科修复材料等。附图说明图1是实施例1制备的高强度硅磷酸钙生物陶瓷材料的断面形貌图。图2是实施例2制备的高强度硅磷酸钙生物陶瓷材料的断面形貌图。图3是实施例3制备的高强度硅磷酸钙生物陶瓷材料的断面形貌图。图4是实施例4制备的高强度硅磷酸钙生物陶瓷材料的断面形貌图。图5是实施例5制备的高强度硅磷酸钙生物陶瓷材料的断面形貌图。图6是实施例6制备的高强度硅磷酸钙生物陶瓷材料的断面形貌图。图7是对比例1制备的硅磷酸钙生物陶瓷材料的断面形貌图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术在第一方面提供了一种高强度硅磷酸钙生物陶瓷材料的制备方法，所述方法包括如下步骤：(1)将氧化锌粉体、硅磷酸钙粉体和粘结剂混合均匀，得到混合料，然后将所述混合料进行成型，得到陶瓷坯体；和(2)将步骤(1)得到的陶瓷坯体进行烧结(常压烧结)，制得高强度硅磷酸钙生物陶瓷材料。在本专利技术中，采用常压烧结工艺，此工艺简单可控，采用生物安全无毒的氧化锌为烧结助剂、硅磷酸钙为主相，加入粘结剂，经混合均匀、成型后进行常压烧结制备得到高强度硅磷酸钙生物陶瓷材料；本专利技术通过采用氧化锌为烧结助剂，通过低温共熔，降低了烧结温度，在烧结温度范围内，在陶瓷颗粒间形成液相本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高强度硅磷酸钙生物陶瓷材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：(1)将氧化锌粉体、硅磷酸钙粉体和粘结剂混合均匀，得到混合料，然后将所述混合料进行成型，得到陶瓷坯体；和(2)将步骤(1)得到的陶瓷坯体进行烧结，制得高强度硅磷酸钙生物陶瓷材料。

【技术特征摘要】
1.一种高强度硅磷酸钙生物陶瓷材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：(1)将氧化锌粉体、硅磷酸钙粉体和粘结剂混合均匀，得到混合料，然后将所述混合料进行成型，得到陶瓷坯体；和(2)将步骤(1)得到的陶瓷坯体进行烧结，制得高强度硅磷酸钙生物陶瓷材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述氧化锌粉体与所述硅磷酸钙粉体的质量比为(0.1～5)：(95～99.9)，优选为(0.5～5)：(95～99.5)。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述烧结包括第一温度阶段烧结和第二温度阶段烧结；所述第一温度阶段烧结的温度为500℃～700℃，所述第一温度阶段烧结的时间为30～120min；所述第二温度阶段烧结的温度为800℃～1400℃，优选为1100℃～1400℃，更优选为1250℃～1350℃，所述第二温度阶段烧结的时间为30～360min，优选为60～240min。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：在步骤(2)中采用1℃/min～10℃/min的升温速率升...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓繁艳，宁聪琴，
申请(专利权)人：中国科学院上海硅酸盐研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31