一种陶瓷材料及其制备方法技术

本发明专利技术属于生物材料领域，公开了一种陶瓷材料的制备方法，包括如下步骤：制备ZnO–CaO–SiO

Ceramic material and preparation method thereof

The invention belongs to the field of biological materials and discloses a method for preparing ceramic materials, comprising the following steps: preparing ZnO - CaO - SiO;

【技术实现步骤摘要】
一种陶瓷材料及其制备方法
本专利技术涉及医用生物材料领域，更确切地说是一种硅酸钙/锌黄长石基复合生物降解陶瓷材料及其制备方法。
技术介绍
生物陶瓷(Bioceramics)是直接用于人体或与人体直接相关，且具有特定生物或生理功能的一类陶瓷材料，其主要作为生物硬组织替代材料，用于骨科、整形外科、牙科、口腔外科、等方面。作为生物医用材料，生物陶瓷需具备如下特征：良好的生物学、力学相容性，与生物组织有优异的亲和性、灭菌性并具有很好的物理、化学稳定性。随着生命科学和材料科学的不断发展，生物材料发展至具有促进人体自身修复和再生作用的第三代生物医用复合材料。第三代生物材料不仅应满足上述生物活性及生物相容性，同时应当具有可降解性，降解过程中能诱导组织再生。而值得注意的是，在骨组织修复过程中，不同年龄阶段的病人和不同修复部位骨组织的生长速度不同，对植入体材料降解速度的要求也不尽相同。理想的骨修复材料应当具有良好的生物活性和适当的生物降解性能，其降解速度应与新生骨组织的生长速度相匹配。硅酸钙生物陶瓷材料具有良好的生物活性、相容性和力学性能，植入生物体内能够与骨组织形成良好键合，表现出良好的骨诱导性，是一种潜在的骨修复生物医用材料。然而，生物体内外降解实验结果表明硅酸钙陶瓷材料具有较高的降解和溶解速率。一方面，快速降解容易致使其机械强度降低；另一方面，材料溶解效应易造成材料周围介质pH值显着增加，而高pH值环境不利于细胞的生产与存活。因此，如何综合调控硅酸钙生物陶瓷的生物活性和降解性，使材料适用于各种不同生理条件和种植部位是该类材料研究和临床应用的一个关键问题。解决该问题的方法之一是制备复合生物陶瓷材料，通过添加降解性差的材料来调控复合材料降解性，以添加生物活性差的材料调节复合材料生物活性，改善材料组织骨诱导形成能力。已有研究结果表明，Ca-Zn-Si三元系统热处理可合成具有生物活性的锌黄长石(Ca2ZnSi2O7)。相比于羟基磷灰石(HAP),其具有良好的机械性能和断裂韧性。此外，降解实验表明，锌黄长石降解性明显低于硅灰石且降解过程中溶解出锌离子。锌是人体内存在的一种重要微量元素。锌离子对骨组织的形成和矿化有显著刺激作用，影响生物体免疫系统，已被公认为一种抗菌剂。综上所述，锌黄长石为我们提供了一种活性、低降解率材料。溶胶凝胶法作为一种化学制备方法为生物复合陶瓷材料的制备提供了一种有效的制备方法。相比高温熔融法，其反应温度较低，很容易均匀定量地掺入一些微量元素，实现分子水平上的均匀掺杂，制备出的产品纯度高和成分均一性好。更重要的是，溶胶凝胶粉体表现出很高的比表面积和多孔的性质。
技术实现思路
本专利技术主要提供一种采用溶胶凝胶法制备陶瓷粉体，并结合热处理原位生成具有优良生物活性和降解性，且生物活性和降解性可控的硅酸钙/锌黄长石基复合生物陶瓷材料。本专利技术的硅酸钙/锌黄长石基复合生物陶瓷材料的制备方法的技术方案如下：一种陶瓷材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1)制备ZnO–CaO–SiO2体系溶胶凝胶粉体材料；步骤2)，将步骤1)制备得到的粉体材料放入马弗炉中加热、保温，烧结完毕，停止加热，随炉冷却，即得到原位生成硅酸钙/锌黄长石基复合生物陶瓷材料。步骤1)所用粉体制备方法为分别以正硅酸乙酯、四水硝酸钙及六水硝酸锌为硅源、钙、锌源。利用溶胶-凝胶法进行锌掺杂，制备ZnO–CaO–SiO2系溶胶，溶胶于恒温水浴老化，待凝胶形成于干燥箱内烘干后，球磨、筛分得到粉体。步骤2)中将粉体试样放入马弗炉，以5-10℃/min升温速度从室温升高到700℃稳定化，及加热至1000℃-1200℃，保温1-2小时。一种陶瓷材料，所述陶瓷材料为硅酸钙/锌黄长石基复合生物降解陶瓷材料。本专利技术的有益效果是：通过溶胶凝胶法精确制备均一性、不同含锌量的陶瓷粉体，再利用马弗炉热处理，原位生成硅酸钙/锌黄长石基复合生物陶瓷材料。通过调节材料中锌黄长石的含量，在保证该材料生物活性的前提下，可以调控其降解速率。本专利技术制备工艺简单、快捷，操作简便、可控，易于推广应用。附图说明下面结合实施例和附图对本专利技术进行详细说明，其中：图1是溶胶-凝胶法制备含锌量分别为5、10、20(mol％)的Z5、Z10及Z20(下同)粉体1200℃烧结2h后获得粉体材料的X-射线衍射图谱。图2是Z5(A)、Z10(B)及Z20(C)复合陶瓷模拟体液浸泡28天后的表面形貌图。图3是复合生物陶瓷Tris-HCl缓冲溶液中随浸泡时间的降解示意图。具体实施方式下面结合附图进一步阐述本专利技术的具体实施方式：一种陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：步骤1)制备ZnO–CaO–SiO2体系溶胶凝胶粉体材料；步骤2)，将步骤1)制备得到的粉体材料放入马弗炉中加热、保温，烧结完毕，停止加热，随炉冷却，即得到原位生成硅酸钙/锌黄长石复合生物陶瓷材料。步骤1)所用粉体制备方法为分别以正硅酸乙酯、四水硝酸钙及六水硝酸锌为硅源、钙、锌源。利用溶胶-凝胶法进行锌掺杂，制备ZnO–CaO–SiO2系溶胶，溶胶于恒温水浴老化，待凝胶形成于干燥箱内烘干后，球磨、筛分得到粉体。ZnO–CaO–SiO2系溶胶中ZnO的添加量为5-20mol％，ZnO–CaO–SiO2系溶胶粉体的例径为38-74μm。干燥箱内烘干的温度为120℃。含锌量分别为5、10、20(mol％)的Z5、Z10及Z20(下同)粉体1200℃烧结2h后获得粉体材料的X-射线衍射图谱。如图1所示，结果表明，随着锌含量的增加，陶瓷粉体中锌黄长石物相比例增加。如图2所示，图2A、图2B、图2C分别为Z5、Z10及Z20复合陶瓷模拟体液浸泡28天后的表面形貌图。可见，试样表面浸泡后发生明显变化，出现球状颗粒，此为羟基磷灰石的一种形态，表明材料具有良好的生物活性。且随复合陶瓷中锌黄长石含量的增多，试样表面羟基磷灰石生成速度减缓。图3是复合生物陶瓷Tris-HCl缓冲溶液中随浸泡时间的降解示意图。Z0为含锌量为0的硅酸钙基陶瓷对比试样。结果表明，所获复合陶瓷材料降解性随锌黄长石含量的增加显著减少，复合材料降解性可以通过材料所含物相复合比例加以调控。步骤2)中将粉体试样放入马弗炉，稳定化处理然后烧结。稳定化处理的条件为升温速率为5℃/min，升温至700℃，保温1h。烧结的条件为10℃/min，由700℃升温至1200℃，高温烧结2h。一种陶瓷材料，所述陶瓷材料为硅酸钙/锌黄长石基复合生物降解陶瓷材料。所述陶瓷材料为ZnO–CaO–SiO2系生物陶瓷。实施例1(1)按重量取四水硝酸钙13.216g、六水硝酸锌5.94g及正硅酸乙酯25.84mL。首先将正硅酸乙酯加入23.76mL的水中并添加2mol/L的硝酸溶液3.3mL作为催化剂预水解60min，期间一直用磁力搅拌器不停搅拌，然后分别依次加入钙、锌相应硝酸盐搅拌，待充分溶解形成溶胶，在室温下于密闭容器内放置一段时间，待其形成凝胶后放入60℃恒温水浴箱中老化处理。然后放置于干燥箱内120℃烘干得到干凝胶，待球磨、筛分得到粒径为38～74μm的粉体。(2)将粉体试样放入马弗炉，以5℃/min升温速度从室温升高到700℃稳定化处理2小时，在按照10℃/min的升温速度加热至1200℃，保温2小时。试样冷却至室温后本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种陶瓷材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1)制备ZnO–CaO–SiO

【技术特征摘要】
1.一种陶瓷材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1)制备ZnO–CaO–SiO2体系溶胶凝胶粉体材料；步骤2)，将步骤1)制备得到的粉体材料放入马弗炉中加热、保温，烧结完毕，停止加热，随炉冷却，即得到原位生成硅酸钙/锌黄长石基复合生物陶瓷材料。2.根据权利要求1所述的陶瓷材料的制备方法，其特征在于，步骤1)所用粉体制备方法为分别以正硅酸乙酯、四水硝酸钙及六水硝酸锌为硅源、钙、锌源。利用溶胶-凝胶法进行锌掺杂，制备ZnO–CaO–SiO2系溶胶，溶胶于恒温水浴老化，待凝胶形成于干燥箱内烘干后，球磨、筛分得到粉体。3.根据权利要求2所述的陶瓷材料的制备方法，其特征在于，ZnO–CaO–SiO2系溶胶中ZnO的添加量为5-20mol％。4.根据权利要求2所述的陶瓷材料的制备方法，其特征在于，ZnO–CaO–...

【专利技术属性】
技术研发人员：马杰，王长征，黄宝旭，赵性川，陈书敏，王树亮，
申请(专利权)人：聊城大学，
类型：发明
国别省市：山东,37