一种多孔生物陶瓷的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种多孔生物陶瓷的制备方法，属于医用材料技术领域。本发明专利技术将炭化稻壳料、硝酸钙溶液、氯化镁溶液和碳酸氢钙混合搅拌后滴加磷酸氢二钾溶液，并且调节pH值；将物料转入高压釜，恒温密闭陈化后经过过滤、洗涤和干燥，得多孔粉体；将多孔粉体与多巴胺溶液混合浸渍后，自然晾干，得预处理多孔粉体；再预处理多孔粉体与饱和氯酸钾溶液混合，自然冷却至室温，过滤，干燥，得改性多孔粉体；按重量份数计，依次取一定数量改性多孔粉体、粘结剂，混合后倒入模具，压制，得素坯，然后经高温烧结后，梯级降温，再经碱浸、洗涤和干燥，即得多孔生物陶瓷。本发明专利技术提供的多孔生物陶瓷具有良好的力学性能。

A preparation method of Porous Bioceramics

The invention discloses a preparation method of porous bioceramics, which belongs to the technical field of medical materials. The carbonized rice husk material, calcium nitrate, magnesium chloride and calcium bicarbonate solution mixing after adding two potassium hydrogen phosphate solution, and adjusting the pH value; the material into the autoclave, the constant temperature closed after aging after filtering, washing and drying, the porous powder; the porous powder and mixed solution of dopamine after impregnation natural, dry, porous powder pretreatment; then pretreatment of porous powder and saturated solution of potassium chlorate, natural cooling to room temperature, filtering, drying, modified porous powder; by weight, in order to take a certain amount of modified porous powder and binder mixture poured into the mold, pressing well, the blank, and then after high temperature sintering, cascade cooling, followed by alkali leaching, washing and drying, the porous biological ceramics. The porous bioceramics provided by the invention have good mechanical properties.

【技术实现步骤摘要】
一种多孔生物陶瓷的制备方法
本专利技术公开了一种多孔生物陶瓷的制备方法，属于医用材料

技术介绍
早在19世纪20年代陶瓷就开始用于人体组织的置换。随后人们广泛研究了能够用于人体组织置换的各种生物材料。其中磷酸钙陶瓷属于生物活性陶瓷，其主要成分是Ca和P，是构成人体骨组织的重要无机物质。当植入人体后，在体液的作用下，钙和磷会游离于材料表面，被机体组织所吸收，并与人体骨组织发生化学键合，生长出新的组织，因而成为目前人工骨替代的研究热点。在钙磷陶瓷的研究中，以羟基磷灰石（HA）和β-磷酸钙（β-TCP）最为活跃和成熟。多孔生物陶瓷，除了具有生物陶瓷的优点外，由于具有多孔结构，更适合于修补骨缺损部位。研究表明：HA植入的密度与植入后的生理反应息息相关。致密的HA植入体内后新生骨组织仅能在表面形成骨质，虽然附着紧密，但不能长入到HA的内部。多孔HA植入体内后，能使界面的软硬组织长入孔隙内，形成纤维组织和新生骨组织交叉结合状态。这种界面能保持正常的代谢关系，骨-材料的界面结合具有生理性结合。当孔隙率超过30%以后，孔隙之间能够相互连通，新生组织可以长入孔隙内部，这样不仅获得良好的界面结合，还由于新生骨组织的长入降低了多孔HA的脆性，又提高了抗折强度。此外，由于多孔而降低了HA材料的刚性，有利于界面应力的传导，符合界面力学要求，使界面能保持稳定，从而提高了种植效应。所以，在生物材料的研究中，多孔材料具有重大意义。近年来，人们专利技术了一系列多孔陶瓷的制备方法，如添加造孔剂法、有机泡沫浸渍法、溶胶－凝胶法等。在研制多孔生物陶瓷时，最常用的方法是造孔剂法。常用的造孔剂为有机造孔剂，如萘、聚甲基丙烯酸甲酯、石蜡等，这些有机造孔剂在升温热解过程中，热膨胀系数不断增加，当到达热解温度时，有机造孔剂的热膨胀系数常可达到羟基磷灰石的热膨胀系数的几十倍，巨大的热膨胀系数差别导致烧结过程中产生大量的裂纹，从而使强度降低。碳的热膨胀系数与羟基磷灰石的相近，因而有望减少微裂纹的产生，从而提高羟基磷灰石的力学性能。目前，研究出一种力学性能优良的生物陶瓷作用是十分大的。
技术实现思路
本专利技术主要解决的技术问题是：针对传统生物陶瓷力学性能不佳的问题，提供了一种多孔生物陶瓷的的制备方法。为了解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：（1）按重量份数计，依次取30～50份炭化稻壳料，150～160份质量分数为10%硝酸钙溶液，110～130份质量分数为10%磷酸氢二钾溶液，60～80份质量分数为10%氯化镁溶液，8～10份碳酸氢钙，先将炭化稻壳料、硝酸钙溶液、氯化镁溶液和碳酸氢钙倒入反应器，于搅拌状态下滴加磷酸氢二钾溶液，并用氢氧化钾溶液调节pH至10.2～10.4；（2）将上述反应器中物料转入高压釜，恒温密闭陈化后，过滤，洗涤和干燥，得多孔粉体；（3）将多孔粉体与多巴胺溶液按质量比为1：30～1：50混合浸渍后，自然晾干，得预处理多孔粉体；（4）再按质量比为1：10～1：20将预处理多孔粉体与温度为60～65℃的饱和氯酸钾溶液混合，于超声频率为45～50kHz条件下，自然冷却至室温，过滤，干燥，即得改性多孔粉体；（5）按重量份数计，依次取80～100份改性多孔粉体，10～15份粘结剂，混合后倒入模具中，压制，得素坯，再经梯级升温至1150～1200℃，高温烧结后，梯级降温，再经碱浸、洗涤和干燥，即得多孔生物陶瓷。步骤（1）所述炭化稻壳料制备过程为：按重量份数计，依次取80～100份稻壳，1～3份氟化钠，2～4份纳米铁粉，搅拌混合后，于氩气保护状态下，程序升温至400～600℃，保温炭化2～4h后，继续升温至1400～1600℃，保温反应2～4h后，随炉冷却至室温，出料，得炭化稻壳料。步骤（2）所属恒温密闭陈化条件为：温度为170～180℃，压力为1.2～1.6MPa，陈化时间为4～6h。步骤（4）所述温度为60～65℃的饱和氯酸钾溶液具体配置过程为：于搅拌状态下，向温度为60～65℃水中加入氯酸钾，直至氯酸钾不再溶解，再经过滤，得滤液，并将滤液于温度为60～65℃条件下保温，即得温度为60～65℃的饱和氯酸钾溶液。步骤（5）所述粘结剂配置步骤为：按质量比为1：10～1：15将聚乙烯醇和水混合搅拌后，静置溶胀3～5h，再经加热搅拌溶解，得粘结剂。步骤（5）所述梯级升温具体升温过程为：先以15～20℃/min速率升温至400～450℃，再以6～8℃/min速率升温至680～700℃，随后以1～3℃/min速率升温至1150～1200℃。步骤（5）所述梯级降温具体降温过程为：先以3～5℃/min速率降温至800～820℃，再以8～10℃/min速率降温至580～600℃，随后以15～20℃/min速率降至室温。本专利技术的有益效果是：（1）本专利技术技术方案首先以炭化稻壳料作为载体，吸附在沉淀过程中，一旦产生羟基磷酸钙和氢氧化镁的晶核，即可被炭化稻壳料吸附，使两者有效均匀分散，避免羟基磷酸钙和氢氧化镁晶体过分团聚，另外，本专利技术技术方案通过在体系中添加少量碳酸氢钙，碳酸氢钙稳定差，易在陈化过程中随温度升高逐渐分解，产生二氧化碳气体，气体的产生，有利于陈化过程中体系中晶体沉淀的良好分散，同时可使制得的产品具有丰富的孔隙结构，从而有利于在后续制备过程中，饱和的氯酸钾溶液在冷却结晶过程中，氯酸钾晶体可均匀分散于体系孔隙结构内部，提高了各原料之间分散的均匀性，在后续烧结过程中，氯酸钾分解，产生氧气，而炭化稻壳料中的炭质成分可与氧气反应，生成气体的同时，由于炭质陈分的消耗，使体系内部具有更丰富的孔隙结构，且此反应为放热反应，得益于各组分的均匀分配，可使体系内部原料均匀受热，且气体的产生有利于体系内部熔融物的流动和扩散，并在孔隙结构表面生成坚硬的支撑体，在保障产品孔隙率的同时，使产品力学性能得到有效提升；（2）本专利技术技术方案通过在产品中添加氯化镁，在制备过程中，氯化镁可在碱性环境下转变为氢氧化镁，在烧结过程中，氢氧化镁脱水，可生成氧化镁，产生的水汽可起到辅助发泡作用，提高产品孔隙率，另外利用氧化镁的膨胀性能，采用梯级升温和梯级降温烧结，并且严格限定升温和降温过程，使氧化镁在烧结过程中升温阶段与降温阶段发生体积膨胀和收缩，使体系内部气孔和熔融物重新分布，在避免体系烧结过程中体积过分膨胀的同时，使产品孔隙率得到有效保持。具体实施方式按重量份数计，依次取80～100份稻壳，1～3份氟化钠，2～4份纳米铁粉，用玻璃棒搅拌混合10～20min后，倒入坩埚中，并将坩埚移入炭化炉，以30～40mL/min速率向炉内通入氩气，在氩气保护状态下，以4～6℃/min速率程序升温至400～600℃，保温炭化2～4h后，继续以10～15℃/min速率升温至1400～1600℃，保温反应2～4h后，随炉冷却至室温，出料，得炭化稻壳料；按重量份数计，依次取30～50份炭化稻壳料，150～160份质量分数为10%硝酸钙溶液，110～130份质量分数为10%磷酸氢二钾溶液，60～80份质量分数为10%氯化镁溶液，8～10份碳酸氢钙，先将炭化稻壳料、硝酸钙溶液、氯化镁溶液和碳酸氢钙倒入反应釜中，于转速为300～500r/min条件下向反应釜中滴加磷酸氢二钾溶液，控制磷酸氢二钾溶液滴加速率为8本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多孔生物陶瓷的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：（1）按重量份数计，依次取30～50份炭化稻壳料，150～160份质量分数为10%硝酸钙溶液，110～130份质量分数为10%磷酸氢二钾溶液，60～80份质量分数为10%氯化镁溶液，8～10份碳酸氢钙，先将炭化稻壳料、硝酸钙溶液、氯化镁溶液和碳酸氢钙倒入反应器，于搅拌状态下滴加磷酸氢二钾溶液，并用氢氧化钾溶液调节pH至10.2～10.4；（2）将上述反应器中物料转入高压釜，恒温密闭陈化后，过滤，洗涤和干燥，得多孔粉体；（3）将多孔粉体与多巴胺溶液按质量比为1：30～1：50混合浸渍后，自然晾干，得预处理多孔粉体；（4）再按质量比为1：10～1：20将预处理多孔粉体与温度为60～65℃的饱和氯酸钾溶液混合，于超声频率为45～50kHz条件下，自然冷却至室温，过滤，干燥，即得改性多孔粉体；（5）按重量份数计，依次取80～100份改性多孔粉体，10～15份粘结剂，混合后倒入模具中，压制，得素坯，再经梯级升温至1150～1200℃，高温烧结后，梯级降温，再经碱浸、洗涤和干燥，即得多孔生物陶瓷。

【技术特征摘要】
1.一种多孔生物陶瓷的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：（1）按重量份数计，依次取30～50份炭化稻壳料，150～160份质量分数为10%硝酸钙溶液，110～130份质量分数为10%磷酸氢二钾溶液，60～80份质量分数为10%氯化镁溶液，8～10份碳酸氢钙，先将炭化稻壳料、硝酸钙溶液、氯化镁溶液和碳酸氢钙倒入反应器，于搅拌状态下滴加磷酸氢二钾溶液，并用氢氧化钾溶液调节pH至10.2～10.4；（2）将上述反应器中物料转入高压釜，恒温密闭陈化后，过滤，洗涤和干燥，得多孔粉体；（3）将多孔粉体与多巴胺溶液按质量比为1：30～1：50混合浸渍后，自然晾干，得预处理多孔粉体；（4）再按质量比为1：10～1：20将预处理多孔粉体与温度为60～65℃的饱和氯酸钾溶液混合，于超声频率为45～50kHz条件下，自然冷却至室温，过滤，干燥，即得改性多孔粉体；（5）按重量份数计，依次取80～100份改性多孔粉体，10～15份粘结剂，混合后倒入模具中，压制，得素坯，再经梯级升温至1150～1200℃，高温烧结后，梯级降温，再经碱浸、洗涤和干燥，即得多孔生物陶瓷。2.根据权利要求1所述的一种多孔生物陶瓷的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述炭化稻壳料制备过程为：按重量份数计，依次取80～100份稻壳，1～3份氟化钠，2～4份纳米铁粉，搅拌混合后，于氩气保护状态下，程序升温至400～600℃，保温炭化2～4h后，继续升温至1400...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐林元，许蘅，张琳，
申请(专利权)人：唐林元，
类型：发明
国别省市：江苏,32