本发明专利技术公开了一种高生物活性高力学强度的改性氧化锆陶瓷及其制备方法。该方法包括：制备钙镁硅或钙硅磷生物活性粉体；制备氧化锆悬浮液；制备具有多孔表面层的氧化锆陶瓷；通过负压渗透工艺，将具有多孔表面层的氧化锆陶瓷置于悬浮液中，使钙镁硅或钙硅磷生物活性粉体悬浮液渗透入多孔表面层中，经干燥后进行热处理，得到该陶瓷。本发明专利技术通过将钙镁硅或钙硅磷生物活性粉体附载在氧化锆孔道的多孔表面层中，赋予氧化锆陶瓷高生物活性，多孔表面层与氧化锆陶瓷基体结合并同步烧成，解决了表面活性层与氧化锆基体材料界面结合强度差的难题；而生物活性物质只是渗透进多孔表面层的孔道中，烧结后内部基体依然保持高致密，材料的力学性能不受到明显影响。力学性能不受到明显影响。力学性能不受到明显影响。
【技术实现步骤摘要】
一种高生物活性高力学强度的改性氧化锆陶瓷及其制备方法
[0001]本专利技术涉及牙科修复医用材料领域，特别涉及一种高生物活性高力学强度的改性氧化锆陶瓷及其制备方法。
技术介绍
[0002]纯钛或钛合金牙种植体在临床治疗因龋齿、牙周炎和牙创伤等造成的牙列缺失和缺损方面有着广泛的应用。然而，钛金属黑化性，在前牙美学区牙龈较薄或牙龈退缩时，美学风险较高以及钛离子的释放导致的炎症反应等问题，也影响着种植体的后期稳定性。氧化锆陶瓷具有良好的生物相容性、化学稳定性、优异的力学性能和独特的美学效果而成为一种具有良好临床应用前景的牙科修复材料。氧化锆作为一种生物惰性材料，不具备生物活性，当植入体内后，周围长出的纤维组织(生物膜被)会阻碍植入体与周围骨组织的整合，从而导致种植失败，因此开发具有高生物活性高力学强度的氧化锆牙科修复材料有着重要的意义。
[0003]近几年改性氧化锆主要通过涂层法和喷砂结合酸蚀法进行表面改性，但涂层法普遍存在热膨胀系数失配问题，导致残余应力的存在，使得基体与涂层界面结合程度弱，长期在口腔环境中会存在涂层的溶解和脱落，不适于临床应用，而且当前的表面改性手段会严重影响氧化锆陶瓷的力学强度，且由于生物活性物质的添加量及活性物质的种类受到限制，对生物性能的提高有限。喷砂结合酸蚀方法是通过改变材料的表面拓扑结构来影响细胞的生长、增殖、黏附及相关基因的表达。但由于喷砂是利用氧化铝等硬颗粒撞击材料表面产生坑洼，这个过程中会破坏材料结构的同时，还会产生机械应力并存在材料的结构中，影响材料力学性能和性能的长期稳定性。酸蚀将破坏氧化锆的Zr
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O键，极大降低了氧化锆陶瓷的力学强度。CN112028626A公开了氧化锆生物活性陶瓷的制备方法，由于涂层与基体热膨胀系数的不匹配导致残余应力的存在，表现为结合程度差，在长期的应用中可能导致涂层脱落。CN106904962B公开了一种生物活性氧化锆牙科陶瓷材料的制备方法，氧化锆晶界处存在的活性物质会影响氧化锆的力学性能，而且活性物质的加入量受到限制。CN109867520A公开了一种氧化锆基锶、硅、氟微量掺杂羟基磷灰石氧化锆增韧复合涂层及其制备方法和应用，涂层与基体之间也热膨胀系数失配，结合程度不够，存在涂层容易脱落的问题。CN110917394A公开了离子改性氧化锆表面在制备氧化锆基台或种植体中的应用，也存在结合程度不够导致涂层容易脱落的问题。银离子改性氧化锆对抗菌性能有所提高，但是并没有促进细胞增殖与分化的作用。
[0004]钙镁硅或钙硅磷化合物对成骨细胞的基因表达有刺激作用，在临床应用中能明显促进骨再生，对成骨细胞的基因表达有刺激作用，在临床应用中能明显促进骨再生。钙镁硅或钙硅磷化合物具有良好生物活性、生物相容性、生物可降解性、机械性能，有钙、镁、硅、磷等活性离子释放，能诱导磷灰石层形成，利于材料与骨组织的结合。有研究表明，在多孔氧化铝陶瓷表明沉积硅灰石可明显改善其生物活性，能矿化磷灰石；透辉石支架能诱导磷灰石的产生，支持人的成骨细胞粘附、生长和碱性磷酸酶(ALP)含量。因此，研究出一种具有高
生物活性高强度、表面改性层与基体具有高结合强度的氧化锆牙科陶瓷具有重要意义。
技术实现思路
[0005]为了克服现有技术的常规生物改性氧化锆牙科陶瓷无法同时具备优异的生物活性及高力学强度的缺点与不足，本专利技术的目的在于提供一种表面复合生物活性物质的改性氧化锆陶瓷及其制备方法。该氧化锆陶瓷材料生物活性好、力学性能高，制备工艺简单。
[0006]本专利技术的目的至少通过如下技术方案之一实现。
[0007]本专利技术提供的制备方法，通过将钙镁硅或钙硅磷生物活性物质附载在氧化锆孔道的多孔表面层中，赋予氧化锆陶瓷高生物活性，多孔表面层与氧化锆陶瓷基体结合并同步烧成，解决了表面活性层与氧化锆基体材料界面结合强度差的难题；而生物活性物质只是渗透进多孔表面层中，热处理后内部基体依然保持高致密，材料的力学性能不受到明显影响，可解决常规生物改性氧化锆牙科陶瓷无法同时具备良好的生物活性和高力学强度的问题。
[0008]本专利技术提供的表面复合生物活性物质的改性氧化锆陶瓷的制备方法，包括如下步骤：
[0009](1)制备钙镁硅或钙硅磷生物活性粉体：将可水解的含硅化合物、水溶性钙盐、水溶性镁盐或水溶性磷盐加入去离子水中，混合均匀，得到混合液，调节混合液的pH为6.0
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8.0，进行水解缩聚反应，得到钙镁硅溶胶或钙硅磷溶胶；将所述钙镁硅溶胶或钙硅磷溶胶静置陈化，干燥，煅烧，球磨，得到钙镁硅生物活性粉体或钙硅磷生物活性粉体；
[0010](2)将氧化锆粉末压制成型，制备成氧化锆陶瓷生坯，升温进行预烧结处理，得到氧化锆陶瓷预烧结体；
[0011](3)制备氧化锆悬浮液：将造孔剂、稳定剂、分散剂与氧化锆粉体加入溶剂中，混合均匀，得到悬浮液1(高稳定性和高分散性的氧化锆悬浮液)；将所述悬浮液1浸渍(浸渍提拉工艺)或喷涂在步骤(2)所述氧化锆陶瓷预烧结体的表面上(预烧结体的表面上渗透吸附悬浮液)，干燥，烧结得到具有多孔表面层的氧化锆陶瓷；
[0012](4)将稳定剂、分散剂、步骤(1)所述钙镁硅生物活性粉体或钙硅磷生物活性粉体加入溶剂中，混合均匀，得到悬浮液2(高稳定性和高分散性钙镁硅或钙硅磷纳米粉体悬浮液)；在容器内，将步骤(3)所述具有多孔表面层的氧化锆陶瓷浸泡在悬浮液2中，进行负压渗透处理(通过负压渗透处理，使钙镁硅或钙硅磷纳米粉体悬浮液渗透入氧化锆陶瓷的多孔表面层中)，取出，干燥，得到表层复合后的氧化锆陶瓷；将所述复合后的氧化锆陶瓷升温进行热处理，得到所述表面复合生物活性物质的改性氧化锆陶瓷(具有高生物活性高强度氧化锆牙科陶瓷)。
[0013]进一步地，步骤(1)所述含硅化合物为正硅酸乙酯、醋酸硅、硅酸甲酯中至少一种；
[0014]进一步地，步骤(1)所述钙盐为硝酸钙、氯化钙、醋酸钙、柠檬酸钙中至少一种；
[0015]进一步地，步骤(1)所述镁盐为硝酸镁、氯化镁、醋酸镁、柠檬酸镁中至少一种；
[0016]进一步地，步骤(1)所述磷盐为磷酸钠、磷酸氢钠、磷酸二氢钠、磷酸钾、磷酸氢钾、磷酸二氢钾、磷酸铵、磷酸氢铵、磷酸二氢铵中至少一种。
[0017]进一步地，步骤(1)所述混合液，按照质量份数计，包括：
[0018][0019]进一步地，步骤(1)所述水解缩聚反应的时间为6
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48h；
[0020]进一步地，步骤(1)所述静置陈化的时间为6
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48h；
[0021]进一步地，步骤(1)所述干燥的温度为60
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180℃，干燥的时间为12
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72h；
[0022]进一步地，步骤(1)所述煅烧的温度为700
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1400℃，煅烧的时间为6
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48h；
[0023]进一步地，步骤(1)所述球磨的转速为500
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2500转/分，球磨的时间为12
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种高生物活性高力学强度的改性氧化锆陶瓷的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将含硅化合物、钙盐、镁盐或磷盐加入水中，混合均匀，得到混合液，调节混合液的pH为6.0
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8.0，进行水解缩聚反应，得到钙镁硅溶胶或钙硅磷溶胶；将所述钙镁硅溶胶或钙硅磷溶胶静置陈化，干燥，煅烧，球磨，得到钙镁硅或钙硅磷生物活性粉体；(2)将氧化锆粉末压制成型，升温进行预烧结处理，得到氧化锆陶瓷预烧结体；(3)将造孔剂、稳定剂、分散剂与氧化锆粉体加入溶剂中，混合均匀，得到悬浮液1；将所述悬浮液1浸渍或喷涂在步骤(2)所述氧化锆陶瓷预烧结体的表面上，干燥形成造孔表层，升温进行烧结处理，得到具有多孔表面层的氧化锆陶瓷；(4)将稳定剂、分散剂、步骤(1)所述钙镁硅或钙硅磷生物活性粉体加入溶剂中，混合均匀，得到悬浮液2；在容器内，将步骤(3)所述具有多孔表面层的氧化锆陶瓷浸泡在悬浮液2中，进行负压渗透处理，取出，干燥，得到表层复合后的氧化锆陶瓷；将所述复合后的氧化锆陶瓷升温进行热处理，得到所述表面复合生物活性物质的改性氧化锆陶瓷。2.根据权利要求1所述的高生物活性高力学强度的改性氧化锆陶瓷的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述含硅化合物为正硅酸乙酯、醋酸硅、硅酸甲酯中至少一种；步骤(1)所述钙盐为硝酸钙、氯化钙、醋酸钙、柠檬酸钙中至少一种；步骤(1)所述镁盐为硝酸镁、氯化镁、醋酸镁、柠檬酸镁中至少一种；步骤(1)所述磷盐为磷酸钠、磷酸氢钠、磷酸二氢钠、磷酸钾、磷酸氢钾、磷酸二氢钾、磷酸铵、磷酸氢铵、磷酸二氢铵中至少一种。3.根据权利要求1所述的高生物活性高力学强度的改性氧化锆陶瓷的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述混合液，按照质量份数计，包括：4.根据权利要求1所述的高生物活性高力学强度的改性氧化锆陶瓷的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述水解缩聚反应的时间为6
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48h；步骤(1)所述静置陈化的时间为6
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48h；步骤(1)所述干燥的温度为60
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180℃，干燥的时间为12
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72h；步骤(1)所述煅烧的温度为700
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1400℃，煅烧的时间为6
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48h；所述球磨的转速为400
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2500转/分，球磨的时间为12
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48h。5.根据权利要求1所述的高生物活性高力学强度的改性氧化锆陶瓷的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述压制成型的压力为100
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220MPa，压制成型的时间为2
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30min；所述预烧结处理的温度为5...
【专利技术属性】
技术研发人员：叶建东，张文民，秦艳萍，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：
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