一种氧化锆陶瓷骨植入假体及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种氧化锆陶瓷骨植入假体，氧化锆陶瓷由氧化锆、稳定剂氧化钇和烧结助剂组成，烧结助剂包括氧化铝和三氧化二钪，氧化铝和三氧化二镓，三氧化二钪和三氧化二镓三种组合方式，氧化锆陶瓷骨植入假体包括髋关节置换用人工股骨头和内衬以及膝关节置换用膝关节假体中的应用。本发明专利技术中通过向氧化钇稳定的四方相氧化锆陶瓷中添加烧结助剂，烧结助剂在氧化锆中形成固溶体的同时烧结助剂之间会产生协同作用，从而显著提高氧化锆陶瓷的烧结致密化速率，可以在低至1300℃的温度获得高的致密度和细小的晶粒尺寸，具有极其优异的抗水热时效相变能力。时效相变能力。

【技术实现步骤摘要】
一种氧化锆陶瓷骨植入假体及其制备方法


[0001]本专利技术涉及氧化锆陶瓷领域，具体涉及一种氧化锆陶瓷骨植入假体及其制备方法。

技术介绍

[0002]采用人工假体来替换受损的关节（包括髋关节、膝关节、肘关节、腕关节或踝关节）已经成为临床上治疗关节疾病的首要选择。目前，临床上用来替换受损髋关节或膝关节的人工假体有金属对聚乙烯型、金属对金属型、陶瓷对聚乙烯型和陶瓷对陶瓷型。其中，陶瓷对聚乙烯型和陶瓷对陶瓷型由于显著降低的磨损量而得到越来越普通的应用。采用的陶瓷材料主要是氧化铝陶瓷、氧化锆陶瓷和氧化铝
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氧化锆复合陶瓷。氧化锆陶瓷有三种晶相：单斜相、四方相和立方相，当四方相转变为单斜相时，不仅伴随着能量的消耗，而且伴随着3~5%的体积膨胀。体积膨胀会导致压应力的产生。这种能量消耗和形成压应力的协同作用，有效地阻碍了裂纹的扩展，从而显著提高了氧化锆陶瓷的断裂韧性，使得四方相氧化锆陶瓷获得了“陶瓷钢”的美誉。
[0003]纯的氧化锆在1170℃以下时以单斜相存在，在1170～2370℃时以四方相形式存在，高于2370℃时以立方相形式存在。所以，人们为了在室温获得四方相氧化锆陶瓷，往往在氧化锆陶瓷中添加稳定剂，使得四方相能够保持到室温。常见的稳定剂有Y2O3、CeO2、MgO等。其中以Y2O3稳定的四方相氧化锆（以下简称为“Y
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TZP”）由于能够在较低的温度烧结，得到晶粒细小、接近理论密度、具有最佳力学性能的氧化锆陶瓷，而得到了最广泛的应用。
[0004]但是，随着科技的发展，人们进一步发现，现有的Y2O3稳定的氧化锆陶瓷在100～400℃的水热环境下，会自发地转变成单斜相（称作“水热时效相变”）。这种自发相变不仅会导致氧化锆陶瓷中出现亚微米裂纹，而且由于相变伴随的3~5%的体积变化，会导致氧化锆陶瓷的表面粗糙度发生改变，这一现象限制了Y2O3稳定的四方相氧化锆陶瓷的进一步应用。为了解决这一问题，人们采用了各种途径，以德国CeramTec公司开发的氧化铝/氧化锆/铝酸锶复合陶瓷为例，他们认为Y2O3稳定的氧化锆容易发生水热时效相变的主要原因，在于Y2O3的加入导致在氧化锆晶格中形成了氧空位，当和水接触时，水中的羟基离子会占据这些氧空位，从而导致氧化锆自发地相变。因此，他们提出采用力学方式，而非化学方式（化学方式，就是采用稳定剂比如Y2O3）来稳定氧化锆，也即，将氧化锆和氧化铝制成复合陶瓷，其中氧化锆弥散分布在连续的氧化铝基质中，依靠氧化铝基质的约束作用（因为氧化锆从四方相转变成单斜相伴随着3~5%的体积膨胀）来抑制四方相氧化锆在水热环境中发生自发相变。基于这种考虑，他们制备的复合陶瓷中，特别优选氧化锆不含任何化学稳定剂。具体请参见CN102869635B。
[0005]CeramTec的这种复合陶瓷的缺点在于主要成分——氧化铝陶瓷本身的力学性能偏低，四点抗弯强度仅仅为600MPa左右，断裂韧性仅仅为4 MPa.m1/2左右，从而导致复合陶瓷的整体性能偏低。其次，主要成分氧化铝和次要成分氧化锆的热膨胀系数有明显差异，导致陶瓷烧结的冷却过程中由于收缩率不同，在复合陶瓷内残留着明显的烧结应力，容易导
致在烧结体中形成裂纹。为了解决Y
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TZP的水热时效问题，本专利技术向Y
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TZP中添加烧结助剂氧化铝（Al2O3）、三氧化二钪（Sc2O3）和三氧化二镓（Ga2O3），烧结助剂形成固溶体时，在烧结过促进了钇离子和锆离子向晶界处扩散，显著提高了致密化速率，从而能够在更低的温度下烧结致密，获得的氧化锆陶瓷晶粒度更小，抗水热时效能力显著提高。

技术实现思路

[0006]要解决的技术问题：本专利技术的目的在于提供一种氧化锆陶瓷骨植入假体，通过在Y
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TZP粉体的制备过程中添加烧结助剂，使烧结助剂形成固溶体显著提高氧化锆陶瓷的烧结致密化速率，使其具有极其优异的抗水热时效相变能力。
[0007]技术方案：一种氧化锆陶瓷骨植入假体，所述氧化锆陶瓷由氧化锆、稳定剂氧化钇和烧结助剂组成。
[0008]优选的，所述烧结助剂包括氧化铝、三氧化二钪和三氧化二镓中的两种及以上组合物。
[0009]优选的，所述烧结助剂包括氧化铝和三氧化二钪，氧化铝和三氧化二镓，三氧化二钪和三氧化二镓三种组合方式。
[0010]优选的，以氧化锆陶瓷的重量为基准，所述稳定剂氧化钇的加入量为1.0~4.0mol%。
[0011]优选的，以氧化锆陶瓷的重量为基准，所述烧结助剂氧化铝和三氧化二钪的加入量为0.15~0.35wt%氧化铝、0.10~0.35wt%三氧化二钪。
[0012]优选的，以氧化锆陶瓷的重量为基准，所述烧结助剂氧化铝和三氧化二钪的加入量为0.20~0.30wt%氧化铝、0.10~0.25wt%三氧化二钪。
[0013]优选的，以氧化锆陶瓷的重量为基准，所述烧结助剂氧化铝和三氧化二钪的加入量为0.20~0.25wt%氧化铝、0.15~0.20wt%三氧化二钪。
[0014]优选的，以氧化锆陶瓷的重量为基准，所述烧结助剂氧化铝和三氧化二镓的加入量为0.15~0.35wt%氧化铝、0.15~0.40wt%三氧化二镓。
[0015]优选的，以氧化锆陶瓷的重量为基准，所述烧结助剂氧化铝和三氧化二镓的加入量为0.20~0.30wt%氧化铝、0.15~0.30wt%三氧化二镓。
[0016]优选的，以氧化锆陶瓷的重量为基准，所述烧结助剂氧化铝和三氧化二镓的加入量为0.20~0.25wt%氧化铝、0.15~0.30wt%三氧化二镓。
[0017]优选的，以氧化锆陶瓷的重量为基准，所述烧结助剂三氧化二钪和三氧化二镓的加入量为0.10~0.40wt%三氧化二钪、0.05~0.40wt%三氧化二镓。
[0018]优选的，以氧化锆陶瓷的重量为基准，所述烧结助剂三氧化二钪和三氧化二镓的加入量为0.10~0.30wt%三氧化二钪、0.10~0.30wt%三氧化二镓。
[0019]优选的，以氧化锆陶瓷的重量为基准，所述烧结助剂三氧化二钪和三氧化二镓的加入量为0.15~0.25wt%三氧化二钪、0.10~0.20wt%三氧化二镓。
[0020]优选的，所述氧化锆陶瓷骨植入假体包括髋关节置换用人工股骨头和内衬以及膝关节置换用膝关节假体中的应用。
[0021]一种氧化锆陶瓷骨植入假体的制备方法，具体包括以下步骤：（1）采用水解法制备氧化锆（Y
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TZP）粉体；
（2）将步骤（1）得到的氧化锆粉体喷雾造粒，获得平均粒径为30~100微米的粉体，进一步造粒得到40~60微米的二次粉体；（3）将步骤（2）得到的二次粉体压制成型，得到坯体；（4）将步骤（3）得到的坯体放入烧结炉中，在1300~1400℃烧结1~5小时，得到氧化锆陶瓷，将氧化锆陶瓷进行加工，即可得到氧化锆陶瓷骨植入假体。
[0022]有益效果：1、本专利技术中通过向氧化钇稳定的四方相氧化锆陶瓷中添加烧结助剂本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氧化锆陶瓷骨植入假体，其特征在于：所述氧化锆陶瓷由氧化锆、稳定剂氧化钇和烧结助剂组成。2.根据权利要求1所述的一种氧化锆陶瓷骨植入假体，其特征在于：所述烧结助剂包括氧化铝、三氧化二钪和三氧化二镓中的两种及以上组合物。3.根据权利要求2所述的一种氧化锆陶瓷骨植入假体，其特征在于：所述烧结助剂包括氧化铝和三氧化二钪，氧化铝和三氧化二镓，三氧化二钪和三氧化二镓三种组合方式。4.根据权利要求1所述的一种氧化锆陶瓷骨植入假体，其特征在于：以氧化锆陶瓷的重量为基准，所述稳定剂氧化钇的加入量为1.0~4.0mol%。5.根据权利要求4所述的一种氧化锆陶瓷骨植入假体，其特征在于：以氧化锆陶瓷的重量为基准，所述烧结助剂氧化铝和三氧化二钪的加入量为0.15~0.35wt%氧化铝、0.10~0.35wt%三氧化二钪。6.根据权利要求5所述的一种氧化锆陶瓷骨植入假体，其特征在于：以氧化锆陶瓷的重量为基准，所述烧结助剂氧化铝和三氧化二钪的加入量为0.20~0.30wt%氧化铝、0.10~0.25wt%三氧化二钪。7.根据权利要求6所述的一种氧化锆陶瓷骨植入假体，其特征在于：以氧化锆陶瓷的重量为基准，所述烧结助剂氧化铝和三氧化二钪的加入量为0.20~0.25wt%氧化铝、0.15~0.20wt%三氧化二钪。8.根据权利要求4所述的一种氧化锆陶瓷骨植入假体，其特征在于：以氧化锆陶瓷的重量为基准，所述烧结助剂氧化铝和三氧化二镓的加入量为0.15~0...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹小刚，张琳，
申请(专利权)人：苏州宸泰医疗器械有限公司，
类型：发明
国别省市：