2、 单晶生物陶瓷
单晶生物陶瓷是一种新型的生物陶瓷材料,属氧化铝单晶。氧化铝单晶也称宝石,添加剂不同,制得单晶材料颜色不同,如红宝石、蓝宝石等。氧化铝单晶有许多特性,如机械强度、硬度、耐腐蚀性都优于多晶氧化铝陶瓷,其生物相溶性、安定性、耐磨性也优于多晶氧化铝陶瓷。
1、氧化铝单晶的生产工艺
氧化铝单晶的生产工艺有提拉法、导模法、气相化学沉积生长法、焰熔法等。
a. 提拉法
即是把原料装入坩埚内,将坩埚置于单晶炉内,加热使原料完全熔化,把装在籽晶杆上的籽晶浸渍到熔体中与液面接触,精密地控制和调整温度,缓缓地向上提拉籽晶杆,并以一定的速度旋转,使结晶过程在固液界面上连续地进行,直到晶体生长达到预定长度为止。提拉籽晶杆的速度1.0-4mm/min 坩埚的转速为10r/min,籽晶杆的转速为25r/min
b. 导模法
简称EFG法。在拟定生长的单晶物质熔体中,放顶面下所拟生长的晶体截面形状相同的空心模子即导模,模子用材料应能使熔体充分润湿,而又不发生反应。由于毛细管的现象,熔体上升,到模子的顶端面形成一层薄的熔体面。将晶种浸渍到基中,便可提拉出截面与模子顶端截面形状相同的晶体。
c. 气相化学沉积生长法
将金属的氢氧化物、卤化物或金属有机物蒸发成气相,或用适当的气体做载体,输送到使其凝聚的较低温度带内,通过化学反应,在一定的衬底上沉积形成薄膜晶体。
d. 焰熔法
将原料装在料斗内,下降通过倒装的氢氧焰喷嘴,将其熔化后沉积在保温炉内的耐火材料托柱上,形成一层熔化层,边下降托柱边进行结晶。用这种方法晶体生长速度快、工艺较简单,不需要昂贵的铱金坩埚和容器,因此较经济。
e. 单晶氧化铝临床应用。
它用作人工关节柄与氧化铝多晶陶瓷相比具有比较高的机械强度,不易折断。它还可以作为损伤骨的固定材料,主要用于制作人工骨螺钉,比用金属材料制成的人工骨螺钉强度高。可以加工成各种齿用的尺寸小、强度大的牙根,由于氧化铝单晶与人体蛋白质有良好的亲合性能,结合力强,因此有利于牙龈粘膜与异齿材料的附着。
3、 羟基磷灰石生物陶瓷
1、羟基磷灰石陶瓷的制造工艺
a. 固相反应法
这种方法与普通陶瓷的制造方法基本相同,根据配方将原料磨细混合,在高温下进行合成:
1000-1300℃
6CaHPO4·2H2O+4CaCO3 Ca10(PO4)6(OH)2+4CO2+4H2O
b.水热反应法
将CaHPO4与CaCO3按6:4摩尔比进行配料,然后进行24h湿法球磨。将球磨好的浆料倒入容器中,加入足够的蒸馏水,在80-100℃恒温情况下进行搅拌,反应完毕后,放置沉淀得到白色的羟基磷灰石沉淀物,其反应式如下:
6CaHPO4+4CaCO3═Ca10(PO4)6(OH)2+4CO2+2H2O
c. 沉淀反应法
此法用Ca(NO3)2与(NH4)2HPO4进行反应,得到白色的羟基磷灰石沉淀。其反应如下:
10Ca(NO3)2+6(NH4)2HPO4+8NH3·H2O+H2O=Ca10(PO4)6(OH)2+20NH4NO3+7H2O
此外,还有其它方法可制成羟基磷灰石。
2、羟基磷灰石陶瓷的性能应用
合成的羟基磷灰石的结构与生物骨组织相似,因此合成羟基磷灰石具有与生物体硬组织相同的性能。如Ca:P≈1.67,密度≈3.14,机械强度大于10MPa,对生物无毒,无刺激,生物相溶性好,不被吸收,能诱发新有的生长。
目前国内外已将羟基磷灰石用牙槽、骨缺损、脑外科手术的修补、填充等,用于制造耳听骨链和整形整容的材料。此外,它还可以制成人工骨核治疗骨结核。
