多孔ZnO/羟基磷灰石生物复合材料的制备与性能

利用放电等离子烧结技术制备多孔ZnO/羟基磷灰石(HA)生物复合材料,研究不同纳米ZnO含量对ZnO/HA复合材料微观结构、孔隙特征、力学性能、矿化和降解性能的影响。结果表明:烧结后ZnO/HA复合材料主要由HA相和ZnO相组成;随着ZnO含量提高,多孔ZnO/HA复合材料孔隙率缓慢增大,抗压强度略有减小,弹性模量变化不大;多孔ZnO/HA复合材料的孔隙率>40%,孔径在50~500μm之间,抗压强度>148MPa,弹性模量为6.5GPa左右,能够满足骨修复材料的要求;模拟人工体液中矿化和降解实验表明,多孔ZnO/HA复合材料浸泡7天后表面开始形成大量类骨磷灰石层,且随着ZnO含量增加,磷灰石形成能力明显增强而降解速率加快。

表面多孔Ti-羟基磷灰石/Ti-Ag生物梯度复合材料的制备与性能

采用放电等离子烧结技术制备表面多孔Ti-羟基磷灰石(HA)/Ti-Ag生物梯度复合材料,研究了不同HA含量对复合材料微观结构、界面结合、表面孔隙特征、力学性能及体外生物活性的影响及机制。结果表明,表面多孔Ti-HA/Ti-Ag复合材料中间基体合金主要由α-Ti和Ti2Ag相组成,表面多孔层主要由α-Ti和HA相组成,同时还存在少量CaO、CaTiO3、Ti5P3等反应相;表面多孔Ti-HA/Ti-Ag复合材料中间基体与表面多孔层形成稳定的冶金结合,但随着HA含量增加,反应相增多,界面结合变差,表面孔隙率和平均孔径呈增大趋势,导致平均抗压强度减小且弹性模量降低,因此过高的HA含量会导致材料力学性能下降;体外生物活性实验表明,表面多孔Ti-HA/Ti-Ag复合材料在人工模拟体液中浸泡7天后表面生成大量类骨磷灰石层,并且随着HA含量的增大,磷灰石形成能力明显增强。

CaSiO_3/TiO_2复合生物陶瓷的制备与体外性能研究

CaSiO3陶瓷作为潜在的生物材料受到广泛研究,它生物活性好,但化学稳定性、生物相容性、烧结以及力学性能不理想。本研究利用固相反应法分别将CaSiO3与TiO2以摩尔比2:1、3:1以及5:1进行混合,在1100℃下煅烧制备了物相为β-CaSiO3与CaTiSiO5的CaSiO3/TiO2复合陶瓷。复合陶瓷的化学稳定性、常压下煅烧的致密度、力学性能比CaSiO3陶瓷都得到了较大提升。随着CaSiO3含量上升,复合陶瓷力学性能及化学稳定性上升,但在模拟体液中诱导磷灰石形成的能力明显下降。研究结果表明,CaSiO3/TiO2复合陶瓷是一种有应用潜力的骨修复材料,且材料性能可通过改变组分实现调控以适应骨修复需要。

α-氮化硅对硅磷酸钙生物陶瓷力学强度和生物活性的影响

理想的骨再生材料需要具有良好的生物活性和力学强度.前期的研究表明硅磷酸钙(Ca_(5)(PO_(4))_(2)SiO_(4),CPS)陶瓷具有良好的生物活性,可诱导骨髓基质干细胞的成骨分化,并在体内可促进新骨的形成.研究了α-氮化硅(α-Si_(3)N_(4))对CPS生物陶瓷显微结构、抗弯强度、体外磷灰石形成能力及细胞相容性的影响.结果表明:α-Si_(3)N_(4)的添加可在一定程度上提高CPS生物陶瓷的抗弯强度,当其质量分数为1.5%时,Si_(3)N_(4)-CPS陶瓷的抗弯强度为相同温度下纯CPS陶瓷的1.2倍.模拟体液浸泡实验表明:Si_(3)N_(4)-CPS生物陶瓷均具有良好的磷灰石形成能力.CCK-8细胞相容性实验结果表明:Si_(3)N_(4)-CPS生物陶瓷无明显细胞毒性,展示出良好的生物相容性.

活性增强HA/Ti-24Nb-4Zr生物复合材料的制备与性能

采用放电等离子烧结(SPS)技术制备了不同羟基磷灰石(HA)含量(0、1%、3%、5%、7%、9%(质量分数))的HA/Ti-24Nb-4Zr复合材料,利用X射线衍射、扫描电镜、压缩试验及模拟人工体液浸泡等方法,对复合材料微观结构、组织演变、力学及体外矿化性能进行了研究.结果表明:复合材料主要由β-Ti、少量α-Ti及HA相组成,HA含量增加促使合金基体中α-Ti相增多而β-Ti相减少,HA含量超过5%后出现了少量由HA与Ti元素反应形成的陶瓷相(CaTiO3、Ti5P3、Ti2O).随着HA含量增加,复合材料抗压强度和屈服强度均呈下降趋势,弹性模量略微上升,过高的HA含量会导致力学性能明显下降.在模拟人工体液中浸泡7天后,复合材料表面形成了类骨磷灰石层,并且随着HA含量增加,磷灰石形成能力即生物活性明显增强. HA含量为5%左右时,HA/Ti-24Nb-4Zr复合材料具有良好的力学与体外生物活性等最佳综合性能.

Ti-13Nb-13Zr表面多孔梯度合金的制备及性能研究

利用放电等离子烧结(SPS)技术制备了中间致密、表面多孔的Ti-13Nb-13Zr梯度合金,研究了烧结温度(950~1200℃)对梯度合金组织演变、界面结合、表面孔隙特征、力学及体外矿化性能的影响。结果表明:随烧结温度的逐步上升,梯度合金中α-Ti相减少,β-Ti相增多,组织逐渐连续均匀分布,晶粒得到细化,中间基体与多孔层界面呈连续过渡且形成良好的冶金结合,表面多孔层孔隙率下降而平均孔径减小;梯度合金抗压强度值随烧结温度升高呈先增大后减小趋势,而弹性模量值变化不大;综合分析,烧结温度为1150℃时,制备的表面多孔梯度合金不仅具有良好的力学性能(抗压强度893 MPa,弹性模量16 GPa),而且具有适宜的孔隙参数(孔隙率34.7%,平均孔径340.9μm)及优异的类骨磷灰石形成能力与体外矿化性能。