1、PDF外文：http:/ 3397 字 羟基磷灰石的热分解和力学性能 研究 杨春，郭英奎，张密林 材料科学与工程学院，哈尔滨理工大学，中国 哈尔滨 150080； 材料科学与工程学院，哈尔滨工程大学，中国 哈尔滨 150001； 收稿： 2009 年 2 月 10 日 ，收修改稿： 2009 年 5 月 4 日 摘要：利用等静压成型和无压烧结的方法制备羟基磷灰石陶瓷和HAP-B2O3复合陶瓷 ， 利用红外光谱、 X射线衍射以及三点弯曲的方法研究 HAP陶瓷和 HAP-B2O3复合陶瓷 的热分解率和力学性能的关系
2、，结果表明： HAP陶瓷的分解率随烧结温度的提高 而上升，在 1350几乎达到 80%。对于 HAP-B2O3复合陶瓷 而言， B2O3的加入能 明显的抑制其热分解。 B原子 融入 HAP晶格形成固溶体，引起晶格间距的增大，并提高了 HAP晶体的强度。 同时， HAP陶瓷的热分解率会下降，但是它的弯曲强度和断裂韧性会得到提高。然而，当 B2O3的质量分数超过5%， 更高电负性的 B原子与 O原子结合时 ， HAP的热稳定性得到提高，形成稳定的 -TCP ， sp2和满电子云的 p轨道 得以形成，那些间隙便有强烈摄入外电子的趋势。因此， HAP的 OH-和 PO43-位子很可能被外来
3、离子所占据。 1.引言 HAP是动物 和人体骨骼 以及牙齿 的主要无机矿物成分 ， 分别占据 72%和 97%。羟基磷灰石比生物医用钛合金、硅胶和碳材料具有更加优良的生物相容性和生物活性，它是最典型的生物活性物质，传统的金属材料无法与其比拟。羟基磷灰石陶瓷主要用于 硬组织的修复 和替换，如口腔种植、 牙槽嵴的加强、听小骨和脊椎骨的修复 ，而且它在仿生领域也存在很大的潜力。 HAP在某一温度下很容易 分解 ，导致羟基磷灰石陶瓷较差的烧结特性和机械性能，这就是为什么羟基磷灰石陶瓷具有较低的弯曲强度和断裂韧性，不能满足临床应用的需求。 因此，如何抑制羟基磷灰石陶瓷的分解是一个
4、热 点，需要解决。通常情况下，通过加入 ZrO2提高羟基磷灰石陶瓷的热分解能力，抑制和改善其抗弯强度和断裂韧性。但是，这种改善是非常有限的，同时， 在临床上应用热压烧结材料成本太高。 B2O3由于熔点较低，所以它在高温下是一种易挥发的氧化物，可以用于蒸汽掺杂。此外，它还可以作为氧化剂降低烧结温度。迄今为止，很少有关于 B2O3的加入对羟基磷灰石陶瓷力学性能影响的报道。在本研究中，以 B2O3作为添加剂，采用冷静压成型，在前人的研究的基础之上，采用常压烧结探究 B2O3的存在方式对羟基磷灰石陶瓷热分解率和机械性能的影响。 2.实验 采用溶胶凝胶法制备羟基磷灰石
5、粉体 ， B2O3：北京 顺义味辛化学厂 ，它的主要化学组成如下表 1。 B2O3粉体的主要化学成分（质量分数， %） B2O3 硫酸 碱金属硅酸盐及硫酸盐 重金属 Pb的含量 98.0 0.02 0.1 0.05 表 1 以氧化铝珠作为球磨介质，将含有 20%（质量分数）的 B2O3HAP球磨 50h。粉末经过 275 目筛筛选 ，用 15MP 的压力压制成型。这个成形体在某一外界温度下采用（ 250 2） MP 的压力进一步压制均衡，在环境气氛下低压烧结，并采用纯的 HAP 粉末，绘制出如图 1 所示的烧结 曲线。 HAP 复合陶
6、瓷的烧结温度有纯的 HAP 陶瓷决定。 图 1.羟基磷灰石陶瓷烧结曲线 我们采用四片 20mm 7mm 3mm 羟基磷灰石复合陶瓷片浸泡于模拟体液中 ，这种溶液是参考 KOKUBO 合成的模拟体液，它是以人体体液为基础。不同离子的含量列于表 2。然后将羟基磷灰石陶瓷水浴（ 371） 14 天，再在模拟体液中浸泡一天。分别在第 3 天、第 7 天、第10 天、第 14 天测定 Ca2-和 HPO42-的含量，通过测定 Ca2-和 HPO42-的含量，对羟基磷灰石陶瓷的生物特性进行评估，从而确定可行性方案。 采用三点弯曲法测量其抗 弯强度和断裂韧性，用中科院的单边缘切口梁 DCS- 500（ SENB）试验机测试。将标本制成 3mm 4mm 36mm， 表 2.模拟体液中离子的种类和浓度（ mmol/L）
