一种稀土掺杂磷酸钙生物活性陶瓷及其制备方法.pdf

本发明公开了一种稀土掺杂磷酸钙生物活性陶瓷及其制备方法，涉及生物材料领域，由以下质量份数的各个组分制备而成：磷酸四钙20-40份、磷酸氢钙20-40份、氧化钇10-20份、三氯化钐10-20份、纳米氧化钛4-10份、氧化钙5-10份和氧化锌4-10份。一种稀土掺杂磷酸钙生物活性陶瓷的制备方法，制备步骤如下：（1）称量；（2）球磨；（3）冷压成型；（4）高温煅烧；（5）冷却。本发明提供的稀土掺杂磷酸钙生物活性陶瓷生物相容性较好，生物活性较高，同时具有一定的力学性能，是一种较为理想的骨骼修复生物材料。

权利要求书
1.  一种稀土掺杂磷酸钙生物活性陶瓷，其特征在于，由以下质量份数的各个组分制备而成：
磷酸四钙20-40份、磷酸氢钙20-40份、氧化钇10-20份、三氯化钐10-20份、纳米氧化钛4-10份、氧化钙5-10份和氧化锌4-10份。

2.  根据权利要求1所述的稀土掺杂磷酸钙生物活性陶瓷，其特征在于：各个组分的质量份数为：磷酸四钙25-36份、磷酸氢钙25-36份、氧化钇12-18份、三氯化钐12-16份、纳米氧化钛5-8份、氧化钙6-9份和氧化锌6-8份。

3.  根据权利要求2所述的稀土掺杂磷酸钙生物活性陶瓷，其特征在于：各个组分的质量份数为：磷酸四钙31份、磷酸氢钙30份、氧化钇16份、三氯化钐14份、纳米氧化钛7份、氧化钙8份和氧化锌7份。

4.  一种根据权利要求1所述的稀土掺杂磷酸钙生物活性陶瓷的制备方法，其特征在于，制备步骤如下：
（1）称量：准确称取各个组分；
（2）球磨：将各个组分混合在一起，放入球磨机进行研磨混合；
（3）冷压成型：将混合粉体进行冷压成型；
（4）将成型后的粉体放入模具中，进行高温煅烧，温度为1000℃-1350℃，压力400-700MPa，时间2-9h；
（5）煅烧之后，待冷却取出，即得到块状稀土掺杂磷酸钙生物活性陶瓷。

5.  根据权利要求4所述的稀土掺杂磷酸钙生物活性陶瓷的制备方法，其特征在于：步骤（4）中煅烧的温度为1200℃。

6.  根据权利要求4所述的稀土掺杂磷酸钙生物活性陶瓷的制备方法，其特征在于：步骤（4）中煅烧的压力为480MPa。

说明书一种稀土掺杂磷酸钙生物活性陶瓷及其制备方法
技术领域
本发明属于生物材料领域，特别涉及一种稀土掺杂磷酸钙生物活性陶瓷及该生物陶瓷的制备方法。
背景技术
随着材料科技的发展，生物材料因其对机体组织进行修复、替代与再生的特殊性能，已经成为当今生物医学领域重要的研究方向之一。生物硬组织代用材料最早是使用体骨、动物骨，后来发展到采用不锈钢和塑料，由于不锈钢存在溶析、腐蚀和疲劳问题，塑料存在稳定性差和强度低的问题。因此造成生物材料发展的瓶颈，生物陶瓷的出现，改善了现有替代材料的不足，因其诸多优势，因此，生物陶瓷具有了广阔的发展前景。
磷酸钙陶瓷(CPC)是生物活性陶瓷材料中的重要种类，目前研究和应用最多的是羟基磷灰石(HA)和磷酸三钙(TCP)。磷酸钙陶瓷含有CaO和P2O5两种成份，是构成人体硬组织的重要无机物质，植入人体后，其表面同人体组织可通过键的结合，达到完全亲和。
稀土元素素有“工业维生素”之称，已广泛应用于多个领域。大多数稀土元素呈现顺磁性。稀土金属具有可塑性，以钐和镱为最好。除镱外，钇组稀土较铈组稀土具有更高的硬度。
稀土在陶瓷领域也已经有广泛应用，不仅用于特种功能陶瓷，精密陶瓷材料领域，稀土元素也同样应用广泛，鉴于稀土元素具有较好的可塑性，不同的掺杂水平和应用场合对稀土元素所发挥的作用也不尽相同，在生物陶瓷领域，稀土元素的应用尚没有达到较好的水平，因此，将稀土元素用于生物材料，发挥其优良的性能，是未来稀土元素的发展方向之一。
发明内容
本发明解决的技术问题：针对上述不足，克服现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种稀土掺杂磷酸钙生物活性陶瓷及其制备方法。
本发明的技术方案：一种稀土掺杂磷酸钙生物活性陶瓷，由以下质量份数的各个组分制备而成：
磷酸四钙20-40份、磷酸氢钙20-40份、氧化钇10-20份、三氯化钐10-20份、纳米氧化钛4-10份、氧化钙5-10份和氧化锌4-10份。
作为优选，各个组分的质量份数为：磷酸四钙25-36份、磷酸氢钙25-36份、氧化钇12-18份、三氯化钐12-16份、纳米氧化钛5-8份、氧化钙6-9份和氧化锌6-8份。
作为优选，各个组分的质量份数为：磷酸四钙31份、磷酸氢钙30份、氧化钇16份、三氯化钐14份、纳米氧化钛7份、氧化钙8份和氧化锌7份。
一种稀土掺杂磷酸钙生物活性陶瓷的制备方法，制备步骤如下：
（1）称量：准确称取各个组分；
（2）球磨：将各个组分混合在一起，放入球磨机进行研磨混合；
（3）冷压成型：将混合粉体进行冷压成型；
（4）将成型后的粉体放入模具中，进行高温煅烧，温度为1000℃-1350℃，压力400-700MPa，时间2-9h；
（5）煅烧之后，待冷却取出，即得到块状稀土掺杂磷酸钙生物活性陶瓷。
作为优选，步骤（4）中煅烧的温度为1200℃。
作为优选，步骤（4）中煅烧的压力为480MPa。
有益效果：本发明提供的稀土掺杂磷酸钙生物活性陶瓷，是将稀土元素掺杂在生物陶瓷材料之中，发挥其优良的性能。本发明的技术方案中，加入氧化钇和三氯化钐，一方面具有提高生物陶瓷材料的硬度作用，另一方面，稀土元素具有的磁性作用，会刺激磷酸钙在骨骼接合界面产生分解、吸收和析出等反应，实现牢固结合，促进骨骼的成长。
因此，本发明提供的稀土掺杂磷酸钙生物活性陶瓷生物相容性较好，生物活性较高，同时具有一定的力学性能，是一种较为理想的骨骼修复生物材料。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解， 这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
实施例 1：
一种稀土掺杂磷酸钙生物活性陶瓷，包括以下质量份数的各个组分：
磷酸四钙40份、磷酸氢钙40份、氧化钇20份、三氯化钐20份、纳米氧化钛10份、氧化钙10份和氧化锌10份。
根据本发明提供的制备方法制备稀土掺杂磷酸钙生物活性陶瓷，步骤如下：
（1）称量：准确称取各个组分；
（2）球磨：将各个组分混合在一起，放入球磨机进行研磨混合；
（3）冷压成型：将混合粉体采用60T压机进行压制；
（4）将成型后的粉体放入模具中，进行高温煅烧，温度为1300℃，压力600MPa，时间4h；
（5）煅烧之后，待冷却取出，即得到块状稀土掺杂磷酸钙生物活性陶瓷。
对得到的块状稀土掺杂磷酸钙生物活性陶瓷进行检测，检测生物陶瓷的性能：硬度850HV；压缩强度1320MPa；抗弯强度570MPa；韧性16MPa·m1/2。
实施例 2：
一种稀土掺杂磷酸钙生物活性陶瓷，包括以下质量份数的各个组分：
磷酸四钙20份、磷酸氢钙20份、氧化钇10份、三氯化钐10份、纳米氧化钛4份、氧化钙5份和氧化锌4份。
根据本发明提供的制备方法制备稀土掺杂磷酸钙生物活性陶瓷，步骤如下：
（1）称量：准确称取各个组分；
（2）球磨：将各个组分混合在一起，放入球磨机进行研磨混合；
（3）冷压成型：将混合粉体采用60T压机进行压制；
（4）将成型后的粉体放入模具中，进行高温煅烧，温度为1300℃，压力600MPa，时间7h；
（5）煅烧之后，待冷却取出，即得到块状稀土掺杂磷酸钙生物活性陶瓷。
对得到的块状稀土掺杂磷酸钙生物活性陶瓷进行检测，检测生物陶瓷的性能：硬度830HV；压缩强度1270MPa；抗弯强度530MPa；韧性14MPa·m1/2。
实施例 3：
一种稀土掺杂磷酸钙生物活性陶瓷，包括以下质量份数的各个组分：
磷酸四钙25份、磷酸氢钙25份、氧化钇12份、三氯化钐12份、纳米氧化钛5份、氧化钙6份和氧化锌6份。
根据本发明提供的制备方法制备稀土掺杂磷酸钙生物活性陶瓷，步骤如下：
（1）称量：准确称取各个组分；
（2）球磨：将各个组分混合在一起，放入球磨机进行研磨混合；
（3）冷压成型：将混合粉体采用60T压机进行压制；
（4）将成型后的粉体放入模具中，进行高温煅烧，温度为1200℃，压力480MPa，时间6h；
（5）煅烧之后，待冷却取出，即得到块状稀土掺杂磷酸钙生物活性陶瓷。
对得到的块状稀土掺杂磷酸钙生物活性陶瓷进行检测，检测生物陶瓷的性能：硬度830HV；压缩强度1280MPa；抗弯强度540MPa；韧性14MPa·m1/2。
实施例4：
一种稀土掺杂磷酸钙生物活性陶瓷，包括以下质量份数的各个组分：
磷酸四钙36份、磷酸氢钙36份、氧化钇18份、三氯化钐16份、纳米氧化钛8份、氧化钙9份和氧化锌8份。
根据本发明提供的制备方法制备稀土掺杂磷酸钙生物活性陶瓷，步骤如下：
（1）称量：准确称取各个组分；
（2）球磨：将各个组分混合在一起，放入球磨机进行研磨混合；
（3）冷压成型：将混合粉体采用60T压机进行压制；
（4）将成型后的粉体放入模具中，进行高温煅烧，温度为1200℃，压力480MPa，时间6h；
（5）煅烧之后，待冷却取出，即得到块状稀土掺杂磷酸钙生物活性陶瓷。
对得到的块状稀土掺杂磷酸钙生物活性陶瓷进行检测，检测生物陶瓷的性能：硬度840HV；压缩强度1300MPa；抗弯强度550MPa；韧性15MPa·m1/2。
实施例5：
一种稀土掺杂磷酸钙生物活性陶瓷，包括以下质量份数的各个组分：
磷酸四钙31份、磷酸氢钙30份、氧化钇16份、三氯化钐14份、纳米氧化钛7份、氧化钙8份和氧化锌7份。
根据本发明提供的制备方法制备稀土掺杂磷酸钙生物活性陶瓷，步骤如下：
（1）称量：准确称取各个组分；
（2）球磨：将各个组分混合在一起，放入球磨机进行研磨混合；
（3）冷压成型：将混合粉体采用60T压机进行压制；
（4）将成型后的粉体放入模具中，进行高温煅烧，温度为1200℃，压力480MPa，时间5h；
（5）煅烧之后，待冷却取出，即得到块状稀土掺杂磷酸钙生物活性陶瓷。
对得到的块状稀土掺杂磷酸钙生物活性陶瓷进行检测，检测生物陶瓷的性能：硬度840HV；压缩强度1300MPa；抗弯强度550MPa；韧性15MPa·m1/2。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。