一種用于制造股關(guān)節(jié)的氧化鋯生物陶瓷及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于生物材料領(lǐng)域，特別涉及一種用于制造股關(guān)節(jié)的氧化鋯生物陶瓷及該生物陶瓷的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著材料科技的發(fā)展，生物材料因其對機(jī)體組織進(jìn)行修復(fù)、替代與再生的特殊性能，已經(jīng)成為當(dāng)今生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域重要的研宄方向之一。生物硬組織代用材料最早是使用體骨、動(dòng)物骨，后來發(fā)展到采用不銹鋼和塑料，由于不銹鋼存在溶析、腐蝕和疲勞問題，塑料存在穩(wěn)定性差和強(qiáng)度低的問題。因此造成生物材料發(fā)展的瓶頸，生物陶瓷的出現(xiàn)，改善了現(xiàn)有替代材料的不足，因其諸多優(yōu)勢，因此，生物陶瓷具有了廣闊的發(fā)展前景。
[0003]氧化鋯陶瓷是以Zr02為主要成分的生物惰性陶瓷，其顯著特征是具有高斷裂韌性、高斷裂強(qiáng)度和低彈性模量。氧化鋯(Zr02)具有極高的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，在生理環(huán)境中呈現(xiàn)惰性，具有很好的生物相容性。純氧化鋯具有三種同素異型體，在一定條件下可以發(fā)生晶型轉(zhuǎn)變(相變)。在承受外力作用時(shí)，其相變的過程需吸收較高的能量，使裂紋尖端應(yīng)力松弛，增加裂紋擴(kuò)散阻力而增韌，因而具有非常高的斷裂韌性。
[0004]股關(guān)節(jié)是人體十分重要的關(guān)節(jié)之一，其具有較好的受力支撐作用，同時(shí)也需要一定的耐磨性能，氧化鋯陶瓷因其高斷裂韌性、高斷裂強(qiáng)度和低彈性模量的特點(diǎn)，且化學(xué)穩(wěn)定性較好，作為人工股關(guān)節(jié)的醫(yī)用植入品，是一種較好的應(yīng)用前景。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明解決的技術(shù)問題:針對上述不足，克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種用于制造股關(guān)節(jié)的氧化鋯生物陶瓷及其制備方法。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案:一種用于制造股關(guān)節(jié)的氧化鋯生物陶瓷，由以下質(zhì)量份數(shù)的各個(gè)組分制備而成:
氧化鋯65-85份、納米氧化鈦3-7份、納米氧化鋁2-8份、納米氧化鋅1_3份、碳纖維
2-5份和氧化鈣5-10份。
[0007]作為優(yōu)選，各個(gè)組分的質(zhì)量份數(shù)為:氧化鋯70-80份、納米氧化鈦4-6份、納米氧化鋁4-6份、納米氧化鋅2-3份、碳纖維3-4份和氧化鈣6-8份。
[0008]作為優(yōu)選，各個(gè)組分的質(zhì)量份數(shù)為:氧化鋯76份、納米氧化鈦5份、納米氧化鋁5份、納米氧化鋅3份、碳纖維4份和氧化鈣7份。
[0009]一種用于制造股關(guān)節(jié)的氧化鋯生物陶瓷的制備方法，制備步驟如下:
(1)稱量:準(zhǔn)確稱取各個(gè)組分；
(2)球磨:將各個(gè)組分混合在一起，放入球磨機(jī)進(jìn)行研磨混合；
(3)冷壓成型:將混合粉體進(jìn)行冷壓成型；
(4)將成型后的粉體放入模具中，進(jìn)行高溫煅燒，溫度為1150°C_1400°C，壓力500-800MPa，時(shí)間 4_9h ； (5)煅燒之后，待冷卻取出，即得到塊狀用于制造股關(guān)節(jié)的氧化鋯生物陶瓷。
[0010]作為優(yōu)選，步驟(4)中煅燒的溫度為1200°C。
[0011]作為優(yōu)選，步驟(4)中煅燒的壓力為700MPa。
[0012]有益效果:本發(fā)明提供的用于制造股關(guān)節(jié)的氧化鋯生物陶瓷，是一種以氧化鋯為主體材料的生物惰性陶瓷。不同于傳統(tǒng)的氧化鋯生物陶瓷，本發(fā)明采用多種納米材料，一方面是提升了氧化鋯生物陶瓷的整體斷裂韌性和斷裂強(qiáng)度，另一方面，提供了其耐磨性能，而且化學(xué)穩(wěn)定性較好，同時(shí)并不影響其生物相容性。
[0013]因此，本發(fā)明提供的用于制造股關(guān)節(jié)的氧化鋯生物陶瓷，具有耐磨性能好，韌性高，生物相容性高的特點(diǎn)，作為制造股關(guān)節(jié)的材料具有較好的應(yīng)用前景。
【具體實(shí)施方式】
[0014]為了進(jìn)一步理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案進(jìn)行描述，但是應(yīng)當(dāng)理解，這些描述只是為進(jìn)一步說明本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)，而不是對本發(fā)明權(quán)利要求的限制。
[0015]實(shí)施例1:
一種用于制造股關(guān)節(jié)的氧化鋯生物陶瓷，包括以下質(zhì)量份數(shù)的各個(gè)組分:
氧化鋯85份、納米氧化鈦7份、納米氧化鋁8份、納米氧化鋅3份、碳纖維5份和氧化鈣10份。
[0016]根據(jù)本發(fā)明提供的制備方法制備用于制造股關(guān)節(jié)的氧化鋯生物陶瓷，步驟如下:
(1)稱量:準(zhǔn)確稱取各個(gè)組分；
(2)球磨:將各個(gè)組分混合在一起，放入球磨機(jī)進(jìn)行研磨混合；
(3)冷壓成型:將混合粉體采用60T壓機(jī)進(jìn)行壓制；
(4)將成型后的粉體放入模具中，進(jìn)行高溫煅燒，溫度為1300°C，壓力800MPa，時(shí)間6h；
(5)煅燒之后，待冷卻取出，即得到塊狀用于制造股關(guān)節(jié)的氧化鋯生物陶瓷。
[0017]對得到的塊狀用于制造股關(guān)節(jié)的氧化鋯生物陶瓷進(jìn)行檢測，檢測生物陶瓷的性能:硬度1380HV ;壓縮強(qiáng)度2320MPa ;抗彎強(qiáng)度1140MPa ;韌性24MPa.m1/2。
[0018]實(shí)施例2:
一種用于制造股關(guān)節(jié)的氧化鋯生物陶瓷，包括以下質(zhì)量份數(shù)的各個(gè)組分:
氧化鋯65份、納米氧化鈦3份、納米氧化鋁2份、納米氧化鋅I份、碳纖維2份和氧化鈣5份。
[0019]根據(jù)本發(fā)明提供的制備方法制備用于制造股關(guān)節(jié)的氧化鋯生物陶瓷，步驟如下:
(1)稱量:準(zhǔn)確稱取各個(gè)組分；
(2)球磨:將各個(gè)組分混合在一起，放入球磨機(jī)進(jìn)行研磨混合；
(3)冷壓成型:將混合粉體采用60T壓機(jī)進(jìn)行壓制；
(4)將成型后的粉體放入模具中，進(jìn)行高溫煅燒，溫度為1300°C，壓力700MPa，時(shí)間5h；
(5)煅燒之后，待冷卻取出，即得到塊狀用于制造股關(guān)節(jié)的氧化鋯生物陶瓷。
[0020]對得到的塊狀用于制造股關(guān)節(jié)的氧化鋯生物陶瓷進(jìn)行檢測，檢測生物陶瓷的性能:硬度1350HV ;壓縮強(qiáng)度2250MPa ;抗彎強(qiáng)度1130MPa ;韌性24MPa.m1/2。
[0021]實(shí)施例3: 一種用于制造股關(guān)節(jié)的氧化鋯生物陶瓷，包括以下質(zhì)量份數(shù)的各個(gè)組分:
氧化鋯80份、納米氧化鈦6份、納米氧化鋁6份、納米氧化鋅3份、碳纖維4份和氧化鈣8份。
[0022]根據(jù)本發(fā)明提供的制備方法制備用于制造股關(guān)節(jié)的氧化鋯生物陶瓷，步驟如下:
(1)稱量:準(zhǔn)確稱取各個(gè)組分；
(2)球磨:將各個(gè)組分混合在一起，放入球磨機(jī)進(jìn)行研磨混合；
(3)冷壓成型:將混合粉體采用60T壓機(jī)進(jìn)行壓制；
(4)將成型后的粉體放入模具中，進(jìn)行高溫煅燒，溫度為1200°C，壓力700MPa，時(shí)間7h；
(5)煅燒之后，待冷卻取出，即得到塊狀用于制造股關(guān)節(jié)的氧化鋯生物陶瓷。
[0023]對得到的塊狀用于制造股關(guān)節(jié)的氧化鋯生物陶瓷進(jìn)行檢測，檢測生物陶瓷的性能:硬度1390HV ;壓縮強(qiáng)度2330MPa ;抗彎強(qiáng)度1160MPa ;韌性25MPa.m1/2。
[0024]實(shí)施例4:
一種用于制造股關(guān)節(jié)的氧化鋯生物陶瓷，包括以下質(zhì)量份數(shù)的各個(gè)組分:
氧化鋯70份、納米氧化鈦4份、納米氧化鋁4份、納米氧化鋅2份、碳纖維3份和氧化鈣6份。
[0025]根據(jù)本發(fā)明提供的制備方法制備用于制造股關(guān)節(jié)的氧化鋯生物陶瓷，步驟如下:
(1)稱量:準(zhǔn)確稱取各個(gè)組分；
(2)球磨:將各個(gè)組分混合在一起，放入球磨機(jī)進(jìn)行研磨混合；
(3)冷壓成型:將混合粉體采用60T壓機(jī)進(jìn)行壓制；
(4)將成型后的粉體放入模具中，進(jìn)行高溫煅燒，溫度為1200°C，壓力700MPa，時(shí)間5h；
(5)煅燒之后，待冷卻取出，即得到塊狀用于制造股關(guān)節(jié)的氧化鋯生物陶瓷。
[0026]對得到的塊狀用于制造股關(guān)節(jié)的氧化鋯生物陶瓷進(jìn)行檢測，檢測生物陶瓷的性能:硬度1410HV ;壓縮強(qiáng)度2280MPa ;抗彎強(qiáng)度1170MPa ;韌性24MPa.m1/2。
[0027]實(shí)施例5:
一種用于制造股關(guān)節(jié)的氧化鋯生物陶瓷，包括以下質(zhì)量份數(shù)的各個(gè)組分:
氧化鋯76份、納米氧化鈦5份、納米氧化鋁5份、納米氧化鋅3份、碳纖維4份和氧化鈣7份。
[0028]根據(jù)本發(fā)明提供的制備方法制備用于制造股關(guān)節(jié)的氧化鋯生物陶瓷，步驟如下:
(1)稱量:準(zhǔn)確稱取各個(gè)組分；
(2)球磨:將各個(gè)組分混合在一起，放入球磨機(jī)進(jìn)行研磨混合；
(3)冷壓成型:將混合粉體采用60T壓機(jī)進(jìn)行壓制；
(4)將成型后的粉體放入模具中，進(jìn)行高溫煅燒，溫度為1200°C，壓力700MPa，時(shí)間6h；
(5)煅燒之后，待冷卻取出，即得到塊狀用于制造股關(guān)節(jié)的氧化鋯生物陶瓷。
[0029]對得到的塊狀用于制造股關(guān)節(jié)的氧化鋯生物陶瓷進(jìn)行檢測，檢測生物陶瓷的性能:硬度1410HV ;壓縮強(qiáng)度2370MPa ;抗彎強(qiáng)度121MPa ;韌性25MPa.m1/2。
[0030]對所公開的實(shí)施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對這些實(shí)施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于制造股關(guān)節(jié)的氧化鋯生物陶瓷，其特征在于，由以下質(zhì)量份數(shù)的各個(gè)組分制備而成: 氧化鋯65-85份、納米氧化鈦3-7份、納米氧化鋁2-8份、納米氧化鋅1_3份、碳纖維2-5份和氧化鈣5-10份。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于制造股關(guān)節(jié)的氧化鋯生物陶瓷，其特征在于:各個(gè)組分的質(zhì)量份數(shù)為:氧化鋯70-80份、納米氧化鈦4-6份、納米氧化鋁4-6份、納米氧化鋅2_3份、碳纖維3-4份和氧化鈣6-8份。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于制造股關(guān)節(jié)的氧化鋯生物陶瓷，其特征在于:各個(gè)組分的質(zhì)量份數(shù)為:氧化鋯76份、納米氧化鈦5份、納米氧化鋁5份、納米氧化鋅3份、碳纖維4份和氧化鈣7份。
4.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于制造股關(guān)節(jié)的氧化鋯生物陶瓷的制備方法，其特征在于，制備步驟如下: (1)稱量:準(zhǔn)確稱取各個(gè)組分； (2)球磨:將各個(gè)組分混合在一起，放入球磨機(jī)進(jìn)行研磨混合； (3)冷壓成型:將混合粉體進(jìn)行冷壓成型； (4)將成型后的粉體放入模具中，進(jìn)行高溫煅燒，溫度為1150°C_1400°C，壓力500-800MPa，時(shí)間 4_9h ； (5)煅燒之后，待冷卻取出，即得到塊狀用于制造股關(guān)節(jié)的氧化鋯生物陶瓷。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于制造股關(guān)節(jié)的氧化鋯生物陶瓷的制備方法，其特征在于:步驟(4)中煅燒的溫度為1200°C。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于制造股關(guān)節(jié)的氧化鋯生物陶瓷的制備方法，其特征在于:步驟(4)中煅燒的壓力為700MPa。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于制造股關(guān)節(jié)的氧化鋯生物陶瓷及其制備方法，涉及生物材料領(lǐng)域，由以下質(zhì)量份數(shù)的各個(gè)組分制備而成：氧化鋯65-85份、納米氧化鈦3-7份、納米氧化鋁2-8份、納米氧化鋅1-3份、碳纖維2-5份和氧化鈣5-10份。一種用于制造股關(guān)節(jié)的氧化鋯生物陶瓷的制備方法，制備步驟如下：（1）稱量；（2）球磨；（3）冷壓成型；（4）高溫煅燒；（5）冷卻。本發(fā)明提供的用于制造股關(guān)節(jié)的氧化鋯生物陶瓷，具有耐磨性能好，韌性高，生物相容性高的特點(diǎn)，作為制造股關(guān)節(jié)的材料具有較好的應(yīng)用前景。
【IPC分類】A61L27-10, C04B35-49, C04B35-80, C04B35-645
【公開號】CN104829228
【申請?zhí)枴緾N201510146805
【發(fā)明人】郭玉芹, 劉樂峰, 邱東成
【申請人】蘇州維泰生物技術(shù)有限公司
【公開日】2015年8月12日
【申請日】2015年3月31日