一種層狀多孔羥基磷灰石陶瓷的制備方法
【專利摘要】本發明涉及一種層狀多孔羥基磷灰石陶瓷的制備方法，屬于生物醫學材料領域。通過物理氣相沉積技術和冰模板技術的有機結合，獲得具有各向異性、結構均勻、孔隙貫通率高的高品質層狀多孔羥基磷灰石生物陶瓷材料，使層狀多孔羥基磷灰石陶瓷作為骨修復材料適宜于骨組織生長，符合骨組織對力學性能的要求。本發明的制備方法不是通過金屬冷凍面直接對懸濁漿料進行定向冷凍，而是先通過物理氣相沉積方法在金屬容器下表面形成片狀冰晶，再利用定向的溫度梯度使片狀冰晶生長進入懸濁漿料中后繼續沿著原有方向定向生長，通過定向生長的片狀冰晶對懸濁漿料中的陶瓷顆粒的排斥作用實現對層狀多孔結構的調節。
【專利說明】一種層狀多孔羥基磷灰石陶瓷的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種層狀多孔羥基磷灰石陶瓷的制備方法，屬于生物醫學材料領域。
【背景技術】
[0002]輕基磷灰石(Hydroxyapatite,簡稱HA，分子式為[Ca1(l (P04) 6 (0H) 2])植入人體內不易引起排斥反應，具有良好的生物相容性，是理想的骨替代材料，可廣泛用于骨組織的修復和替換等方面。臨床上需要使用具有連通多孔結構的HA，以使生物體的纖維細胞和骨細胞向HA植入體的孔內連續生長，促進生物新生組織與植入的HA緊密、牢固結合。
[0003]目前制備具有連通孔結構陶瓷的方法主要有溶膠-凝膠法，造孔劑成孔法、有機泡沫浸漬法、冰模板法等，前三種方法可以制備出具有各向同性的多孔結構。然而，生物體內不同部位、不同受力點的骨組織對力學和生物性能要求不同，因此，也要求作為骨替代材料的多孔陶瓷具有各向異性的多孔結構。冰模板法因其可以制備出具有各向異性的層狀多孔結構而受到眾多生物材料研宄者的關注，它是利用冰晶在生長過程中將懸濁液中陶瓷顆粒排斥出去從而在冰晶間隙處形成顆粒組裝體的原理制備多孔陶瓷的。但在冰晶剛開始形核的時候形成的是各向同性的較為致密的顆粒組裝體結構，隨著冰晶的生長，組裝體結構逐漸轉變成孔隙率高的層狀結構，因此采用冰模板法制備出的多孔羥基磷灰石陶瓷材料中存在很大一部分區域是致密的非層狀結構，即存在結構不均勻的缺點，不利于骨組織的生長。另一方面，冰模板法要求同時利用加熱和冷凍裝置嚴格控制冷凍速度，制備工藝較為復雜ο
[0004]針對上述背景，本發明提供一種簡單有效、經濟環保的高品質層狀多孔羥基磷灰石陶瓷的制備方法。
【發明內容】
[0005]為了克服現有技術的缺點，本發明提供一種結構均勻的層狀多孔羥基磷灰石陶瓷的制備方法，同時該方法具有簡單有效、經濟環保的優點。
[0006]一種層狀多孔羥基磷灰石陶瓷的制備方法，該制備方法將物理氣相沉積法與冰模板法結合，步驟如下:
[0007](1)向去離子水中加入10-40vol.%的羥基磷灰石粉體，再加入占羥基磷灰石粉體質量為0.5-2wt.%的聚丙烯酸銨分散劑和占羥基磷灰石粉體質量為l_3wt.%的聚乙烯醇粘結劑，即得到懸濁漿料；
[0008](2)將步驟(1)所配制的懸濁漿料球磨12-24小時，然后將球磨后的懸濁漿料置于真空條件下攪拌排出氣泡，得到無泡懸濁漿料；
[0009](3)將步驟(2)得到的無泡懸濁漿料注入保溫容器中，將金屬容器置于保溫容器上，金屬容器底部與無泡懸池楽料液面的距離多1mm ；
[0010](4)將冷凍劑置于金屬容器中，冷凍保溫容器中的氣體和無泡懸濁漿料，無泡懸濁漿料完全冷凍后得到冷凍濕坯體；
[0011](5)將步驟(4)得到的冷凍濕坯體置于低于-18°c，氣壓低于600Pa的條件下干燥、除冰，得到干燥坯體；
[0012](6)將步驟(5)得到的干燥坯體放入高溫爐中，在1100-1300°C的溫度下燒結1_3小時，得到層狀多孔羥基磷灰石陶瓷。
[0013]所述的冷凍劑為液氮、液氧、液氨或干冰等。
[0014]所述的保溫容器為聚四氟乙烯容器。
[0015]本發明提供的層狀多孔陶瓷制備方法在對懸濁漿料的冷凍過程中，不是通過金屬冷凍面直接對懸濁漿料進行定向冷凍，而是由于金屬容器下表面溫度低，水蒸氣會直接沉積到金屬容器下表面，形成片狀冰晶，在溫度梯度作用下這些片狀冰晶向下定向生長并可以在伸入無泡懸濁漿料中后繼續以片狀形貌定向生長，通過這些定向生長的冰晶對懸濁漿料中的陶瓷顆粒的排斥作用實現對層狀多孔結構的調節。
[0016]與現有技術相比，本發明的有益效果為:
[0017]本發明是通過物理氣相沉積技術首先形成層片狀的冰模板，再通過冰模板在懸濁液中的定向生長調節羥基磷灰石顆粒組裝體的孔結構，經除冰和燒結后獲得具有均勻層狀結構的高品質層狀多孔羥基磷灰石陶瓷。
[0018]本發明制備方法不需要通過加熱裝置控制冷凍速度，簡化了層狀多孔陶瓷的制備工藝，具有簡單有效、經濟環保的優點。
[0019]本發明制備方法所得到的層狀多孔羥基磷灰石陶瓷材料具有高孔隙率、孔連通性好、層狀結構均勻的優點。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020]附圖是本發明的裝置示意圖。
[0021]圖中:1保溫容器；2懸濁漿料；3空氣；4冷凍劑；5金屬容器。
【具體實施方式】
[0022]以下結合附圖和技術方案，進一步說明本發明的【具體實施方式】。
[0023]實施例1
[0024](I)在去離子水中加入1vol.%的羥基磷灰石粉體，并加入占羥基磷灰石粉體質量為0.5wt.%的聚丙稀酸錢分散劑和占輕基磷灰石粉體質量為Iwt.%的聚乙稀醇粘結劑，得到懸濁漿料。
[0025](2)將步驟I所配制的懸濁漿料球磨12小時，然后將懸濁漿料放置于真空條件下攪拌30分鐘排出氣泡，得到無泡懸濁漿料。
[0026](3)將步驟2得到的無泡懸濁漿料注入聚四氟乙烯容器中，用一個金屬容器覆蓋在聚四氟乙烯容器之上，金屬容器下表面到懸濁漿料液面的距離為1mm。
[0027](4)將液氮注入步驟3所述的金屬容器中，對該金屬容器下的氣體和無泡懸濁漿料進行冷凍，無泡懸濁漿料完全冷凍后得到冷凍濕坯體。
[0028](5)將步驟4得到的冷凍濕坯體置于低于-18°C，氣壓低于600Pa的條件下干燥、除冰，得到干燥坯體。
[0029](6)將步驟5得到的干燥坯體放入高溫爐中，在1100°C的溫度下燒結lh，得到層狀多孔羥基磷灰石陶瓷。
[0030]實施例2
[0031](1)在去離子水中加入20vol.%的羥基磷灰石粉體，并加入占羥基磷灰石粉體質量為lwt.%的聚丙稀酸錢分散劑和占輕基磷灰石粉體質量為1.5wt.%的聚乙稀醇粘結劑，得到懸濁漿料。
[0032](2)將步驟1所配制的懸濁漿料球磨16小時，然后將懸濁漿料放置于真空條件下攪拌30分鐘排出氣泡，得到無泡懸濁漿料。
[0033](3)將步驟2得到的無泡懸濁漿料注入聚四氟乙烯容器中，用一個金屬容器覆蓋在聚四氟乙烯容器之上，金屬容器下表面到懸濁漿料液面的距離為3mm。
[0034](4)將液氧注入步驟3所述的金屬容器中，對該金屬容器下的氣體和無泡懸濁漿料進行冷凍，無泡懸濁漿料完全冷凍后得到冷凍濕坯體。
[0035](5)將步驟4得到的冷凍濕坯體置于低于-18°C，氣壓低于600Pa的條件下干燥、除冰，得到干燥坯體。
[0036](6)將步驟5得到的干燥坯體放入高溫爐中，在1200°C的溫度下燒結lh，得到層狀多孔羥基磷灰石陶瓷。
[0037]實施例3
[0038](1)在去離子水中加入30vol.%的羥基磷灰石粉體，并加入占羥基磷灰石粉體質量為1.5wt.%的聚丙稀酸錢分散劑和占輕基磷灰石粉體質量為2wt.%的聚乙稀醇粘結劑，得到懸濁漿料。
[0039](2)將步驟1所配制的懸濁漿料球磨20小時，然后將懸濁漿料放置于真空條件下攪拌30分鐘排出氣泡，得到無泡懸濁漿料。
[0040](3)將步驟2得到的無泡懸濁漿料注入聚四氟乙烯容器中，用一個金屬容器覆蓋在聚四氟乙烯容器之上，金屬容器下表面到懸濁漿料液面的距離為6mm。
[0041](4)將液氨注入步驟3所述的金屬容器中，對該金屬容器下的氣體和無泡懸濁漿料進行冷凍，無泡懸濁漿料完全冷凍后得到冷凍濕坯體。
[0042](5)將步驟4得到的冷凍濕坯體置于低于-18°C，氣壓低于600Pa的條件下干燥、除冰，得到干燥坯體。
[0043](6)將步驟5得到的干燥坯體放入高溫爐中，在1300°C的溫度下燒結2h，得到層狀多孔羥基磷灰石陶瓷。
[0044]實施例4
[0045](1)在去離子水中加入40vol.%的羥基磷灰石粉體，并加入占羥基磷灰石粉體質量為2wt.%的聚丙稀酸錢分散劑和占輕基磷灰石粉體質量為3wt.%的聚乙稀醇粘結劑，得到懸濁漿料。
[0046](2)將步驟1所配制的懸濁漿料球磨24小時，然后將懸濁漿料放置于真空條件下攪拌30分鐘排出氣泡，得到無泡懸濁漿料。
[0047](3)將步驟2得到的無泡懸濁漿料注入聚四氟乙烯容器中，用一個金屬容器覆蓋在聚四氟乙烯容器之上，金屬容器下表面到懸濁漿料液面的距離為9mm。
[0048](4)將液氮注入步驟3所述的金屬容器中，對該金屬容器下的氣體和無泡懸濁漿料進行冷凍，無泡懸濁漿料完全冷凍后得到冷凍濕坯體。
[0049](5)將步驟4得到的冷凍濕坯體置于低于_18°C，氣壓低于600Pa的條件下干燥、除冰，得到干燥坯體。
[0050](6)將步驟5得到的干燥坯體放入高溫爐中，在1200°C的溫度下燒結2h，得到層狀多孔羥基磷灰石陶瓷。
【權利要求】
1.一種層狀多孔羥基磷灰石陶瓷的制備方法，其特征在于，該制備方法將物理氣相沉積法與冰模板法結合，步驟如下: (1)向去離子水中加入10-4(^01.%的羥基磷灰石粉體，再加入占羥基磷灰石粉體質量為0.5-2被.％的聚丙稀酸錢分散劑和占輕基磷灰石粉體質量為1-3被.％的聚乙稀醇粘結劑，即得到懸濁漿料； (2)將步驟(1)所配制的懸濁漿料球磨12-24小時，然后將球磨后的懸濁漿料置于真空條件下攪拌排出氣泡，得到無泡懸濁漿料； (3)將步驟(2)得到的無泡懸濁漿料注入保溫容器中，將金屬容器置于保溫容器上，金屬容器底部與無泡懸濁漿料液面的距離多1111111 ； (4)將冷凍劑置于金屬容器中，冷凍保溫容器中的氣體和無泡懸濁漿料，無泡懸濁漿料完全冷凍后得到冷凍濕坯體； (5)將步驟⑷得到的冷凍濕坯體置于低于-181，氣壓低于600？3的條件下干燥、除冰，得到干燥坯體； (6)將步驟(5)得到的干燥坯體放入高溫爐中，在1100-13001:的溫度下燒結1-3小時，得到層狀多孔羥基磷灰石陶瓷。
2.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述的冷凍劑為液氮、液氧、液氨或干冰。
3.根據權利要求1或2所述的制備方法，其特征在于，所述的保溫容器為聚四氟乙烯容器。
【文檔編號】C04B35/622GK104478463SQ201410669683
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年11月21日 優先權日:2014年11月21日
【發明者】史國棟, 武湛君, 王智, 彭嗣婷, 姜春雨, 閆佳 申請人:大連理工大學