HA晶须热稳定性及原位制备Haw/β-TCP多孔支架材料的研究

摘要

β-磷酸三钙(β-TCP)多孔生物陶瓷支架材料具有良好的生物活性和生物相容性，植入体内安全无毒，并且具有较好的可降解性，是良好的骨移植替代材料。但是由于组织工程对生物陶瓷支架材料的多孔及高孔隙率的要求，使得材料的力学性能大大降低，应用范围也受到较大限制，因此需要提高多孔生物陶瓷支架材料的力学性能，拓展其应用范围，而羟基磷灰石(HA)晶须毫无疑问是理想的生物增强材料。但是用HA晶须作为生物陶瓷的增强材料时，需要在高温下对材料进行烧结，而目前文献报道所制备的HA晶须或纤维往往是缺钙型的，在高温下容易发生分解，无法保持高长径比的晶须或纤维形貌，因而无法实现增强增韧的作用。
　　 本论文通过X射线衍射仪、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、热重及差热分析仪等测试方法，首先研究了不同初始pH值对α-磷酸三钙（α-TCP）水化产物形貌的影响，并对其形貌调控机理进行了初步探讨；接着通过向α-TCP原料中添加适量Ca(OH)2、NH4F和KOH的方法研究了α-TCP水化过程中添加剂对所制备晶须的形貌及提高其热稳定性的影响；然后利用α-TCP、β-TCP和KCl等为原料在β-TCP中原位制备了HA晶须，研究了HA晶须的生成情况及KC1对原位HA晶须形貌和提高其热稳定性的影响；最后利用原位HA晶须粉、P-Ca-Na-Mg生物玻璃(BG)和其他外加剂为原料，采用有机泡沫浸渍法制备了含原位HA晶须的β-TCP多孔生物陶瓷材料，并对制备的多孔生物陶瓷材料的微观形貌进行了研究。
　　 实验结果表明，α-TCP在常压下恒温水浴发生水化反应的过程中，水化初始pH值对水化产物形貌影响很大，pH值由低到高时，水化产物由CaHPO4向片状HA和针状HA过渡。其中，片状HA沿〈001〉和〈100〉方向二维生长，针状HA沿〈001〉方向择优取向生长。在α-TCP水化制备HA晶须时，向原料中添加适量的Ca(OH)2、NH4F和KOH对所制备HA晶须的形貌及提高其热稳定性具有重要的影响，适量Ca(OH)2和NH4F的添加没有明显提高HA晶须的热稳定性，而适量KOH的添加在一定程度上可以提高所制备HA晶须的热稳定性，相对于不添加KOH的HA晶须来说，添加适量KOH的HA晶须在1000℃下热处理2小时后依然能较好的保持晶须形貌。
　　 BG对降低β-TCP陶瓷烧结温度具有重要作用，不添加BG的β-TCP粉体需要在1350℃才能达到烧结温度，而添加20％BG之后可以将其烧结温度降到1000℃；原位HA晶须在β-TCP粉体中具有较好的分散性，适量KCl的添加对高温下保持β-TCP中原位HA晶须的形貌稳定具有重要作用；多孔β-TCP陶瓷材料中孔径分布均匀，孔径大小在200μm到400μm之间，高温烧结过程中原位HA晶须没有完全发生分解，部分仍保持为棒状形貌。