掺杂氟磷灰石的二硅酸锂微晶玻璃研究

摘要

生物微晶玻璃具有良好的生物学性能及机械可加工性能等特点,在骨科、牙科以及骨组织工程等领域的发展前景可观.其中,二硅酸锂微晶玻璃因其优良的力学性能、适宜的半透性等优点,已成为临床应用最有前途的牙科修复材料之一.二硅酸锂微晶玻璃种类单一,在国内,二硅酸锂微晶玻璃牙科材料基本依赖于进口,价格昂贵,限制了发展.氟磷灰石活性陶瓷具备良好的生物相容性、化学稳定性,一定的耐酸能力.然而,由于氟磷灰石生物陶瓷的强度低、韧性差、力学性能差而限制了其应用的广泛性,许多学者积极探索将氟磷灰石与其它材料的结合,以改善氟磷灰石生物陶瓷的应用.
　　本文旨在将具有较好生物相容性的氟磷灰石掺杂入二硅酸锂微晶玻璃当中,以期制备一种具有优良生物相容性以及较好力学性能的牙齿修复材料.采用烧结法制备二硅酸锂微晶玻璃和掺杂氟磷灰石的二硅酸锂微晶玻璃,采用X射线衍射分析(XRD)、扫描电子显微镜、微机控制电子万能试验机、自动显微硬度计等方法,研究了热处理制度、组成等对微晶玻璃晶相组成、微观形貌、烧结性能以及力学性能的影响.
　　通过研究,取得以下成果:
　　1.采用烧结法制备二硅酸锂微晶玻璃,研究了二硅酸锂微晶玻璃体系在不同热处理温度下的析晶行为.在800~860℃温度范围内,样品的主晶相为Li2Si2O5,随着温度的升高,析晶度逐渐增加;晶体结构逐渐从球状转变为棒状晶体,晶体尺寸逐渐增大;收缩率先增大后减小、显气孔率、吸水率随热处理温度升高而减小、体密度逐渐增大;试样均能获得良好的烧结效果,860℃样品的显气孔率1.01%,吸水率0.41%,体积密度达2.4g/cm3,显微硬度可达到663HV.
　　2.采用水溶液法制备了高纯度的氟磷灰石粉末,并且初步研究了氟磷灰石与玻璃粉在2:8、3:7、5:5配比下的掺杂制备过程.在820℃下,三组配比均可制备出主晶相为氟磷灰石和二硅酸锂的微晶玻璃样品.氟磷灰石含量为20%时,样品晶粒分布均匀,长径比适中,具有优良的互锁结构及较好的力学性能;
　　3.重点研究了氟磷灰石与基础玻璃粉在2:8下的掺杂,分析热处理制度对该玻璃样品的晶化特性、微观形貌、烧结性能以及力学性能的影响机制.
　　在同一比例下烧结,温度对掺杂氟磷灰石的二硅酸锂微晶玻璃有一定的影响:温度升高到800℃之上时,微晶玻璃中析出晶体的种类基本没有变化,主要包括Li2Si2O5、Ca5(PO4)3F、Li3PO4和SiO2晶相;
　　在800~840℃温度范围内,棒状晶体的尺寸随着烧结温度的提高有所增加,均匀地分布在玻璃基质内,并形成互锁微结构;随烧结温度的升高,收缩率逐渐增大,显气孔率和吸水率先减小后增大,体积密度先减小后趋于一致;
　　在800~840℃温度范围内,试样的显微硬度呈先增后减的趋势,抗压强度升高.晶化温度为820℃得到的样品结性能良好,晶体大小一致并均匀分布于玻璃基质中,且具有良好的力学性能.
　　二硅酸锂基础玻璃粉与氟磷灰石粉末在8:2、820℃烧结时,样品的复合效果较好.

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Content

1 绪论

1.1生物微晶玻璃概述

1.2 磷灰石的分类及基本性质

1.3 二硅酸锂微晶玻璃

1.4 生物微晶玻璃复合材料

1.5 本文研究目的、意义及主要研究内容

2 实验过程及方法

2.1 实验原料

2.2 实验设备

2.3 实验流程图

2.4 性能测试

2.5 本章小结

3 二硅酸锂微晶玻璃的制备及性能研究

3.1 引言

3.2 实验过程

3.3 实验结果与分析

3.4 本章小结

4 氟磷灰石含量对复合微晶玻璃的影响

4.1 引言

4.2 实验过程

4.3 实验结果与分析

4.4 本章小结

5 热处理温度对氟磷灰石/二硅酸锂微晶玻璃的影响

5.1 引言

5.2 实验过程

5.3 实验结果与分析

5.4 本章小结

6 结论与展望

6.1 主要结论

6.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的论文