添加剂对可切削生物微晶玻璃结构的影响(英文)

摘要

背景:医用可加工微晶玻璃是一种新型的无机生物新材料,可切削生物微晶玻璃的强度、韧性和可切削加工性能值得研究。目的: 分析 ZnO 、Fe2O3 和ZrO2 添加剂对K2O-MgO-CaO-SiO2-P2O5-F系统可切削微晶玻璃的结构和性能的影响。设计:观察对比实验。单位:华中科技大学同济医学院附属同济医院骨科。材料: 实验于 2003-10/2004-04 在在武汉理工大学材料学院实验室完成。K2O-MgO-CaO-SiO2-P2O5-F系统及ZnO 、Fe2O3 和ZrO2添加剂,日本理学D/Max-ⅢA型X射线衍射仪及JSM-5610LV型扫描电镜,HVS-1000显微硬度计,日产3257-35磁性测试仪。方法:采用K2O-MgO-CaO-SiO2-P2O5-F系统可切削生物微晶玻璃,分别加入适量的ZnO、ZnO-Fe2O3和ZnO-Fe2O3-ZrO2添加剂,在1400℃下熔制,保温1h,浇铸成型,经退火后根据差热分析曲线制定晶化温度制度,制备了3组不同组分的微晶玻璃。①物理性能的测试:采用HVS-1000显微硬度计测定显微硬度、MTS陶瓷试验系统三点弯曲法及单面切口三点弯曲法测定抗弯强度和断裂韧性、日产3257-35磁性测试仪测定饱和磁矩及居里温度、钻孔法测定了可切削性。②矿物组成及晶体形貌的测定:采用日本理学D/Max-ⅢA型X射线衍射仪及JSM-5610LV型扫描电镜分别测定了3种试样的矿物组成及晶体的形貌。主要观察指标:ZnO、ZnO-Fe2O3和ZnO-Fe2O3-ZrO2添加剂制备不同组分的微晶玻璃物理性能、矿物组成及晶体形貌的测定结果。结果:①ZnO加入K2O-MgO-CaO-SiO2-P2O5-F微晶玻璃中,有利于晶体成长,增加晶体的长径比,显微硬度低,韧性较好,易于切削。②ZnO-Fe2O3加入K2O-MgO-CaO-SiO2-P2O5-F微晶玻璃中,形成少量镁锌铁尖晶石铁氧体,具有磁性。主晶相为透辉石,晶粒细小,硬度较大,切削性能下降。③ZnO-Fe2O3-ZrO2加入K2O-MgO-CaO-SiO2-P2O5-F微晶玻璃中,析晶后主晶相为氟镁白云母、氟磷灰石,另有少量的镁锌铁尖晶石铁氧体、t-ZrO2、m-ZrO2等。材料强度高、韧性及可切削性能良好,具有的磁性能激发新骨形成,用其做骨替代材料可加速骨缺损的修复。结论:ZnO、ZnO-Fe2O3和ZnO-Fe2O3-ZrO2添加剂的加入对改变生物微晶玻璃的晶体结构,提高生物微晶玻璃的强度、韧性和可切削性具有重要意义,并同时赋予了磁性。