无机非金属生物材料讲解.pptxVIP

第三章 无机非金属生物材料; 无机非金属材料主要有陶瓷、玻璃、水泥三大类。 陶瓷主要是以黏土为原料烧制而成的一种多晶多相(气体、液体、晶体和非晶体)的聚集体； 水泥为一种细磨材料，加入适量水后成为塑性浆体，能在空气中硬化，或在水中硬化，并能把其他增强材料牢固地胶结在一起的水硬性材料； 玻璃为熔融物冷却硬化而得到的非晶态固体。 这些材料有史以来一直得到广泛应用，其中一部分因为特殊性能而用作生物材料。;无机非金属材料的基本属性：  ● 化学健主要是离于键、共价健以及它们的混合键； ● 硬而脆、韧性低、抗压不抗拉、对缺陷敏感； ● 熔点高，具有优良的耐高温和化学稳定性； ● 一般自由电子数目少、导热性和导电性较小； ● 耐化学腐蚀性好； ● 耐磨损。;4.1.1无机非金属生物材料的发展 无机非金属生物材料的使用可追溯列埃及金字塔的修建时期，当时用陶土进行骨缺损的填充， 1808年开始将陶瓷作为镶牙材料， 1892年使用石膏填充骨缺损， 1963年Smith报道一种陶瓷材料，用环氧树脂浸透含48％孔隙的多孔铝酸盐树料，它与骨组织的物理性能相匹配。 无机生物材料在生物医学上广泛研究应用还是近三十年来的事，特别是发现羟基磷灰石陶瓷后，得到了飞速发展，该类材料具有生物相容性好，甚至有些还有生物活性，抗压强度高等优点。 ;金属、高分子和无机非金属生物材料的比较：;; 无机非金属材料品种非常多，考虑材料生物相容性、机械性能、加工性能、成本等因素，只有一小部分材料可用作生物材料，如 陶瓷类中有氧化铝、氧化铁、低温各向同性碳、羟基磷灰石、磷酸钙、碳酸钙等， 玻璃类主要有MgO-CaO-SiO2-P2O5、Na2O-CaO-SiO2-P2O5、CaO-Al2O3-P2O5系玻璃， 水泥类主要有硫酸钙、磷酸钙等。 在医学上主要用于骨组织的修复、替换，如承力骨、牙齿等替换，以及硬组织固定材料。 ;3.1.3 无机非金属生物材料分类 按成分性质分： 生物陶瓷材料，如单晶/多晶氧化铝、羟基磷灰石 生物玻璃，如45S5玻璃 生物玻璃陶瓷 医用骨水泥，?-TCP 复合无机材料, HA+ ?-TCP，碳纤维增强无机骨水泥 按来源分： 天然钙化物 钙化的贝壳、珍珠 合成无机材料 如?-TCP人工骨（复合无机材料） 衍生材料 冻干骨片 ;按照生物环境中发生的生物化学反应水平分类： 生物惰性材料 氧化铝 热解碳 氧化锆 氧化硅 生物活性无机材料 羟基磷灰石 生物玻璃 活性玻璃陶瓷 生物可降解无机材料 可溶性铝酸钙陶瓷、β-TCP陶瓷 生物医用无机纳米材料 纳米氧化铁 羟基磷灰石超微粉;3.2 生物陶瓷;4.2.1 氧化铝陶瓷;一、氧化铝陶瓷的组成、制备工艺 氧化铝陶瓷：Al2O3含量在45％以上，主晶相为?- Al2O3 ，此外还有莫莱石晶相和硅酸盐玻璃相。 陶瓷的一般制备工艺： 原料加工（粉碎），然后加粘结剂形成配料，混合后静压成坯料，通过预烧-烧结形成陶瓷。 ;核心过程－－烧结 烧结：在高温作用下，粉状物料自发填充颗粒间隙的过程，随着温度和时间的延长，过程中发生：固体颗粒相互键联，晶粒长大，空隙（气孔）和晶界逐渐消失，通过物质传递，物料的体积收缩、密度增加，最后成为坚实的整体。 ;颗粒在烧结过程中的外形变化： ;氧化铝的烧结过程：包括颗粒接触、部分粘连、完全粘连和烧结完成几个步骤。 ;陶瓷烧结的微观动力学 原始驱动力： （1）颗粒表面能 对于半径为r的1mol球形颗粒粉体， 颗粒数： 颗粒的表面积： 表面能： （2）化学反应能 （3）外加压力做功 （4）体系外供给能量 ;烧结温度对材料性能的影响 （1）对密度和空隙率的影响;（2）对机械性能的影响;Al2O3生物陶瓷制备工艺 氧化铝生物陶瓷的制备工艺：与普通陶瓷制作工艺类似，即粉体融合 预压成型(预打磨) 烧结 打磨 成品。烧结温度一般为1700℃以上。 高纯氧化铝人工骨的生产工艺过程如下： ;新型生物陶瓷材料-单晶生物陶瓷 氧化铝单晶（宝石）：机械强度、硬度和耐腐蚀性优于多晶氧化铝陶瓷，其生物相容性、稳定性和耐磨性也好于多晶氧化铝陶瓷。 不能通过烧结制得，具体方法如下： 提拉法 导模法 气相化学沉积法 焰融法：晶体生长速率快，工艺简单，成本低;二、氧化铝陶瓷的结构与性能 氧化铝陶瓷具有优异的生物相容性，在生理环境下相当稳定，抗腐蚀，无溶出物，具低膨胀性能。 氧化铝生物陶瓷密度大于3.9g／cm3，室温抗压强度约为4000MPa、抗弯强度大