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为了结合磷酸钙陶瓷以及含硅陶瓷的优点,制备出具有良好生物活性的可降解生物材料,本论文采用溶胶-凝胶法合成了SiO2含量(质量分数)分别为5％(5S)、10%(10S)、15%(15S)、20%(20S)的SiO2/Ca3(PO4)2复合生物陶瓷材料并对其烧结性能、物相组成、力学性能以及体外生物活性进行了研究。研究结果表明:
煅烧温度以及SiO2含量对复合粉体的物相组成有很大影响,800℃下煅烧2小时,四种复合粉体的物相组成均以低结晶度的磷灰石为主,1100℃、1200℃和1300℃三个温度下煅烧2小时,物相组成以Ca5(PO4)2SiO4和磷酸钙盐的复合物为主。SiO2可以降低HA向α-TCP的转变温度。SiO2/Ca3(PO4)2复合粉体材料在模拟体液中可以诱导类骨磷灰石形成,表现出良好的体外生物活性。
SiO2/Ca3(PO4)2复合陶瓷的烧结性能和力学性能受烧结温度和材料组分的共同影响。SiO2/Ca3(PO4)2复合陶瓷材料在模拟体液中均可诱导类骨磷灰石形成,具有良好的体外生物活性,四个组分的复合陶瓷的体外生物活性无显著差异。SiO2/Ca3(PO4)2复合陶瓷的生物活性主要由Ca5(PO4)2SiO4物相来表达。
在研究SiO2/Ca3(PO4)2复合生物材料的基础上,通过溶胶-凝胶法合成出了纯相Ca5(PO4)2SiO4粉体。常压下难以将Ca5(PO4)2SiO4陶瓷烧结致密,在1400℃下烧结2小时后,材料的孔隙率为22.3%,抗弯强度只有36.4MPa，采用热压烧结后,Ca5(PO4)2S1O4陶瓷的致密度有很大提高,孔隙率降低到7.9%,抗弯强度达到60.4MPa。
Ca5(PO4)2SiO4陶瓷具有良好的体外生物活性,在模拟体液中浸泡1天即可诱导类骨磷灰石沉积,随着浸泡时间延长,类骨磷灰石层厚度逐渐增大。而HA陶瓷在模拟体液中浸泡7天后表面仅有轻微腐蚀痕迹,并没有类骨磷灰石在陶瓷表面沉积。表明Ca5(PO4)2SiO4陶瓷材料的体外生物活性优于HA陶瓷。