多孔及梯度多孔羟基磷灰石生物陶瓷的制备和性能研究

来源 :中国科学院上海硅酸盐研究所 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ontheroad2005
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本工作利用陶瓷浆料工艺结合冷冻干燥法,通过调节陶瓷浆料的固含量、有机添加剂甲基纤维素(MC)和明胶、冷冻方法等工艺参数,制备了微结构可调控的多孔及梯度多孔羟基磷灰石(HAP)生物陶瓷;同时通过调节陶瓷浆料的固含量、MC和甘油含量分别制得了密度可调和多孔氧化锆生物陶瓷;并结合造孔剂法制备了孔径大小和孔隙率可调控的多孔羟基磷灰石陶瓷。主要结论如下:   (1)MC和明胶对多孔HAP陶瓷的显微结构有较好的调控效果,通过调节浆料的固含量和MC及明胶的含量,可以实现对多孔陶瓷气孔大小、气孔形貌、气孔率及其力学性能的控制。随着浆料固含量和有机添加物含量的增加,多孔陶瓷能实现孔结构从二维到三维的转变,并得到不同大小孔径的气孔结构。在浆料固含量不变的情况下,有机添加剂含量增加会导致浆料粘度增加,有机物对冰晶生长的抑制作用增强。由于热传导的差异,使得冷冻过程中陶瓷浆料内部存在温度梯度,导致冰晶生长速率不同,最终制得的多孔HAP陶瓷微结构呈现梯度变化。   (2)在冷冻干燥法制备HAP的基础上,结合添加造孔剂聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的方法,成功制备了孔径从几个微米到400μm,且连通性良好的多孔HAP生物陶瓷。孔径大小可通过改变PMMA球粒径来实现,气孔率可通过PMMA球的添加量,陶瓷浆料的固含量来调控,采用不同浆料间的分层冷冻可获得梯度多孔HAP生物陶瓷。   (3)通过添加甘油和MC可对二氧化锆陶瓷浆料性能进行调控,最终导致二氧化锆的显微结构和密度发生变化。在适量甘油添加下,改变固含量可以实现二氧化锆从多孔到致密的转变。致密二氧化锆的相对密度可达99%以上。在MC添加的情况下,可制备出超高气孔率的样品,其开口气孔率高达95.60%,所制备的多孔氧化锆陶瓷皆展现出良好的开孔和连通孔结构,且其多孔网状结构与骨小梁结构极为相似。
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