磁性可切削生物活性微晶玻璃的研究

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1、摘要恒定的磁场和电场能够刺激骨质形成，加快愈合骨坏损处。本研究根据磁场能够促进骨细胞生长这一生物学特点，设计并研制了一种磁性可切削生物活性微晶玻璃(MMBGC)，它既有生物相容性和生物活性，又具有较高的机械强度和良好的韧性和可切削性。本论文以K20一MgO．CaO．Si02一P205一Fe203．F系统微晶玻璃作为研究对象，通过调整添加剂的含量，研究其对磁性可切削生物活性微晶玻璃的显微结构和性能的影响。利用DTA曲线制定晶化温度制度。用XRD、SEM、EDS、ASTM和磁天平等方法对材料的相组成、显微结构和性能进行

2、测试。结果表明，ZnO、Fe203和Zr02添加剂的含量与物理性能呈非线性关系。本系统中，ZnO含量为4(Ⅲ)％、Fe203为6(wt)％、Zr02为4(Ⅲ)％时，微晶玻璃的综合性能最好，其抗弯强度190．26MPa、断裂韧性为3．35MPa·m忱、显微硬度为411HV、饱和磁化强度为3．818Am2／Kg及居里温度为124℃。适量的ZnO和Fe203能够促进晶体生长，有助于样品中形成框架状结构，使之具有长径比大、相互交织的显微结构，有利于其强度和韧性的提高。通过t—Zr02的相变增韧，能够显著增加玻璃的韧性，并且

3、和F离子一起促成棒状云母晶体的形成。三种添加剂都可以作为晶核剂。两种或两种以上的多种晶核剂同时添加具有复合效应，与添加一种晶核剂相比，复合添加剂具有更细的晶粒尺寸和更高的机械性能。本论文还分析了温度制度对相组成和显微结构的影响，以及相组成和显微结构对性能的影响。研究表明，延长保温时间和提高晶化温度对晶化有同样的功效；晶粒尺寸越大的微晶玻璃抗弯强度越高，断裂韧性越好：片状云母晶体的含量越高可切削性越好；微晶玻璃中存在多种增韧作用：t-Zr02相变增韧、断裂纹偏转增韧和弥散增韧等。利用SEM、EDS、EPMA及拉曼光谱

4、等方法对浸泡在模拟体液(SBF)eO的MMBGC和植入兔子体内的MMBGC和生物玻璃(／3G)进行了分析。结果显示，MMBGC具有良好的生物相容性和生物活性。作者认为这是一种很有发展潜力的新型人工材料。关键词：微晶玻璃，可切削性，生物活性，磁性AbstractTheconstantmagneticfieldandelectricfieldcanstimulatetheformationofbonesandquickenthehealingofthewoundedbones．Accordingtothebiologi

5、calfeaturethatmagneticfieldcanstimulatethegrowingofboneceils，akindofmagneticmachinablebioactiveglass—ceramichasbeenstudied，whichnotonlywithbiocompatibilityandbioactivitybutwithrelativehi曲s廿ength、toughnessandmachinability．Glass—ceramicintheK20-MgO—CaO-，Si02—·P2

6、05-Fe203-Fsystemwerestudiedinthisthesis．Throughchangingthecontentoftheadditivestheeffectofadditivesonthemicrostructureandpropertiesofmagneticmachinablebioactiveglass-ceramicandtheeffectofmechanismwereprobed．Thenuclea廿onandcrystallizationweredeterminedbyDTAcurv

7、e．Thecrystallinephase、mierostructureandphysicalpropertieshavebeeninvestigatedbyXRD，SEM，EDSandASTMCeramictestingsystemeta1．TheresultsshowthattherelationbetweenthecontentofZnO，Fe20sandZr02andphysicalpropertiesisnon—linear．WhenthecontentofZnOis4wt％，thatofFe20sis6

8、wt％andthatofZr02is4wt％，syntheticpropertiesisthebestinthissystem．Flexuralstrengthis190．26MPa，fracturetoughnessis3．35MPa·mm，microhardnessis411HV，saturationmagnetizationis3．818Am2／Kga