羟基磷灰石(ha)陶瓷生产实验..

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1、羟基磷灰石(HA)陶瓷生产实验1.实验目的1.1初步训练方案设计、实验、生产、检验等的能力;1.2培养查阅文献、市场调研、搜集和整理资料、设计、项目管理、科学实验、生产制造、分析问题和解决问题、发表见解的初步能力;1.3掌握羟基磷灰石的基本性质、功能和用途，以及几种制备羟基磷灰石的原理和方法；1.4实践利用湿化学法中的沉淀法制备羟基磷灰石粉体；1.5熟悉和掌握相关仪器设备的使用。2.实验原理羟基磷灰石[Hydroxyapatite，HA；分子式：Ca10(PO4)6(OH)2]的化学组成和结晶结构类似于人骨骼系统中的磷

2、灰石，优良的生物活性和生物相容性是其最大的优点，人体骨细胞可以在羟基磷灰石上直接形成化学结合，在普通合成的生物材料中添加少量纳米羟基磷灰石可显著改善材料对成骨细胞的粘附和增殖能力，促进新骨形成，因此适宜于做骨替代物。羟基磷灰石的钙磷摩尔比为1.67，与天然骨相近。目前生产羟基磷灰石的方法主要分为湿法合成和干法合成，其中湿法包括溶胶-凝胶法、沉淀法和水热法三种[3,4,5]。2.1溶胶-凝胶法17溶胶-凝胶法是近些年来才发展起来的新方法，已经引起了广泛的关注。找到合适的、能够合成最终的羟基磷灰石的溶胶一凝胶体系是其合成的

3、关键。其原理是：将醇盐溶解在选定的有机溶剂中，在其中加蒸馏水使醇盐发生水解、聚合反应后生成溶胶，再将Ca2+溶胶缓慢滴加到(PO4)3-溶胶中，加水变为凝胶，凝胶经老化、洗涤、真空状态下低温干燥，得到干凝胶，再将干凝胶高温煅烧．就得到羟基磷灰石的纳米粉体。该方法的优点为：合成及烧结温度低、可存分子水平上混合钙磷的前驱体，使溶胶具有高度的化学均匀性。缺点是化学过程比较复杂、醇盐原料价格昂贵、有机溶剂毒性大，对环境易造成污染等。2.2沉淀法沉淀法是制备羟基磷灰石粉体最典型的方法。这种方法通常采用把一定浓度的磷酸氢铵和硝酸钙

4、反应或者磷酸与氢氧化钙在一定的温度下搅拌反应生成羟基磷灰石沉淀，反应过程中使用氨水（NaOH溶液1mol/L）调节pH值，把沉淀物高温煅烧从而得到羟基磷灰石粉体。其典型工艺：Ca(NO3)2与磷酸盐[(NH4)3PO4、(NH4)2HPO4、NH4H2PO4]溶液进行反应，沉淀经过滤、干燥，制成粉末颗粒。2.3.水热法水热法其特点是在特制的密闭的反应器（高压釜）内，水溶液为反应介质。在高温高压环境中，不受沸点的限制，可以使介质的温度上升到200-400℃，使原来难溶或不溶的物质溶解并重新结品的方法。这种方法通常采用磷酸

5、氢钙等为原料的水溶液体系。在高压釜中制备HA粉体。其典型的工艺为：以CaCl2[或Ca(NO3)2]与NH4H2PO4为原料，以钛网、Ti6Al6V片或其他合金为阴极，以石墨为阳极。控制一定的pH值和沉淀时间，可得CaHPO4·2H217O，随后经水蒸气处理，即得到羟基磷灰石。化学反应如下：H2PO4-=HPO42-+H+HPO42-+Ca2++2H2O=CaHPO4·2H2O10CaHPO4·2H2O=Ca10(PO4)6(OH)2+4H3PO4+18H2O3.实验设计3.1资料查询3.1.1参考网站:①中国化工信息

6、网:www.cheminfo.gov.cn②中国知网羟基磷灰石陶瓷纤维制作工艺的研究http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTotal-CYYF200912003.htm③万方数据:硅灰石增韧多孔羟基磷灰石生物陶瓷的制备工艺及性能研究http://d.wanfangdata.com.cn/Thesis_Y852044.aspx④http://www.cqvip.com/Main/Detail.aspx?id=52990843.1.2参考文献①邱关明编.新型陶瓷.北京:兵器工业出版社,199

7、3②周松青,彩釉砖胚的裂纹和变形缺陷机理分析.陶瓷1990③周松青.杜海清.彩釉砖版面细小裂纹的随机性及数理统计.中国陶瓷19943.1.3参考标准国家陶瓷质量检测中心.彩色釉面砖外观质量.行业标准173.1.4参考信息目前为止我国生产羟基磷灰石陶瓷的方法有如下几种:1)水热法:水热工艺为无水磷酸氢钙与磷酸在高压锅中反应。温度为100-500,压力为1-500大气压,制备时间约48小时。2)固相反应法:将碳酸钙与磷酸盐混合均匀,在高温下发生固相反应,生成磷酸钙陶瓷。3)湿法式.利用钙离子与磷酸根离子在一定条件下,在水溶

8、液中反应合成羟基磷灰石陶瓷。在以上三个工艺中,因反应在高温高压下进行,合成设备相当贵,而且设备操作复杂,能量消耗大。而湿式法工艺相对来说较为简单易行。3.2市场调查17羟基磷灰石，又称羟磷灰石，是钙磷灰石（Ca5(PO4)3(OH)）的自然矿物化。但是经常被写成（Ca10(PO4)6(OH)2）的形式以突出它是由两部分组成的：羟基