《生物与抗菌陶瓷》PPT课件

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1、先进陶瓷工艺学（功能陶瓷）授课老师：吴坚强17生物陶瓷17.1概述1、定义：生物陶瓷是指用作特定的生物或生理功能的一类陶瓷材料。广义讲凡属生物工程的陶瓷材料统称为生物陶瓷。2、具备功能代替人体内有病的或损伤的部分；作为人体先天性缺损部分的代用品；有助于人体内组织的恢复。如：人工骨或人造关节；人工脏器；人造牙根和假牙等3、性能（满足生物学、力学和手术条件）生物学①对人体无害(无毒性、无组织刺激、无致癌作用、无血栓形成等)；②与人体生物相容性好(生物组织亲和性好)；③与周围的骨及其他组织结合性强；力学④抗张、抗折、抗压及剪切强度比自然骨高，而且在体液中强度不发生明显降

2、低(抗腐蚀)；⑤耐磨损；⑥硬度和弹性模量与自然骨接近；手术等⑦成形、加工容易，便于临床操作。表17.1所列为岂今为止已研究过的用于人体或与人体关联的生物陶瓷材料。生物陶瓷的种类及临床应用范围见表17.2。续4、人体硬组织代用材料生物惰性陶瓷：指化学性能稳定，生物相容好的陶瓷材料。生物活性陶瓷：指在生物环境中材料通过细胞活性部分或全部被溶解或吸收，并与骨置换而形成牢固结合的生物陶瓷材料。17.2生物惰性陶瓷陶瓷作为用于人体内的生物材料受到广泛关注己有近三十年的历史。生物陶瓷这种具有一系列优良性能、对人体无害的新材料。通过不断地应用于医学领域，促进了医学科学的发展，显示出其

3、无限广阔的应用前景。我国七十年代初期开始研究生物陶瓷，并用于临床。1974年开展微晶玻璃用于人工关节的研究；1977年氧化铝陶瓷在临床上获得应用；1979年高纯氧化铝单晶用于临床，以后又有新型生物陶瓷材料不断出现，并应用于临床。17.2.1氧化铝陶瓷17.2.1氧化铝陶瓷生产工艺17.2.1氧化铝陶瓷生产工艺要点1.原料的选择及添加剂对原料的要求比严格，纯度要高。一般要选用99.9%以上的高纯Al2O3原料，它是利用硫酸铝铵在900～1000℃分解来制得。这种方法制备的Al2O3纯度高、细度约lµm以下，颗粒分布窄，成形后素坯密度高，烧结过程中气孔易于排除。在氧化铝生物陶瓷的制

4、备过程中，为了促进致密化，降低烧结温度，还需要加入适量的添加剂。(1)在氧化铝瓷中生成液相、降低烧成温度，或生成化合物抑制晶粒长大，防止二次再结晶，从而促进烧结的添加剂。如MgO、CaO、BaO等。(2)与Al2O3生成固溶体，活化晶格，促进烧结传质过程的添加剂。例如，Al2O3中加入TiO2，Ti4+离子半径与Al3+的离子半径差值小，离子之间可部分置换。2.预烧分解制备的Al2O3主要为γ-Al2O3晶型，这种晶型的氧化铝很容易形成疏松多孔的聚集体，很难烧结致密。故必须将γ-Al2O3加适量的硼酸等进行预烧，使之转化成α-Al2O3一般在1300℃左右预烧。预烧可提高Al

5、2O3原料稳定性，减少烧成收缩，从而可避免产品因收缩过大而导致的开裂、变形。17.2.1.3高纯氧化铝生物陶瓷的性能3.烧成烧成温度、保温时间、烧成气氛等都对氧化铝生物陶瓷的显微结构和性能产生较大的影响，必须合理控制。工艺条件对氧化铝(刚玉)生物陶瓷显微结构和性能有较大影响。要求氧化铝生物陶瓷强度要高，硬度要大，耐腐蚀、耐磨性好、热膨胀系数要小，材质要轻。1.强度微观结构决定（细、密、匀、纯）细------晶粒小，бf′高。密------气孔率大，бf′低。匀------分布均匀。纯------杂质少。2.硬度组成：离子的半径越大、电价越高、配位数越大的。结合能就大，硬度

6、也就大。结构：显微结构、裂纹、杂质表示方法：莫氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度等。3.耐腐蚀4.弹性模量17.3生物活性陶瓷（5）热膨胀系数（6）亲水性：Al203表面有优良的亲水性。因此，用氧化铝陶瓷制造的人工关节摩擦系数比较低，与生物体具有优良的亲和性。（7）X射线不透性：多晶氧化铝陶瓷具有X射线不透过性能。它们给手术后观察病区带来了很大的方便，同样，为使用CT技术检测也带来了很大方便。17.2.1.4氧化铝生物陶瓷在临床上的应用（1）人工关节由于氧化铝陶瓷具有优良的特性，己使其广泛应用于各种关节的置换，取代已失去功能的关节，达到恢复其各种功能的作用。具体应用有以下几种:①人工

7、髋关节；②人工膝关节；③人工指关节（2）人工骨（3）人工耳小骨生物活性陶瓷是指一类能在材料界面上诱发特殊生物反应，从而在材料和组织间形成化学键性结合的生物陶瓷。主要包括三类：一类如羟基磷灰石生物活性陶瓷，其表面本身就由羟基磷灰石构成；另一类如生物活性玻璃，其表面虽不是羟基磷灰石，但可通过在生理环境中发生化学反应而在表面形成羟基磷灰石履盖层。第三类生物活性陶瓷也称生物降解陶瓷(又叫生物吸收性陶瓷)，如磷酸三钙等，由手可在体内被逐步降解吸收并随之为新生组织所替代，故也作为