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《山东大学》 2005年
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CF/CNTs增强磷酸钙骨水泥复合材料及其生物相容性评价

赵萍  
【摘要】:磷酸钙骨水泥(CPC)是一种新型的自固型生物活性骨水泥,具有良好的生物相容性、骨传导性、可降解性、可塑性,而且反应产生的热量少,是理想的骨替换及修复材料。但是在多年的研究与应用过程中,该类材料强度低、力学性能差的问题一直未能得到解决,力学性能仅介于松质骨与皮质骨之间,脆性大且承受载荷的能力差,限制了它的广泛应用,只能用于某些非承重骨及硬组织修复等。为了解决这一难题,人们从不同的角度入手进行了研究,其中包括:在固体粉料方面,采用不同的磷酸钙相互搭配、向粉料中加入外加剂等;在调和液方面,选用柠檬酸(钠)、苹果酸、磷酸钠盐等有机及无机调和液;另外,借鉴传统的增强方法,与晶须、有机高分子材料、短纤维等形成复合材料等。这些方法对磷酸钙生物骨水泥的力学性能都起到了不同程度的改善,其中以第三种增强方式获得的效果较好,力学强度得到一定程度的提高,但是整体效果仍不理想。 寻求一种新的复合思路及有效的增强物质,从而进一步提高磷酸钙骨水泥的力学性能,无疑对拓宽其应用领域,增强其与非生物骨水泥的竞争力具有重要的意义。 利用碳纤维强度高、韧性好等优异的力学性能以及良好的生物相容性,从仿生学的角度出发,仿照人体皮质骨的结构,即羟基磷灰石(HA)在纵向排列的胶原纤维束上结晶,以碳长纤维(CF)模拟胶原纤维束,得到纤维增强磷酸钙骨水泥复合材料,以期提高其力学性能。另外,近年发现的碳纳米管(CNTs)由于具备尺度小、强度高、弹性模量大、比表面积大、力学性能优异等特点,被认为是理想的纳米晶须增强增韧材料,甚至可能是纤维类强化相的终极形式,因此,将其作为一种新的增强相应用于骨水泥中,可望获得的复合材料在力学性能上同样得到提高。最后,在两种增强相单独发挥作用的基础上,将二者同时加入骨水泥,制备CF/CNTs协同增强的磷酸钙骨水泥复合材料,以达到力学性能进一步提高的目的。依据这一思路,设计制备了新型CF/CPC、CNTs/CPC、CF/CNTs/CPC复合材料,并对复合材料的制备工艺、微观结构、力学性能及增强作用进行了研究。本论文主要研究内容如下: 首先,对不同的骨水泥材料进行了制备及对比,包括普通α-磷酸三钙型、
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