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HAP/Ni_3A1复合生物材料的制备及性能研究

孙昌  
【摘要】:羟基磷灰石生物陶瓷是一种性能优异的人体硬组织修复材料,具有优良的生物 相容性,植入人体后能逐步与人体骨结合成为一体。但由于其力学性能较差,还不 能成为理想的承重修复材料,因此有必要进一步深入研究以发挥其生物学性能的优 势。本文制备了HAP/Ni3Al复合生物材料,并对该材料的原料粉末的制备及特性与 复合材料的烧结工艺、力学性能、微观结构进行了比较深入的实验研究和理论探讨, 为下一步的研究打下实验和理论基础。 首先,本文采用沉淀法制备纳米级HAP粉末,以Ca(NO3) 2·4H2O和(NH4) 2HPO4 为原料,以NH3·H2O作体系pH调节剂,制备了粒径在100纳米以下,平均粒径在 60-70纳米,晶粒多为棒状的HAP粉体,并进一步对合成的材料进行TEM、IR、XRD 分析和光学显微分析,对反应机理进行了初步探讨并对粉体的性能进行了简单的评 价。用镍粉和铝粉经机械合金化结合热处理工艺制备Ni3Al粉体,应用此粉体作为 羟基磷灰石基生物材料的增强相,并研究了Ni3Al粉体的性能。 其次,本文以Ni3Al粒子作为第二相增强HAP,采用烧结法制备了复合生物材 料,并对制备的材料进行了力学性能测试,利用大白鼠肌肉埋植实验和抑菌实验考 察了复合生物材料的生物学性能,通过XRD、AFM、光学显微镜等测试手段揭示了复 合陶瓷材料的矿物组成及微观结构。并据此实验结果分析其增强机理,初步探索出 一套制备承重骨用HAP基复合生物材料的工艺。研究结果表明:Ni3Al的加入没有 改变羟基磷灰石的晶体结构,羟基磷灰石材料的生物活性没有降低。力学性能结果 表明,加入Ni3Al后,材料的力学性能明显提高,同时对Ni3Al增强HAP复合生物材 料的增强机制进行了探讨,认为Ni3Al对HA材料的增韧机制主要是金属间化合物 颗粒诱导裂纹偏转增韧和微裂纹增韧。证实HAP/Ni3AL复合生物材料具有良好的力 学性能、化学稳定性、生物相容性,是一种很有应用前景的复合型生物材料。 最后,本文还采用凝胶注模法成型工艺制备了金属间化合物/羟基磷灰石医用 生物复合材料坯体,初步探讨了复合材料凝胶注模法制备人工骨的可行性,为下一 步实验打下有益的理论与实践基础。


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