仿骨相磷酸三钙多孔生物陶瓷制备及降解(2)

由上述试验分析可看出，粉体颗粒中位径为11.17μm，远远小于45μm，颗粒直径到达22.99 μm 时的累积含量就达到了75%。粉体粒径在0.10～31.75μm 区间时，随着粉体粒径的增加，区间含量大体上逐渐增加，粉体粒径在31.75～72.79μm区间，随着粉体粒径的增大区间含量大幅降低。粉体粒径在0.10～1.05μm 区间的β－TCP粉体占总量的3.54%，粉体粒径在1.05～10.50μm 区间的β－TCP粉体占总量的44.63%，接近整个含量的一半，粒径在10.50～26.41μm区间的β－TCP粉体占总量的32.18%，所占比例接近三分之一，粒径在26.41～72.79μm 之间的β－TCP粉体占总量的19.65%，且在26.41～72.79μm 区间之内，随着粒径增大，所占比例减少。同时，从表1 中可以看出在12.63～45.91 μm 区间内每段的粉体含量都在3%以上，所占比例最大。制得的粉体粒径能够较好地满足制备生物医用陶瓷对粉体颗粒粒度的要求。

表1 β－TCP粉体的激光粒度分析Table 1 β－TCP powder laser particle size analysis粒径／μm 区间／% 累积／% 粒径／μm 区间／% 累积／% 粒径／μm 区间／% 累积／%0.10～0.13 0.02 0.02 2.89～3.16 1.81 18.44 20.02～21.96 3.48 73.28 0.13～0.18 0.06 0.08 3.16～3.47 1.89 20.33 21.96～24.08 3.53 76.81 0.18～0.24 0.1 0.18 3.47～3.81 1.96 22.29 24.08～26.41 3.54 80.35 0.24～0.32 0.16 0.34 3.81～4.17 2.04 24.33 26.41～28.96 3.48 83.83 0.32～0.47 0.23 0.57 4.17～4.58 2.08 26.41 28.96～31.75 3.31 87.14 0.47～0.55 0.34 0.91 4.58～5.02 2.15 28.56 31.75～34.82 3.06 90.2 0.55～0.64 0.47 1.38 5.02～5.51 2.23 30.79 34.82～38.18 2.74 92.94 0.64～0.75 0.61 1.99 5.51～6.04 2.31 33.1 38.18～41.87 2.35 95.29 0.75～0.89 0.72 2.71 6.04～6.62 2.4 35.5 41.87～45.91 1.88 97.17 0.89～1.05 0.83 3.54 6.62～7.26 2.44 37.94 45.91～50.34 1.33 98.5 1.05～1.14 0.86 4.4 7.26～7.96 2.48 40.42 50.34～55.21 0.8 99.3 1.14～1.26 0.84 5.24 7.96～8.73 2.52 42.94 55.21～60.54 0.42 99.72 1.26～1.38 0.85 6.09 8.73～9.58 2.57 45.51 60.54～66.38 0.2 99.92 1.38～1.51 0.92 7.01 9.58～10.50 2.66 48.17 66.38～72.79 0.08 100 1.51～1.66 1 8.01 10.50～11.52 2.76 50.93 72.79～79.82 0 100 1.66～1.82 1.13 9.14 11.52～12.63 2.87 53.8 79.82～87.53 0 100 1.82～1.99 1.28 10.42 12.63～13.85 2.98 56.78 87.53～95.98 0 100 1.99～2.19 1.38 11.8 13.85～15.19 3.11 59.89 95.98～105.25 0 100 2.19～2.40 1.51 13.31 15.19～16.65 3.21 63.1 105.25～115.42 0 100 2.40～2.63 1.61 14.92 16.65～18.26 3.31 66.41 115.42～126.56 0 100 2.63～2.89 1.71 16.63 18.26～20.02 3.39 69.8 126.56～138.78 0 100

表2 β－TCP粉体的颗粒粒径物理参数Table 2 Physical parameters of particle sizeβ－TCP powder中位径：11.17μm 体积平均径：15.11μm 面积平均径：4.55μm 遮光率：20.67比表面积：0.48m2／g 物质折射率：1.520＋0.100i 介质折射率：1.333 跨度：2.92 D3：0.94μm D6：1.36μm D10：1.93μm D16：2.79μm D25：4.3μm D75：22.99μm D84：29.1μm D90：34.61μm D97：45.54μm D98：48.67μm

图2 β－TCP粉体的颗粒粒径分布曲线Fig.2 β－TCP powder particle size distribution curve

2 仿骨β－TCP多孔生物陶瓷制备

2.1 生物陶瓷成型制备

制备仿骨β－TCP 多孔生物陶瓷的方法有很多，包括添加致孔剂法、有机泡沫浸渍法、发泡法等，每种方法都有各自的优缺点［5，6］，经综合考虑，本试验采用添加致孔剂［7］的方法制备多孔仿骨β－TCP生物陶瓷。陶瓷制备的具体工艺流程如图3所示

图3 制备仿骨β－TCP生物陶瓷工艺流程Fig.3 Preparation of imitation boneβ－TCP biological ceramic process flow diagram

本试验以前期自制的纯净β－TCP 粉体为基体，其中致孔剂和高温粘接剂的选择要保证成分无毒，对人体无害，且经高温烧结后也无有害杂质残留。综合考虑各种材料性质后选用硬脂酸（分析纯）作为致孔剂，硬脂酸为有机物、无毒性，在加热到360℃时完全分解，留下孔隙结构；选用在高温条件下具有较好黏和作用的聚乙烯醇（PVA）作为粘结剂。制备的多孔陶瓷试样，其中选取β－TCP粉体、硬脂酸和聚乙烯醇的质量分数分别为60%，30%，10%。将β－TCP 粉体颗粒在研钵中研磨得到粒度均匀的粉体，硬脂酸颗粒研磨后过40目标准筛得到颗粒均匀的致孔剂。通过一定的混合方法将粉体混合均匀后装填入圆柱形模具中，依据硬脂酸和聚乙烯醇的理化性质在热压机上选取40 ℃的热压温度和适当的成型压力最终得到圆柱状陶瓷胚体，在马弗炉中以1000℃高温烧结，得到仿骨β－TCP多孔生物陶瓷。

2.2 烧结

根据硬脂酸以及聚乙烯醇（PVA）的理化特性对烧结温度进行设定，前期加热速度不宜过快，在聚乙烯醇的熔融点（200 ℃）附近应保温一定时间，保证高温粘结剂PVA 熔化与粉体充分接触粘结；硬脂酸分解的温度在380 ℃应保温避免致孔剂分解挥发过快导致陶瓷胚体塌陷。设定的具体情况为，室温200 ℃，加热60 min，保温30 min；200～250 ℃，加热25min，保温30min；250～380 ℃，加热65 min，保温30 min；380～1000℃，升温时间207min，保温5h，随炉冷却。温度随时间变化情况如图4所示。

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