云母磷灰石生物活性玻璃陶瓷材料的制备及性能研究

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1、中南大学硕士学位论文摘要Na20--MgO--A1203--Si02一F系氟金云母玻璃陶瓷由于其具有良好的切削加工性能已被用作牙科替代材料。随着CAD／CAM技术在玻璃陶瓷加工中的应用，氟金云母玻璃陶瓷将会有更为广阔的应用前景。但单纯的氟金云母玻璃陶瓷不具备生物活性，不能与人体骨组织形成骨键合，属于生物惰性材料。本文通过向氟金云母玻璃中添加不同含量的CaO和P205成分，经过适当的热处理工艺，制备出云母相、氟磷灰石相和玻璃相三相共存的玻璃陶瓷材料。该材料同时具备优良的可切削性和生物活性，能与人体骨组织形成牢固的骨键合，是一种理想的生物骨组织

2、替代材料。通过X射线衍射分析、SEM显微分析、DTA热分析以及力学性能测试等分析手段分析了材料的性能和显微结构。并通过模拟体液浸泡实验和动物植入实验测试了不同成分玻璃陶瓷的生物活性。获得以下主要结论：1)向氟金云母玻璃原料中添加了CaO和P205成分后，玻璃发生了强烈的分相，材料内部形成了片状云母和长径比为10-20的针状氟磷灰石晶体，赋予了材料良好的可切削性和生物活性。针状氟磷灰石晶体能有效延长裂纹扩展路径，提高材料的断裂功。材料的弹性模量和抗弯强度随着CaO和P205含量的增加先降低后升高；断裂韧性随CaO和P205含量的升高而增加。材

3、料的析晶能力也随着CaO和P205含量的增高而增大。2)3)该玻璃陶瓷在植入动物体内骨组织后，表面依次形成了富Si层和富Ca、P层结构。随着时问的延长，富Ca、P层逐渐转变为晶态碳酸羟基磷灰石(HCA)，与周围骨产生骨键合。随着玻璃陶瓷内部氟磷灰石相的增加，植入材料引导骨生成能力增强。材料与骨结合界面处有有机物沉积，这种有机物与无机物相复合的结构使得材料与骨结合界面处的强度要比材料和骨组织都高。所制得的云母，磷灰石玻璃陶瓷材料具有优良的力学性能，材料的弹性模量范围为3．7~13．8GPa，与人体致密骨和牙本质的较中南大学硕七学位论文摘要为匹

4、配。其中，F5A5具有最好的力学性能，抗弯强度达到84MPa，符合人体致密骨抗弯强度要求；弹性模量为13．8GPa，与人体致密骨和牙本质的弹性模量较为匹配；断裂韧性约为临床用VITA材料的3倍，达到3．25MPa·mm。4)制备出的云母／磷灰石玻璃陶瓷材料具有优良的力学性能和优异的生物活性，是一种良好的生物骨组织替代材料。关键词玻璃陶瓷，云母，氟磷灰石，生物活性中南大学硕士学位论文ABSntACTABSTRACTMica-basedglass—·ceramicinthesystemofNa20-MgO-A1203—-Si02—-Fhasbe

5、enusedasdentalmaterialduetoitsgoodmachinability．AstheapplicationofCAD／C：AMtechniqueinmachiningglass-ceramicbecomeavailabletoday,mica-basedglass．ceramicswouldbewidelyusedasbiomaterial．Butpurefluorophlogopite，whichWasdefinedasbioinertmaterial，couldnotformdirectbondwithhumanb

6、ones．嘶SPapel"aimedatmanufactureofmica／apatiteglass．ceramicsbiomaterialbyaddingCaOandP205contenttothecomposition．11lematerialwouldhavebothgoodmachinabilityandbioactivity,whichcallformdirect,bondwithhamanbonesandbecomeallexcellenttypeofbiomaterials．Mechanicalpropertiesandmic

7、rostructureofglassceramicswereinvestigatedbymeansofX—raydiffraction(XRD)、scanningelectronmicroscopy(SEM)、differentialthermalanalysis(DTA)andmechanicaltesting．1kbioactivityWastestedthroughimmersioninsimulatedbodyfluid(SBF)andimplantationintoanimals．n圮resultsarelistedasfollo

8、ws：1)Theglasshass仃ongphaseseparationaftertheadditionofCaOandP205content．Plate-likemicacry