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碳纳米管/氧化铝生物陶瓷及其制备方法专利

专利号:201510635236.7

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25000.00
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专利名称:碳纳米管/氧化铝生物陶瓷及其制备方法

技术领域:水泥/混凝土/陶瓷等

IPC主分类号:C04B35/10

申请号:CN201510635236.7

公开日:2018-10-30

说明书

一种碳纳米管/氧化铝生物陶瓷及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明属于生物材料领域,特别涉及一种碳纳米管/氧化铝生物陶瓷及该生物陶瓷的制备方法。

背景技术

[0002] 生物陶瓷材料作为生物医学材料始于18世纪初,发展至今,已经有多种生物陶瓷材料可应用到生物医学领域。
[0003] 中国陶瓷具有悠久的历史,但在生物陶瓷领域,我国于20世纪70年代初期开始进行研究,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。目前生物陶瓷的应用范围也正在逐步扩大,现可应用于人工骨、人工关节、人工齿根、骨充填材料、骨置换材料、骨结合材料、还可应用于人造心脏瓣膜、人工肌腱、人工血管、人工气管,经皮引线可应用于体内医学监测等。
[0004] 生物陶瓷材料可分为生物惰性陶瓷,例如Al2O3,ZrO2等,和生物活性陶瓷,例如致密羟基磷灰石和生物活性玻璃等,其中,生物惰性陶瓷主要是指化学性能稳定、生物相溶性好的陶瓷材料。如氧化铝、氧化锆以及医用碳素材料等。这类陶瓷材料的结构都比较稳定,分子中的键合力较强,而且都具有较高的强度、耐磨性及化学稳定性。
[0005] 其中氧化铝陶瓷具有相当高的压缩强度,耐磨性能好,耐热性好,可以直接与骨固定。已被用作人工骨、牙根、关节、螺栓。从60年代后期,已广泛用作硬组织修复。由于氧化铝陶瓷植入人体后表面生成极薄的纤维膜,界面无化学反应,多用于全臀复位修复术及股骨和髋骨部连接。不同于氧化锆生物陶瓷之处在于,氧化铝生物陶瓷表面较为粗糙,抗弯强度较差,断裂韧性也不理想,虽然应用较为广泛,但是由于抗弯性能和断裂韧性的不足,导致其使用越来越多的受到限制。

发明内容

[0006] 本发明解决的技术问题:针对上述不足,克服现有技术的缺陷,本发明的目的是提供一种碳纳米管/氧化铝生物陶瓷及其制备方法。
[0007] 本发明的技术方案:一种碳纳米管/氧化铝生物陶瓷,由以下质量份数的各个组分制备而成:
[0008] 纳米氧化铝55.0-75.0份、碳纳米管5.0-10.0份、300目锆石粉3.5-5.5份、纳米氧化锡1.5-3.0份、磷酸镁2.0-4.5份、氧化钇1.0-2.5份、硫酸钡2.0-5.0份和五氧化二钽1.1-1.9份。
[0009] 作为优选,所述生物陶瓷由以下质量份数的各个组分制备而成:纳米氧化铝65.0-72.0份、碳纳米管6.0-8.0份、300目锆石粉4.2-4.8份、纳米氧化锡1.8-2.5份、磷酸镁2.8-
3.8份、氧化钇1.5-2.2份、硫酸钡3.5-4.6份和五氧化二钽1.3-1.7份。
[0010] 更优地,所述生物陶瓷由以下质量份数的各个组分制备而成:纳米氧化铝71.0份、碳纳米管7.2份、300目锆石粉4.5份、纳米氧化锡2.2份、磷酸镁3.1份、氧化钇1.8份、硫酸钡4.3份和五氧化二钽1.6份。
[0011] 一种碳纳米管/氧化铝生物陶瓷的制备方法,制备步骤如下:
[0012] (1)备料:准确称取各个组分;
[0013] (2)制备预混料:将各个组分混合在一起,放入研磨机中进行研磨,得到预混料;
[0014] (3)真空煅烧:将步骤(2)制备的预混料放入模具中,放入真空煅烧炉中进行真空煅烧,温度为850℃-1100℃,时间3-7h;
[0015] (4)逐步冷却:煅烧之后,控制真空煅烧炉温度下降速度,以120℃/h的速度降温;
[0016] (5)待冷却至室温取出,即得到块状碳纳米管/氧化铝生物陶瓷。
[0017] 作为优选,步骤(3)中高温煅烧的温度为980℃。
[0018] 作为优选,步骤(4)逐步冷却阶段,在煅烧之后1h降温至600℃,然后以100℃/h的速度降温至室温。
[0019] 有益效果:本发明提供的碳纳米管/氧化铝生物陶瓷,是以氧化铝生物陶瓷为基础,氧化铝生物陶瓷具有相当高的压缩强度,耐磨性能好,耐热性好,可以直接与骨固定,而且由于氧化铝陶瓷植入人体后表面生成极薄的纤维膜,界面无化学反应,具有较好的生物相容性,因此,为克服其抗弯强度和断裂韧性方面的不足,使其具有更为广泛的应用,本发明在组分中加入碳纳米管、五氧化二钽、锆石粉等组分,尤其是碳纳米管,可显著提高生物陶瓷的机械强度,而且还具有较好的生物相容性。
[0020] 因此,本发明提供的碳纳米管/氧化铝生物陶瓷,即保持了氧化铝生物陶瓷较好的抗压强度、耐磨性和优良的生物相容性,同时进一步提高了其抗弯强度和断裂韧性,使其得到更为广泛的应用。

具体实施方式

[0021] 为了进一步理解本发明,下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述,但是应当理解, 这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点,而不是对本发明权利要求的限制。
[0022] 实施例 1:
[0023] 一种碳纳米管/氧化铝生物陶瓷,由以下质量份数的各个组分制备而成:
[0024] 纳米氧化铝55.0份、碳纳米管5.0份、300目锆石粉3.5份、纳米氧化锡1.5份、磷酸镁2.0份、氧化钇1.0份、硫酸钡2.0份和五氧化二钽1.1份。
[0025] 一种碳纳米管/氧化铝生物陶瓷的制备方法,制备步骤如下:
[0026] (1)备料:准确称取各个组分;
[0027] (2)制备预混料:将各个组分混合在一起,放入研磨机中进行研磨,得到预混料;
[0028] (3)真空煅烧:将步骤(2)制备的预混料放入模具中,放入真空煅烧炉中进行真空煅烧,温度为980℃,时间6h;
[0029] (4)逐步冷却:煅烧之后,1h降温至600℃,然后以100℃/h的速度降温至室温;
[0030] (5)待冷却至室温取出,即得到块状碳纳米管/氧化铝生物陶瓷。
[0031] 对得到的块状碳纳米管/氧化铝生物陶瓷进行性能检测:密度4.67 g·cm-3,抗压强度4330 MPa;抗弯强度867 MPa;韧性15 MPa·m1/2;弹性模量276 GPa。
[0032] 实施例 2:
[0033] 一种碳纳米管/氧化铝生物陶瓷,由以下质量份数的各个组分制备而成:
[0034] 纳米氧化铝75.0份、碳纳米管10.0份、300目锆石粉5.5份、纳米氧化锡3.0份、磷酸镁4.5份、氧化钇2.5份、硫酸钡5.0份和五氧化二钽1.9份。
[0035] 一种碳纳米管/氧化铝生物陶瓷的制备方法,制备步骤如下:
[0036] (1)备料:准确称取各个组分;
[0037] (2)制备预混料:将各个组分混合在一起,放入研磨机中进行研磨,得到预混料;
[0038] (3)真空煅烧:将步骤(2)制备的预混料放入模具中,放入真空煅烧炉中进行真空煅烧,温度为980℃,时间6h;
[0039] (4)逐步冷却:煅烧之后,1h降温至600℃,然后以100℃/h的速度降温至室温;
[0040] (5)待冷却至室温取出,即得到块状碳纳米管/氧化铝生物陶瓷。
[0041] 对得到的块状碳纳米管/氧化铝生物陶瓷进行性能检测:密度4.86 g·cm-3,抗压强度4410 MPa;抗弯强度871MPa;韧性15 MPa·m1/2;弹性模量288GPa。
[0042] 实施例 3:
[0043] 一种碳纳米管/氧化铝生物陶瓷,由以下质量份数的各个组分制备而成:
[0044] 纳米氧化铝65.0份、碳纳米管6.0份、300目锆石粉4.2份、纳米氧化锡1.8份、磷酸镁2.8份、氧化钇1.5份、硫酸钡3.5份和五氧化二钽1.3份。
[0045] 一种碳纳米管/氧化铝生物陶瓷的制备方法,制备步骤如下:
[0046] (1)备料:准确称取各个组分;
[0047] (2)制备预混料:将各个组分混合在一起,放入研磨机中进行研磨,得到预混料;
[0048] (3)真空煅烧:将步骤(2)制备的预混料放入模具中,放入真空煅烧炉中进行真空煅烧,温度为980℃,时间6h;
[0049] (4)逐步冷却:煅烧之后,1h降温至600℃,然后以100℃/h的速度降温至室温;
[0050] (5)待冷却至室温取出,即得到块状碳纳米管/氧化铝生物陶瓷。
[0051] 对得到的块状碳纳米管/氧化铝生物陶瓷进行性能检测:密度4.72 g·cm-3,抗压强度4350 MPa;抗弯强度868 MPa;韧性15 MPa·m1/2;弹性模量282 GPa。
[0052] 实施例4:
[0053] 一种碳纳米管/氧化铝生物陶瓷,由以下质量份数的各个组分制备而成:
[0054] 纳米氧化铝72.0份、碳纳米管8.0份、300目锆石粉4.8份、纳米氧化锡2.5份、磷酸镁3.8份、氧化钇2.2份、硫酸钡4.6份和五氧化二钽1.7份。
[0055] 一种碳纳米管/氧化铝生物陶瓷的制备方法,制备步骤如下:
[0056] (1)备料:准确称取各个组分;
[0057] (2)制备预混料:将各个组分混合在一起,放入研磨机中进行研磨,得到预混料;
[0058] (3)真空煅烧:将步骤(2)制备的预混料放入模具中,放入真空煅烧炉中进行真空煅烧,温度为980℃,时间6h;
[0059] (4)逐步冷却:煅烧之后,1h降温至600℃,然后以100℃/h的速度降温至室温;
[0060] (5)待冷却至室温取出,即得到块状碳纳米管/氧化铝生物陶瓷。
[0061] 对得到的块状碳纳米管/氧化铝生物陶瓷进行性能检测:密度4.79 g·cm-3,抗压强度4390 MPa;抗弯强度870 MPa;韧性15 MPa·m1/2;弹性模量286 GPa。
[0062] 实施例5:
[0063] 一种碳纳米管/氧化铝生物陶瓷,由以下质量份数的各个组分制备而成:
[0064] 纳米氧化铝71.0份、碳纳米管7.2份、300目锆石粉4.5份、纳米氧化锡2.2份、磷酸镁3.1份、氧化钇1.8份、硫酸钡4.3份和五氧化二钽1.6份。
[0065] 一种碳纳米管/氧化铝生物陶瓷的制备方法,制备步骤如下:
[0066] (1)备料:准确称取各个组分;
[0067] (2)制备预混料:将各个组分混合在一起,放入研磨机中进行研磨,得到预混料;
[0068] (3)真空煅烧:将步骤(2)制备的预混料放入模具中,放入真空煅烧炉中进行真空煅烧,温度为980℃,时间6h;
[0069] (4)逐步冷却:煅烧之后,1h降温至600℃,然后以100℃/h的速度降温至室温;
[0070] (5)待冷却至室温取出,即得到块状碳纳米管/氧化铝生物陶瓷。
[0071] 对得到的块状碳纳米管/氧化铝生物陶瓷进行性能检测:密度4.78 g·cm-3,抗压强度4380 MPa;抗弯强度878 MPa;韧性16 MPa·m1/2;弹性模量286 GPa。
[0072] 对所公开的实施例的上述说明,使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的,本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下,在其它实施例中实现。因此,本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例,而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

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1:专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

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