一种硅掺杂钙磷陶瓷的表面处理方法
【专利摘要】本发明公开了一种硅掺杂钙磷陶瓷的表面处理方法，对硅掺杂钙磷陶瓷进行表面水热处理：将硅掺杂钙磷陶瓷置于灭菌锅中，在100～180℃下处理0.5～2h，用去离子水冲洗，烘干后得到表面生长有羟基磷灰石晶须的硅掺杂钙磷陶瓷。本发明方法的工艺简单，能够得到尺寸可控，且直径在微米到纳米级别的羟基磷灰石晶须。
【专利说明】一种硅掺杂钙磷陶瓷的表面处理方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及钙磷陶瓷的制备，特别涉及一种硅掺杂钙磷陶瓷的表面处理方法。
【背景技术】
[0002]钙磷陶瓷具有良好的生物相容性和骨诱导、骨传导性被广泛的应用于替代材料。自然骨中的主要无机组分并非化学计量的羟基磷灰石(HA)，而是不同程度的缺Ca2+、P043_或0H_的HA。不同含量的阴离子C1_、F_、C032_ (A位)会部分替代磷灰石晶格中OH-的位置，SiO44'C032_ (B位)部分替代磷灰石晶格中的P043_ ;阳离子Na+、Mg2+、K+、Sr2+、Zn2+、Ba2+、Cu2+、Al3+和Fe2+等部分替代磷灰石晶格中Ca2+位置，离子替代能显著的影响HA的生物活性、溶解性、晶粒大小、形貌和表面化学性质。其中Si4+替代P5+并入磷灰石晶格，会导致材料晶格畸变、结晶度降低、材料表面物理化学性质改变，从而提高了合成羟基磷灰石的骨诱导再生能力和生物相容性。
[0003]钙磷陶瓷表面的粗糙度、孔隙率、生长晶体的形貌会影响材料表面细胞的吸附、迁移及增殖分化能力。目前改善材料表面形貌的方法有等离子喷涂法、电化学沉积法、微弧氧化法、水热-电化学共沉积法及仿生矿化法等，以上方法可明显的改善材料表面性能，但处
理工艺复杂。
【发明内容】
[0004]为了克服现有技术的上述缺点与不足，本发明的目的在于提供一种硅掺杂钙磷陶瓷的表面处理方法，工艺简单，能够得到尺寸可控，且直径在微米到纳米级别的羟基磷灰石晶须。
[0005]本发明的目的通过以下技术方案实现:
[0006]一种硅掺杂钙磷陶瓷的表面处理方法，对硅掺杂钙磷陶瓷进行表面水热处理:将硅掺杂钙磷陶瓷置于灭菌锅中，在100~180°C下处理0.5~2h，用去离子水冲洗，烘干后得到表面生长有羟基磷灰石晶须的硅掺杂钙磷陶瓷。
[0007]所述烘干为在45~55°C烘干。
[0008]所述硅掺杂钙磷陶瓷中，硅掺杂量为1.5wt%~4.0wt%。
[0009]所述硅掺杂钙磷陶瓷由以下方法制备:
[0010]( I)制备硅掺杂纳米羟基磷灰石粉体；
[0011](2)将硅掺杂纳米羟基磷灰石粉体加压成型，用马弗炉以5~10°C /min升温至1000~1200°C保温8~10h，然后以2~5°C /min降温，制得硅掺杂钙磷陶瓷。
[0012]步骤(1)所述制备硅掺杂纳米羟基磷灰石粉体，具体为:
[0013]将分析纯Ca(NO3)2.4H20和(NH4)3PO4.3H20试剂配成溶液分别作为钙源和磷源，将正硅酸乙酯作为硅源，控制Ca/(P+Si)摩尔比为1.67，调节钙源的PH大于10，磷源的PH大于9 ;将分散剂加入钙源并进行搅拌，正硅酸乙酯加入磷源并进行搅拌，再将磷源成滴滴加到钙源中，滴加完毕后继续搅拌0.5~lh，再转移至不锈钢反应釜，160~200°C水热6~10h，离心洗涤，50~100°C干燥，研磨得硅掺杂纳米羟基磷灰石粉体。
[0014]与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果:
[0015](I)本发明采用水热法处理硅掺杂钙磷陶瓷，使其表面生长出羟基磷灰石晶须，工艺简单。
[0016](2)本发明的硅掺杂钙磷陶瓷的表面处理方法，能够通过调节硅掺杂含量控制表面生长晶须的大小来提高钙磷陶瓷表面细胞的粘附、迁移和组织长入能力；控制溶解出硅离子浓度促进材料表面成骨细胞的增殖和分化，提高材料的骨诱导能力。
[0017](3)本发明的硅掺杂钙磷陶瓷采用生物活性和生物相容性好的硅掺杂纳米羟基磷灰石粉体制备，硅离子的掺杂会提高成骨细胞的增殖分化及成血管化能力。
【专利附图】
【附图说明】[0018]图1为实施例1制备的纳米羟基磷灰石粉体的透射电镜图。
[0019]图2为实施例1制备的钙磷陶瓷在水热处理前的表面扫描电镜图。
[0020]图3为实施例1的钙磷陶瓷经水热处理后的表面扫描电镜图。
[0021]图4为实施例1的经水热处理后的钙磷陶瓷表面的晶须的透射电镜图。
[0022]图5为实施例1的经水热处理后的钙磷陶瓷表面的晶须的电子衍射图。
[0023]图6为实施例2制备的纳米羟基磷灰石粉体的透射电镜图。
[0024]图7为实施例2制备的钙磷陶瓷在水热处理前的表面扫描电镜图。
[0025]图8为实施例2的钙磷陶瓷经水热处理后的表面扫描电镜图。
[0026]图9为实施例2的经水热处理后的钙磷陶瓷表面的晶须的透射电镜图。
[0027]图10为实施例2的经水热处理后的钙磷陶瓷表面的晶须的电子衍射图。
[0028]图11为实施例3制备的纳米羟基磷灰石粉体的透射电镜图。
[0029]图12为实施例3制备的钙磷陶瓷在水热处理前的表面扫描电镜图。
[0030]图13为实施例3的钙磷陶瓷经水热处理后的表面扫描电镜图。
[0031]图14为实施例3的经水热处理后的钙磷陶瓷表面的晶须的透射电镜图。
[0032]图15为实施例3的经水热处理后的钙磷陶瓷表面的晶须的电子衍射图。
[0033]图16为对比实施例制备的纳米羟基磷灰石粉体的透射电镜图。
[0034]图17为对比实施例制备的钙磷陶瓷在水热处理前的表面扫描电镜图。
[0035]图18为对比实施例经水热处理后纯钙磷陶瓷表面扫面电镜图。
【具体实施方式】
[0036]下面结合实施例，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
[0037]实施例1
[0038]本实施例的硅掺杂钙磷陶瓷(硅掺杂量为1.5wt%)的表面处理方法，包括以下步骤:
[0039](I)配制0.5mol/L Ca (NO3) 2溶液和0.25mol/L (NH4) 3P04溶液，分别作为钙源和磷源，调节钙源和磷源的用量控制Ca/(P+Si)摩尔比为1.67 ;用氨水调节钙源PH大于10，磷源PH大于9，将分散剂聚乙二醇(6000)加入钙源搅拌30min，将正硅酸乙酯加入磷源搅拌30min;再将磷源成滴滴加到钙源中，滴加完毕后继续搅拌0.5h，再转移至不锈钢反应釜，160°C水热6h，离心洗涤，50°C干燥过夜，研磨得纳米羟基磷灰石粉体，如图1所示。
[0040](2)取适量粉体单轴加压成型，用马弗炉以5°C /min升温至1000°C保温8，然后以2V /min降温，制得钙磷陶瓷，其表面形貌如图2所示。将制得的钙磷陶瓷胚体置于高温高压灭菌锅中，在100°C下处理0.5h，用去离子水冲洗，45°C烘干，得到表面生长有羟基磷灰石晶须的硅掺杂钙磷陶瓷，其表面形貌如图3所示。由图3可知，陶瓷表面生长出大量的柱状晶须。图4为本实施例制备的表面生长有羟基磷灰石晶须的硅掺杂钙磷陶瓷的透射电镜图，图5为电子衍射照片，结合图4和图5可知，晶须为六方柱状晶须，是结晶良好的羟基磷灰石。
[0041] 实施例2
[0042]本实施例的硅掺杂钙磷陶瓷(硅掺杂量为2wt%)的表面处理方法，包括以下步骤:
[0043](I)配制 0.5mol/L Ca(NO3)2 溶液和 0.25mol/L(NH4)3P04 溶液，分别作为钙源和磷源，调节钙源和磷源的用量控制Ca/(P+Si)摩尔比为1.67 ;用氨水调节钙源PH大于10，磷源PH大于9，将分散剂聚乙二醇(6000)加入钙源搅拌30min，将正硅酸乙酯加入磷源搅拌30min ;再将磷源成滴滴加到钙源中，滴加完毕后继续搅拌lh，再转移至不锈钢反应釜，200°C水热10h，离心洗涤，100°C干燥过夜，研磨得纳米羟基磷灰石粉体，如图6所示。
[0044](2)取适量粉体单轴加压成型，用马弗炉以10°C /min升温至1200°C保温10h，然后以5°C /min降温，制得钙磷陶瓷，其表面形貌如图7所示。将制得的钙磷陶瓷胚体置于高温高压灭菌锅中，在180°C下处理2h，用去离子水冲洗，55°C烘干，得到表面生长有羟基磷灰石晶须的硅掺杂钙磷陶瓷，其表面形貌如图8所示。由图8可知，陶瓷表面生长出一层的柱状晶须，晶须尺寸与实施例1中的晶须相差不大。图9为本实施例制备的表面生长有羟基磷灰石晶须的硅掺杂钙磷陶瓷的透射电镜图，图10为电子衍射照片，结合图9和图10可知，晶须为六方柱状晶须，是结晶良好的羟基磷灰石。
[0045]实施例3
[0046]本实施例的硅掺杂钙磷陶瓷(硅掺杂量为4wt%)的表面处理方法，包括以下步骤:
[0047](I)配制0.5mol/L Ca (NO3) 2溶液和0.25mol/L (NH4) 3P04溶液，分别作为钙源和磷源，调节钙源和磷源的用量控制Ca/(P+Si)摩尔比为1.67 ;用氨水调节钙源PH大于10，磷源PH大于9，将分散剂聚乙二醇(6000)加入钙源搅拌30min，将正硅酸乙酯加入磷源搅拌30min ;将磷源成滴滴加到钙源中，滴加完毕后继续搅拌lh，再转移至不锈钢反应釜，180°C水热8h，离心洗涤，70°C干燥过夜，研磨得纳米羟基磷灰石粉体，如图11所示。
[0048](2)取适量粉体单轴加压成型，用马弗炉以8°C /min升温至1100°C保温9h，然后以3°C /min降温，制得钙磷陶瓷，其表面形貌如图12所示。将制得的钙磷陶瓷胚体置于高温高压灭菌锅中，在160°C下处理lh，用去离子水冲洗，50°C烘干，得到表面生长有羟基磷灰石晶须的硅掺杂钙磷陶瓷，其表面形貌如图13所示。由图13可知，陶瓷表面生长出大量柱状晶须，晶须直径明显小于实施例1和实施例2中的晶须，且晶须直径主要分布在纳米级。图14为本实施例制备的表面生长有羟基磷灰石晶须的硅掺杂钙磷陶瓷的透射电镜图，图15为电子衍射照片，结合图14和图15可知，晶须为六方柱状晶须，是结晶良好的羟基磷灰石。
[0049]对比实施例
[0050]本实施例制备钙磷陶瓷(硅掺杂量为0wt%)的表面处理方法，包括以下步骤:[0051](I)配制0.5mol/L Ca(NO3)2溶液和0.25mol/L(NH4)3P04溶液，分别作为钙源和磷源，调节钙源和磷源的用量控制Ca/P摩尔比为1.67 ;用氨水调节钙源PH大于10，磷源PH大于9，将分散剂聚乙二醇(6000)加入钙源搅拌30min，;将磷源成滴滴加到钙源中，滴加完毕后继续搅拌0.5h，再转移至不锈钢反应釜，160°C水热6h，离心洗涤，50°C干燥过夜，研磨得纳米羟基磷灰石粉体，如图16所示。
[0052](2)取适量粉体单轴加压成型，用马弗炉以5°C /min升温至1000°C保温8，然后以2V /min降温，制得钙磷陶瓷，其表面形貌如图17所示。将制得的钙磷陶瓷胚体置于高温高压灭菌锅中，在100°C下处理0.5h，用去离子水冲洗，45°C烘干。扫面观察形貌发现，水热处理后表面未大面积长出晶须，水热处理后可以观察到陶瓷基体晶粒的结晶度增大，晶界明显，如图18所示。
[0053]上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效 的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种硅掺杂钙磷陶瓷的表面处理方法，其特征在于，对硅掺杂钙磷陶瓷进行表面水热处理:将硅掺杂钙磷陶瓷置于灭菌锅中，在100~180°C下处理0.5~2h，用去离子水冲洗，烘干后得到表面生长有羟基磷灰石晶须的硅掺杂钙磷陶瓷。
2.根据权利要求1所述的硅掺杂钙磷陶瓷的表面处理方法，其特征在于，所述烘干为在45~55°C烘干。
3.根据权利要求1所述的硅掺杂钙磷陶瓷的表面处理方法，其特征在于，所述硅掺杂钙磷陶瓷中，硅掺杂量为1.5wt%~4.0wt%。
4.根据权利要求1所述的硅掺杂钙磷陶瓷的表面处理方法，其特征在于，所述硅掺杂钙磷陶瓷由以下方法制备: (1)制备硅掺杂纳米羟基磷灰石粉体； (2)将硅掺杂纳米羟基磷灰石粉体加压成型，用马弗炉以5~10°C/min升温至1000~1200°C保温8~10h，然后以2~5°C /min降温，制得硅掺杂钙磷陶瓷。
5.根据权利要求4所述的硅掺杂钙磷陶瓷的表面处理方法，其特征在于，步骤(1)所述制备硅掺杂纳米羟基磷灰石粉体，具体为: 将分析纯Ca(NO3)2.4H20和(NH4)3PO4.3H20试剂配成溶液分别作为钙源和磷源，将正硅酸乙酯作为硅源，控制Ca/(P+Si)摩尔比为1.67，调节钙源的PH大于10，磷源的PH大于9 ;将分散剂加入钙源并进行搅拌，正硅酸乙酯加入磷源并进行搅拌，将磷源成滴滴加到钙源中，滴加完毕后继续搅拌0.5~lh，再转移至不锈钢反应釜，160~200°C水热6~10h，离心洗涤，50~100°C干燥，研磨得硅掺杂纳米羟基磷灰石粉体。
【文档编号】C04B41/85GK103896629SQ201410114831
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2014年3月25日 优先权日:2014年3月25日
【发明者】邓春林, 郑艳霞, 邱萱, 董刚, 王迎军, 吴刚 申请人:华南理工大学