金-玻璃陶瓷牙冠修復(fù)體和雙生物陶瓷涂層-鈦植入體材料的制備和性能研究.pdf

1、本文分別研究了牙冠用金/玻璃陶瓷（gold particles/glass-ceramic，GP/GC）復(fù)合材料和雙生物陶瓷涂層/鈦（hydroxyapatite-glass-ceramic/glass-ceramic/Ti，HA-GC/GC/Ti）復(fù)合材料植入體的制備及其性能。GP/GC復(fù)合材料色澤美觀、力學(xué)性能可靠且GP用量少，可作為牙冠修復(fù)體長期修復(fù)受損牙冠。HA-GC/GC/Ti復(fù)合材料兼有Ti基體優(yōu)良的力學(xué)性能和HA極佳的生物

2、學(xué)性能，可用于修復(fù)人體受損的承力較大的部位，如牙齒和骨修復(fù)。
　　采用真空熱擠出法制備了以齒科金合金顆粒（dental gold alloy particles，GP）為增韌相，齒科玻璃陶瓷(dental glass-ceramic，GC)為基體，GP分布可控的GP/GC復(fù)合材料。GP集中分布在復(fù)合材料最大受力區(qū)域，有效提高了材料的力學(xué)性能并減少了貴金屬的用量。系統(tǒng)研究了GP/GC復(fù)合材料的顯微組織和力學(xué)性能，闡述了GP/GC界面

3、的形成機(jī)制，探討了GP/GC復(fù)合材料的增強(qiáng)、增韌機(jī)理。
　　以納米羥基磷灰石粉(HA)和玻璃陶瓷粉(GC)為原料，采用浸漬—燒結(jié)法在醫(yī)用三維鈦網(wǎng)表面構(gòu)建了雙生物陶瓷涂層，制得三維HA-GC/GC/Ti復(fù)合材料。Ti網(wǎng)完全被致密的GC涂層包覆，降低了復(fù)合材料的彈性模量，且可防止Ti基體被腐蝕。復(fù)合材料外層為多孔HA-GC涂層，提高了復(fù)合材料的生物活性和生物相容性。系統(tǒng)研究了HA-GC/GC/Ti復(fù)合材料的顯微組織及力學(xué)性能，分析了G

4、C涂層與Ti基體的界面結(jié)合，綜合評價(jià)了Ti基體，GC/Ti復(fù)合材料和HA-GC/GC/Ti復(fù)合材料的生物學(xué)性能。
　　研究結(jié)果表明:
　　(1)在GP/GC復(fù)合材料的制備過程中，通過調(diào)節(jié)GP在GP/GC預(yù)燒體中的質(zhì)量分布梯度和預(yù)燒體幾何形狀，利用GP/GC混合體的高溫流動(dòng)性，可控制GP集中分布在GP/GC復(fù)合材料的最大受力區(qū)域，有助于提高復(fù)合材料的力學(xué)性能，并可減少GP的用量，且GP完全處于GP/GC復(fù)合材料的內(nèi)部，保障了復(fù)

5、合體的美觀性。GP/GC復(fù)合材料的維氏硬度為5.45±0.4 GPa，抗彎強(qiáng)度為329±28 MPa，斷裂韌性為3.0±0.33 MPa·m1/2。與GC材料相比，GP/GC復(fù)合材料的維氏硬度相同，抗彎強(qiáng)度提高了一倍，斷裂韌性提高了兩倍。
　　(2) GP/GC復(fù)合材料中的玻璃陶瓷基體由白榴石和鉀長石組成。在燒結(jié)過程中，白榴石與GP發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，生成了金鋁金屬間化合物(AlxAuy)，反應(yīng)層厚度為20-30 nm，有助于提高GP

6、/GC界面結(jié)合強(qiáng)度。GP和GC基體的熱膨脹系數(shù)不匹配，在復(fù)合材料內(nèi)部產(chǎn)生了殘余壓應(yīng)力，有助于提高復(fù)合材料的抗彎強(qiáng)度。裂紋擴(kuò)展過程中，GP發(fā)生塑性形變，有利于提高復(fù)合材料的斷裂韌性。GP/GC復(fù)合材料經(jīng)不同溫度熱處理后，GC基體晶化明顯，GP與GC間進(jìn)一步發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，界面處產(chǎn)生了金鋁金屬間化合物(AlmAun)和金硅化合物(AupSiq)，熱處理溫度越高，GP與GC化學(xué)反應(yīng)越劇烈。
　　(3)制得的三維GC/Ti復(fù)合材料，三維鈦

7、網(wǎng)被GC涂層完全包覆。GC涂層質(zhì)地致密，表面光滑，由白榴石晶體、鉀長石晶體和其它玻璃相物質(zhì)組成，厚度約為40μm。GC/Ti界面處存在氧反應(yīng)區(qū)(Zone-Ⅰ)和GC反應(yīng)區(qū)(Zone-Ⅱ)。Zone-Ⅰ與Ti基體相連，含有金紅石相TiO2，厚度約為10μm，Hv約為350-400MPa。Zone-Ⅱ與GC涂層相連，含有TiO2和鈦硅化合物(TixSiy)，厚度約為4μm，Hv約為450-500MPa。GC/Ti界面的化學(xué)反應(yīng)提高了涂層/基

8、體的結(jié)合強(qiáng)度，GC/Ti界面平均結(jié)合強(qiáng)度為27MPa。HA-GC涂層包覆在致密GC涂層上，形成三維HA-GC/GC/Ti復(fù)合材料。HA-GC涂層為多孔結(jié)構(gòu)，由羥基磷灰石、白榴石、鉀長石和其它玻璃相物質(zhì)組成，表面粗糙，厚度約為120μm，部分孔徑大于100μm。
　　(4) HA-GC/GC/Ti復(fù)合材料能夠誘導(dǎo)模擬體液(SBF)中Ca2+，PO43-和OH-沉降，生成一層整齊、致密且有一定厚度的磷灰石沉積層。小鼠成纖維細(xì)胞（L92