專利名稱：一種羥基磷灰石－Ni的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種金屬間化合物的復(fù)合材料及其制備方法，尤其涉及一種羥基磷灰石-Ni3Al復(fù)合材料及其制備方法，屬醫(yī)用材料學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
上世紀(jì)三十年代中期，Nims、Korber和Tromel等人首先人工合成了羥基磷灰石，開始了羥基磷灰石應(yīng)用的新紀(jì)元。通過臨床應(yīng)用發(fā)現(xiàn)該材料具有優(yōu)異的生物活性，與動物體組織有較好的生物相容性，無毒副作用，具有骨傳導(dǎo)性，能為新骨的沉淀提供生理支架，可與骨組織形成直接的骨性結(jié)合，是一種生物學(xué)性能優(yōu)異的人工骨材料，因此被廣泛應(yīng)用與臨床非承重骨及填充方面，而在大面積骨修復(fù)及承重人工骨移植應(yīng)用方面，則受到材料本身脆性高、力學(xué)性能差的限制。因此在承重材料應(yīng)用方面受到了限制，并且其功能性不突出。目前許多方法已用于羥基磷灰石陶瓷的增強(qiáng)補韌。例如，層狀結(jié)構(gòu)、納米顆粒、金屬顆粒、晶須、纖維、碳納米管等。復(fù)合的優(yōu)點是使羥基磷灰石陶瓷的韌性和強(qiáng)度提高。不過由于引入第二項往往會導(dǎo)致生物相容性的下降，并且有可能加速羥基磷灰石的分解，一般來說，生物惰性材料增強(qiáng)的磷灰石材料增強(qiáng)的羥基磷灰石材料的生物活性會比純羥基磷灰石的低。晶須增強(qiáng)的羥基磷灰石復(fù)合材料具有較好的增韌效果，但是，用于晶須可以從羥基磷灰石基體中進(jìn)入到人體中，容易引起嚴(yán)重的健康問題，而且有潛在的致癌性。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明要解決的問題是提供一種以羥基磷灰石陶瓷材料為基體、Ni3Al金屬間化合物為增強(qiáng)體的復(fù)合材料；初步實驗表明該復(fù)合材料具有良好的生物相容性，強(qiáng)度高，無毒副作用，可以滿足人體承重骨的要求。本發(fā)明還同時提供了該復(fù)合材料制備方法。
本發(fā)明涉及的羥基磷灰石-Ni3Al復(fù)合材料，其組分及其重量百分比為羥基磷灰石92％～98％，Ni3Al 2％～8％。
其中，所述組分及其重量百分比優(yōu)選為羥基磷灰石96％，Ni3Al 4％。
在上述的羥基磷灰石-Ni3Al復(fù)合材料中，所述羥基磷灰石中鈣磷元素的摩爾比為1.67。
本發(fā)明所述羥基磷灰石-Ni3Al復(fù)合材料的制備方法，由如下步驟實現(xiàn)(1)分別配制Ca(NO3)2溶液和(NH4)2HPO4溶液；先將Ca(NO3)2溶液加入三口燒瓶，并以氨水調(diào)節(jié)其pH值至10～12，再將(NH4)2HPO4溶液加入分液漏斗；(2)按鈣磷元素的摩爾比為1.67的量將(NH4)2HPO4溶液滴加入上述Ca(NO3)2溶液中進(jìn)行反應(yīng)，滴定時間控制在1小時內(nèi)并保持?jǐn)嚢锠顟B(tài)；反應(yīng)完成后，將產(chǎn)物水浴加熱至90℃，保溫3小時；(3)自然冷卻至室溫，將反應(yīng)產(chǎn)生的沉淀進(jìn)行抽濾，先用蒸餾水洗滌至中性，再用無水乙醇洗滌3次；然后將沉淀送入電熱鼓風(fēng)箱中，120℃～140℃干燥20～30小時，再于900℃煅燒0.5～2小時，然后冷卻，將粉體研磨、過篩，即得羥基磷灰石粉體；(4)將分析純鎳粉與分析純鋁粉按原子比3∶1均勻混合，用行星球磨機(jī)以450～500轉(zhuǎn)/分高能球磨9～11小時，制得固溶體；(5)將上述固溶體在600℃、真空度6.65×10-3Pa條件下進(jìn)行真空熱處理，即獲得Ni3Al金屬間化合物；(6)以重量百分比的量計，將92％～98％的羥基磷灰石粉體與2％～8％的Ni3Al金屬間化合物混合，通過450～500轉(zhuǎn)/分的機(jī)械球磨3～5小時，即獲得羥基磷灰石-Ni3Al混合均勻的復(fù)合粉料；(7)將上述復(fù)合粉料倒入模具冷壓成形，即制得羥基磷灰石-Ni3Al復(fù)合材料的胚體，胚體在真空燒結(jié)爐中，以1100℃～1200℃溫度條件進(jìn)行無壓燒結(jié)，保溫時間2～3小時，即得羥基磷灰石-Ni3Al復(fù)合材料。
其中，步驟(3)所述900℃煅燒的時間優(yōu)選是0.5～1小時。
其中，步驟(4)所述高能球磨的時間優(yōu)選為10小時。
其中，步驟(6)所述機(jī)械球磨條件優(yōu)選為450轉(zhuǎn)/分，球磨4小時。
其中，步驟(7)所述燒結(jié)溫度優(yōu)選為1150℃。
本發(fā)明所述羥基磷灰石-Ni3Al復(fù)合材料的制備方法，基于羥基磷灰石和Ni3Al金屬間化合物的優(yōu)良性能，利用Ni3Al金屬間化合物增韌和塑性變形增韌協(xié)同效應(yīng)，以及納米效應(yīng)，使復(fù)合材料具有較高的抗彎強(qiáng)度和斷裂韌性，并具有良好的生物相容性，同時具有一定的磁性及微波吸收性。實現(xiàn)了對增強(qiáng)相和制備條件進(jìn)行優(yōu)化選擇，改善羥基磷灰石的綜合性能。
本發(fā)明制備的羥基磷灰石-Ni3Al復(fù)合材料，利用金屬間化合物具有長程有序的超點陣結(jié)構(gòu)，使之具有許多特殊的物理化學(xué)和力學(xué)性質(zhì)，例如獨特的電學(xué)性質(zhì)、磁學(xué)性質(zhì)、聲學(xué)性質(zhì)、電子發(fā)射性質(zhì)、催化性質(zhì)、化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性等，是重要的新型功能材料和結(jié)構(gòu)材料，同時還是一種優(yōu)異的陶瓷增韌材料。
利用本發(fā)明制備的羥基磷灰石-Ni3Al復(fù)合材料經(jīng)性能實驗測定其主要指標(biāo)是，抗彎強(qiáng)度80-180Mpa，斷裂韌性1.0-2.6Mpa·m1/2。
本發(fā)明制備的羥基磷灰石-Ni3Al復(fù)合材料，在人體承重骨及磁性和吸波材料方面具有應(yīng)用潛力。
具體實施例方式
實施例1(1)分別配制Ca(NO3)2溶液和(NH4)2HPO4溶液；先將Ca(NO3)2溶液加入三口燒瓶，并以氨水調(diào)節(jié)其pH值至10，再將(NH4)2HPO4溶液加入分液漏斗；(2)按鈣磷元素的摩爾比為1.67的量將(NH4)2HPO4溶液滴加入上述Ca(NO3)2溶液中進(jìn)行反應(yīng)，滴定時間控制在1小時內(nèi)并保持?jǐn)嚢锠顟B(tài)；反應(yīng)完成后，將產(chǎn)物水浴加熱至90℃，保溫3小時；(3)自然冷卻至室溫，將反應(yīng)產(chǎn)生的沉淀進(jìn)行抽濾，先用蒸餾水洗滌至中性，再用無水乙醇洗滌3次；然后將沉淀送入電熱鼓風(fēng)箱中，120℃干燥30小時，再于900℃煅燒0.6小時，然后冷卻，將粉體研磨、過篩，即得羥基磷灰石粉體；(4)將分析純鎳粉與分析純鋁粉按原子比3∶1均勻混合(分析純鎳粉19.24克，與分析純鋁粉2.95克)，用行星球磨機(jī)以450轉(zhuǎn)/分高能球磨11小時，制得固溶體；(5)將上述固溶體在600℃、真空度6.65×10-3Pa條件下進(jìn)行真空熱處理，即獲得Ni3Al金屬間化合物；(6)以重量百分比的量計，將98％的羥基磷灰石粉體與2％的Ni3Al金屬間化合物混合，通過500轉(zhuǎn)/分的機(jī)械球磨3小時，即獲得羥基磷灰石-Ni3Al混合均勻的復(fù)合粉料；(7)將上述復(fù)合粉料倒入模具冷壓成形，即制得羥基磷灰石-Ni3Al復(fù)合材料的胚體，胚體在真空燒結(jié)爐中，以1200℃溫度條件進(jìn)行無壓燒結(jié)，保溫時間2小時，即得羥基磷灰石-Ni3Al復(fù)合材料。
經(jīng)測定，制得的羥基磷灰石-Ni3Al金屬間化合物復(fù)合生物材料的主要性能抗彎強(qiáng)度90Mpa，斷裂韌性1.2Mpa·m1/2，生物相容性較好。
實施例2(1)分別配制Ca(NO3)2溶液和(NH4)2HPO4溶液；先將Ca(NO3)2溶液加入三口燒瓶，并以氨水調(diào)節(jié)其pH值至11，再將(NH4)2HPO4溶液加入分液漏斗；(2)按鈣磷元素的摩爾比為1.67的量將(NH4)2HPO4溶液滴加入上述Ca(NO3)2溶液中進(jìn)行反應(yīng)，滴定時間控制在1小時內(nèi)并保持?jǐn)嚢锠顟B(tài)；反應(yīng)完成后，將產(chǎn)物水浴加熱至90℃，保溫3小時；(3)自然冷卻至室溫，將反應(yīng)產(chǎn)生的沉淀進(jìn)行抽濾，先用蒸餾水洗滌至中性，再用無水乙醇洗滌3次；然后將沉淀送入電熱鼓風(fēng)箱中，130℃干燥25小時，再于900℃煅燒1小時，然后冷卻，將粉體研磨、過篩，即得羥基磷灰石粉體；(4)將分析純鎳粉與分析純鋁粉按原子比3∶1均勻混合，用行星球磨機(jī)以450轉(zhuǎn)/分高能球磨10小時，制得固溶體；(5)將上述固溶體在600℃、真空度6.65×10-3Pa條件下進(jìn)行真空熱處理，即獲得Ni3Al金屬間化合物；(6)以重量百分比的量計，將96％的羥基磷灰石粉體與4％的Ni3Al金屬間化合物混合，通過450轉(zhuǎn)/分的機(jī)械球磨4小時，即獲得羥基磷灰石-Ni3Al混合均勻的復(fù)合粉料；(7)將上述復(fù)合粉料倒入模具冷壓成形，即制得羥基磷灰石-Ni3Al復(fù)合材料的胚體，胚體在真空燒結(jié)爐中，以1150℃溫度條件進(jìn)行無壓燒結(jié)，保溫時間2.5小時，即得羥基磷灰石-Ni3Al復(fù)合材料。
經(jīng)測定，制得的羥基磷灰石-Ni3Al金屬間化合物復(fù)合生物材料的主要性能抗彎強(qiáng)度131Mpa，斷裂韌性1.6Mpa·m1/2，生物相容性好。
實施例3(1)分別配制Ca(NO3)2溶液和(NH4)2HPO4溶液；先將Ca(NO3)2溶液加入三口燒瓶，并以氨水調(diào)節(jié)其pH值至12，再將(NH4)2HPO4溶液加入分液漏斗；(2)按鈣磷元素的摩爾比為1.67的量將(NH4)2HPO4溶液滴加入上述Ca(NO3)2溶液中進(jìn)行反應(yīng)，滴定時間控制在1小時內(nèi)并保持?jǐn)嚢锠顟B(tài)；反應(yīng)完成后，將產(chǎn)物水浴加熱至90℃，保溫3小時；(3)自然冷卻至室溫，將反應(yīng)產(chǎn)生的沉淀進(jìn)行抽濾，先用蒸餾水洗滌至中性，再用無水乙醇洗滌3次；然后將沉淀送入電熱鼓風(fēng)箱中，140℃干燥20小時，再于900℃煅燒2小時，然后冷卻，將粉體研磨、過篩，即得羥基磷灰石粉體；
(4)將分析純鎳粉與分析純鋁粉按原子比3∶1均勻混合，用行星球磨機(jī)以500轉(zhuǎn)/分高能球磨9小時，制得固溶體；(5)將上述固溶體在600℃、真空度6.65×10-3Pa條件下進(jìn)行真空熱處理，即獲得Ni3Al金屬間化合物；(6)以重量百分比的量計，將92％的羥基磷灰石粉體與8％的Ni3Al金屬間化合物混合，通過480轉(zhuǎn)/分的機(jī)械球磨3.5小時，即獲得羥基磷灰石-Ni3Al混合均勻的復(fù)合粉料；(7)將上述復(fù)合粉料倒入模具冷壓成形，即制得羥基磷灰石-Ni3Al復(fù)合材料的胚體，胚體在真空燒結(jié)爐中，以1100℃溫度條件進(jìn)行無壓燒結(jié)，保溫時間3小時，即得羥基磷灰石-Ni3Al復(fù)合材料。
經(jīng)測定，制得的羥基磷灰石-Ni3Al金屬間化合物復(fù)合生物材料的主要性能抗彎強(qiáng)度152Mpa，斷裂韌性1.8Mpa·m1/2，生物相容性較好。
權(quán)利要求
1.一種羥基磷灰石-Ni3Al復(fù)合材料，其組分及其重量百分比為羥基磷灰石92％～98％，Ni3Al 2％～8％。
2.如權(quán)利要求1所述的羥基磷灰石-Ni3Al復(fù)合材料，其特征是，所述組分及其重量百分比為羥基磷灰石96％，Ni3Al 4％。
3.如權(quán)利要求1或2所述的羥基磷灰石-Ni3Al復(fù)合材料，其特征是，所述羥基磷灰石中鈣磷元素的摩爾比為1.67。
4.權(quán)利要求1或2所述羥基磷灰石-Ni3Al復(fù)合材料的制備方法，由如下步驟實現(xiàn)(1)分別配制Ca(NO3)2溶液和(NH4)2HPO4溶液；先將Ca(NO3)2溶液加入三口燒瓶，并以氨水調(diào)節(jié)其pH值至10～12，再將(NH4)2HPO4溶液加入分液漏斗；(2)按鈣磷元素的摩爾比為1.67的量將(NH4)2HPO4溶液滴加入上述Ca(NO3)2溶液中進(jìn)行反應(yīng)，滴定時間控制在1小時內(nèi)并保持?jǐn)嚢锠顟B(tài)；反應(yīng)完成后，將產(chǎn)物水浴加熱至90℃，保溫3小時；(3)自然冷卻至室溫，將反應(yīng)產(chǎn)生的沉淀進(jìn)行抽濾，先用蒸餾水洗滌至中性，再用無水乙醇洗滌3次；然后將沉淀送入電熱鼓風(fēng)箱中，120℃～140℃干燥20～30小時，再于900℃煅燒0.5～2小時，然后冷卻，將粉體研磨、過篩，即得羥基磷灰石粉體；(4)將分析純鎳粉與分析純鋁粉按原子比3∶1均勻混合，用行星球磨機(jī)以450～500轉(zhuǎn)/分高能球磨9～11小時，制得固溶體；(5)將上述固溶體在600℃、真空度6.65×10-3Pa條件下進(jìn)行真空熱處理，即獲得Ni3Al金屬間化合物；(6)以重量百分比的量計，將92％～98％的羥基磷灰石粉體與2％～8％的Ni3Al金屬間化合物混合，通過450～500轉(zhuǎn)/分的機(jī)械球磨3～5小時，即獲得羥基磷灰石-Ni3Al混合均勻的復(fù)合粉料；(7)將上述復(fù)合粉料倒入模具冷壓成形，即制得羥基磷灰石-Ni3Al復(fù)合材料的胚體，胚體在真空燒結(jié)爐中，以1100℃～1200℃溫度條件進(jìn)行無壓燒結(jié)，保溫時間2～3小時，即得羥基磷灰石-Ni3Al復(fù)合材料。
5.如權(quán)利要求4所述的羥基磷灰石-Ni3Al復(fù)合材料的制備方法，其特征是，步驟(3)所述900℃煅燒的時間是0.5～1小時。
6.如權(quán)利要求4所述的羥基磷灰石-Ni3Al復(fù)合材料的制備方法，其特征是，步驟(4)所述高能球磨的時間為10小時。
7.如權(quán)利要求4所述的羥基磷灰石-Ni3Al復(fù)合材料的制備方法，其特征是，步驟(6)所述機(jī)械球磨條件為450轉(zhuǎn)/分，球磨4小時。
8.如權(quán)利要求4所述的羥基磷灰石-Ni3Al復(fù)合材料的制備方法，其特征是，步驟(7)所述燒結(jié)溫度為1150℃。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種羥基磷灰石－Ni
文檔編號A61L27/00GK1775310SQ200510104579
公開日2006年5月24日 申請日期2005年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月18日
發(fā)明者孫康寧, 孫昌 申請人:山東大學(xué)