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第一篇生物陶瓷论文范文参考：宽带激光熔覆梯度生物陶瓷复合涂层及其生物相容性
为了消除激光熔覆过程中基材与生物陶瓷涂层之间的热应力,提高涂层与基材的结合强度,设计了一种梯度涂层,采用宽带激光熔覆技术在Ti-6Al-4V合金表面成功地制备了梯度生物陶瓷复合涂层,并在以下几个方面开展了研究工作.
以热力学和动力学的研究结果为指导,通过宽带激光熔覆工艺参数对生物陶瓷复合涂层组织形貌及烧结性影响的研究,确定最佳工艺参数为:宽带激光输出功率P等于2. 5kW,扫描速度V等于150mm/min,光斑尺寸D等于16 mm×,2mm,通过对瞬态温度场的数值模拟,给出了温度场的分布.结果表明,即使在熔覆的最后阶段即t等于11. 6s时,熔池的最高温度(1919℃)也低于含HA生物陶瓷涂复合涂层理论计算的热力学温度(1927℃).从而验证了最佳工艺参数下可以获得含HA的生物陶瓷复合涂层.研究发现,Y2O3含量影响着生物陶瓷复合涂层中HA及β-TCP的形成,随着Y2O3的增加,复合涂层中HA+β-TCP的含量逐渐增加,当Y2O3含量处于0. 4-0. 6wt.%范围时,复合涂层中HA+β-TCP的含量最大,当Y2O3含量为0. 8wt.%时,其合成HA+β-TCP的数量反而下降.并对Y2O3含量对催化合成活性钙磷基磷灰石相数量进行了讨论.运用XRD、SEM、EDS、EPA现代微观分析技术,系统地研究了梯度生物陶瓷涂层的组织结构,结果表明,涂层分为基材、合金化层以及生物陶瓷层三个层次,各层的结合界面处无裂纹,且界面呈犬牙交错的组织结构.合金层中基底组织为Ti(Al,P,Fe,V),白色的共晶组织为Fe2Ti4O+AlV3,白色颗粒状组织为Al3V0. 333Ti0. 666.生物陶瓷涂层中基底组织为CaO+CaTiO3+HA,灰色颗粒相为α-TCP和β-TCP,白色颗粒相为TiO.生物陶瓷涂层表面形成的类珊瑚礁和短杆堆积结构,将会增加生物陶瓷涂层与骨组织的生物活性.力学性能研究结果表明,宽带激光熔覆的梯度生物陶瓷复合涂层与钛合金基体的结合强度在38. 8 MPa以上.Y2O3含量为0. 6wt.%时,生物陶瓷层和合金化层的显微硬度值均达到最大,分别为1062HV0. 1和1405HV0. 4.生物陶瓷复合涂层试样平均拉伸强度为767. 83MPa,平均弯曲强度值为1671. 65 MPa,涂层弹性模量平均值为13. 98GPa,与人体致密骨的弹性模量相当接近.添加Y2O3的梯度生物陶瓷涂层的断裂韧性值在3. 89-6. 46 MPa·,m1/2之间,表明具有良好的强韧第二篇生物陶瓷论文样文：定向多孔HA/BT复合生物陶瓷的制备、调控及性能研究
为了使多孔生物材料能够满足不同缺陷部位的临床应用要求,其多孔结构需要具备各向异性的特征,且天然骨具有压电效应的特征已得到广泛认同,因此精细设计并可控制备出具备各向异性特征且具有压电性能的多孔生物陶瓷材料,对拓宽骨组织工程用多孔生物材料在医学临床上的应用具有重要意义.本文采用冰模板法对HA/BaTiO3复合生物陶瓷进行定向多孔结构的制备,重点研究了浆料流变性能及冷冻条件等参数对多孔特性的影响方式和作用机理,实现了对多孔微观结构及其相关性能的调控,赋予了多孔生物陶瓷材料类似天然骨的压电效应.论文的主要研究成果如下：
1.探讨了冷冻浇注法制备定向多孔HA陶瓷支架微观结构的调控机理及影响规律.采用近纳米级的陶瓷颗粒不利于获得致密的片层陶瓷孔壁；微米级的颗粒所配浆料分散剂加入量为1wt.%时,有益于获得结构均匀的多孔材料；冷冻浇注过程所采用的浆料已具有足够均匀性和稳定性,无需调节浆料pH值；粘结剂含量在1wt.%时,可获得片层孔结构完整且致密的多孔结构.采用双向制冷方式才能获得长程有序的定向多孔结构；随着冷冻速率的升高,片层状多孔结构的层间距减小,陶瓷层厚度增加.
2.研究了不同HA与BT体积比及颗粒尺寸,在固态体积分数及冷冻速率变化下对形貌调控和性能影响的变化趋势.HA10/BT90的多孔压电复合陶瓷由于其压电系数高于天然骨中报道的最高值,且具有最良好的多孔片层孔道平行度,以及最厚和最致密的片层陶瓷孔壁,在压电效应刺激骨自愈,重建和再生方面具有更大优势.采用1HA/0.29BT和0.2HA/1.49BT尺寸搭配所得多孔陶瓷不仅能获得明显的长程有序结构,而且片层陶瓷孔壁的致密度高,无大孔洞和裂纹的出现.随着浆料固态体积分数和冷冻速率的增加,两类颗粒尺寸所得多孔结构的片层间距均减小,孔壁陶瓷层厚度均增加,且孔壁表面都依然保留了树枝状突起和致密光滑的细节.结合了凝胶注模工艺和引入第二相模板纤维,获得了片层孔道和有机模板形成的圆柱形孔道共存的复合多孔结构.
3.通过体外细胞培养(MTT法)证实了冰模板法所制备的多孔HA/BT陶瓷材料对L929成纤维细胞无毒性.层状多孔结构有利于成骨细胞MG-63的增殖和分化,且孔隙率为50%时的多孔陶瓷对细胞增殖和分化作用最明显.在单纯极化未施加载荷条件下的多孔HA10/BT90复合压电陶瓷对于促进成骨细胞黏附、增殖与分化作用不明显,今后的工作应集中于静态与加载条件下开展细胞培养对比实验,并进行HA/BT陶瓷的植入实验,进一步评估压电植入体与宿主之间的生长行为.
综上所述,采用冰模板法制备的定向多孔HA/BT复合材料,可为骨组织工程用多孔陶瓷支架材料的制备及应用提供新的途径与参考依据,并构建生物医学用支架材料提供了新的实现途径和可靠的技术支持.
第三篇生物陶瓷论文范文模板：钛合金表面激光合成与熔覆稀土生物陶瓷复合涂层的研究
在钛合金基体上涂覆以羟基磷灰石(HA)为主的生物陶瓷涂层制成的复合生物材料,既有优良的力学性能,又有优良的生物相容性,被认为是最有希望的新型生物骨替换材料之一,因此成为近年来生物材料领域研究最为活跃的方向之一.本文依据 HA 可以通过适当的含钙、磷盐的混合物在烧结过程中反应合成,以及激光技术已广泛用于涂层制备的事实,提出通过激光处理在钛合金表面同步合成及熔覆以HA 为主的生物陶瓷复合涂层,可以节约成本,并缩短生产周期.同时,在涂层中添加了少量Y_2O_3,获得了良好的效果.
试验证明,在经过激光重熔预处理的TC4表面,预涂敷80％CaHPO_4,·,2H_2O、20％CaCO_3以及另加1％Y_2O_3的混合粉末,以较低的功率密度(13～15W／mm~2)和较高的扫描速度(630mm／min)进行激光处理,实现了 HA 的同步合成与熔覆,获得的稀土生物陶瓷复合涂层的物相组成为：Ca_(10)(PO_4)_6(OH)_2(HA)、β-Ca_3(PO_4)_2(β-TCP)、α-Ca_3(PO_4)_2、Ca_2P_2O_7、Ca_2Y_2O_4和CaY_4O_7.该涂层晶粒细小、表面呈多孔状,形貌与自然骨十分相似,并且其成分、组织和性能都具有梯度分布.涂层复合材料具有良好的综合力学性能,其强度和硬度高于自然骨,并具有一定的塑性和韧性,由于涂层的弹性模量介于基体与自然骨之间,所以植入体的生物力学相容性也能得到改善. 生物学试验表明,涂层材料对肌肉、红系细胞及成纤维细胞均无毒副作用,大剂量地注入动物体内也未引起明显的急性毒性反应,表明其具有较好的血液相容性和组织相容性.动物植入试验证实,钛合金与涂层在生物体内均有良好的生物相容性.但钛合金属生物惰性材料,植入较长时间后,被纤维组织包裹而与活体硬组织隔离；稀土生物陶瓷复合涂层则具有一定的生物活性,它不影响破骨细胞与成骨细胞的活性,在体内有细胞介导的降解,植入60天后,新骨生长直接发生于涂层表面,表现出较好的骨传导性. 稀土元素可以显著改善涂层的相组成、组织和性能.温度场计算表明,在激光加热过程中,Y_2O_3并未完全熔化,又因为其密度较大,所以倾向于下沉,使钇元素富集于界面,这一点也为成分分析所证实.富集于界面的钇阻碍了基体元素向涂层的迁移,降低了涂层的稀释度,有利于 HA 等生物陶瓷相的合成.同时,热分析试验证明,Y_2O_3对 HA 的合成具有催化作用,并且钇可以提高 HA 和β-TCP 的高温稳定性,所以涂层中产生了较多的生物活性陶瓷相.残留于涂层中的钇多具有细化晶粒的作用,可以提高其力学性能.含稀土的涂层与基体的界面结合强度为42.76MPa,比不含稀土者提高了两倍以上；同时,钇还提高了涂层在酸、碱和生理盐液中的耐腐蚀性能.第四篇生物陶瓷论文范例：改性HAP基多孔生物陶瓷的制备与性能研究
多孔羟基磷灰石(HAP)基生物陶瓷因为与人体骨骼的无机化合成分相似,具有很好的生物相容性和成骨与诱导骨形成的导向作用,已被广泛用作生物体硬组织修复.目前,有关多孔HAP陶瓷在医学领域的研究已经延伸到将其作为药物载体以及抗肿瘤活性上,且发现将多孔陶瓷作为药物载体有广泛的应用前景和重要的研究价值.本论文以多孔陶瓷作为药物控释缓释载体为研究背景,为制备出满足实际需要的多孔体,对材料的组成进行了设计,研制了以纳米生物玻璃作为增强相、纳米炭粉为成孔剂的工艺,并对多孔材料的结构和性能进行了表征.采用不同溶液对多孔陶瓷进行了渗透与反渗透评估,通过体外RSC96细胞与材料的作用,对其进行生物学评价等.主要内容如下：
合成了形貌不同的羟基磷灰石纳米粒子,并分析讨论了影响HAP形貌的主要参数.通过异质凝结机制,利用TEOS水解对经十二烷醇酯化后的HAP纳米粒子进行表面SiO2包覆改性(HAPSi050),研究了不同SiO2含量对产物包覆率及其在水和酸溶液中溶解性能的影响.改性后获得的粒子通过FT-IR、XRD、 SEM-EDS、HR-TEM、TG-DSC和Zeta电位等分析方法表征合成的SiO2改性HAP的结构与性能,并观察了其在水溶液中的悬浮稳定性能.结果表明：SiO2包覆层厚度大约为3nm,表面改性后,Zeta电势均为负值,粒子在水溶液中的悬浮稳定性提高了5倍,抗酸溶解能力增强.
通过W/O型微乳液技术合成了SiO2-CaO-P2O5系统生物活性玻璃纳米粒子,探讨了水与表面活性剂的摩尔比ω的变化对合成的纳米粒子结构和性能的影响.并对合成的粒子进行了体外降解和与RSC96细胞联合培养的研究.采用FTIR、 XRD、SEM-EDS、XRF、TEM、BET比表面积分析仪和激光粒度分析仪等手段对合成的和经过降解的纳米玻璃粒子进行表征,结果表明：合成的球形纳米玻璃粒子尺寸在100nnm左右,分布均匀,分散性较好；颗粒之间彼此连接而具有微孔结构,测得的比表面积和孔体积分别为137.9cm3/g和0.37cm3/g.测定降解过程中降解介质pH值、离子溶出行为表明：材料在生理环境中,经过较短的时间即可在玻璃颗粒表面形成类骨HCA,同时有离子溶出现象发生,说明材料具有较高的体外生物活性和良好的降解性能.材料在降解过程中溶液的pH值略呈上升的趋势,基本处于中性.MTT实验测试细胞增殖表明材料能促进细胞的增殖,说明合成的纳米玻璃粒子有良好的细胞亲和性,可作为生物材料使用.
以HAPSi050纳米粉体为原料,SiO2-CaO-P2O5系统生物玻璃为增强相,纳米活性炭粉作造孔剂,制备出了孔径彼此贯通、分布均匀、且孔隙率可调的多孔生物陶瓷.利用XRD、SEM等手段测试多孔体的相组成及微观形貌,采用万能试验机、硬度计以及渗透率测试仪测定多孔孔体的力学性能及流体渗透率.并应用ANSYS软件和图像处理技术进一步分析孔形貌对力学性能的影响.结果发现：抗折强度随烧结温度和生物玻璃含量的增加而升高,气孔率和渗透率则随相应因素的升高而降低.气孔率和渗透率随炭粉含量增加呈上升趋势,但是抗弯强度却逐渐降低.图像处理和ANSYS分析表明：试样中孔越圆、近圆形孔的数量越多、孔分布越均匀,多孔体力学性能越高.
多孔陶瓷经模拟体液浸泡,测定矿化过程中材料失重率、抗折强度的变化和采用扫描电子显微镜(SEM)观察材料微观结构变化表明：浸泡初期试样表面即有类骨磷灰石形成,预示着材料有较好的生物矿化能力.但同时,试样的质量和抗折强度降低.之后,随着试样表面类骨磷灰石数量的增多,试样的质量和强度又开始回升并逐渐增加.将RSC96细胞与多孔陶瓷体外联合培养,通过细胞增殖、细胞毒性、SEM观察进行生物学评价.噻唑蓝(MTT)比色法表明多孔体材料能促进细胞的增殖；吉姆萨和荧光探针技术测试细胞毒性表明多孔材料与对照组单相HAP一致；SEM观察表明RSC96细胞在多孔材料上铺展良好,证明多孔体具有良好的细胞亲和性和生物活性.
第五篇生物陶瓷论文范文格式：钛合金表面激光熔覆制备生物陶瓷涂层及其生物活性研究
本工作利用高功率CO_2激光器,通过激光熔覆技术在Ti-6Al-4V合金表面制备了梯度生物活性陶瓷涂层,实现了钛合金的生物活化改性处理.通过光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、荧光显微镜、X射线衍射仪(XRD)、电子探针(EPMA)、同步热分析仪(TG-DSC)、电感偶合等离子体发射光谱仪(ICP)、显微硬度计等检测手段,主要开展了以下几方面研究:
首先对本试验条件下的激光熔覆工艺参数进行了优化.当固定输出功率P等于2.5kW、光斑尺寸D等于15mm×,1mm,激光熔覆扫描速度为120～160mm/min时方有可能生成HA.通过显微组织观察及显微硬度测试,结合激光熔覆传热、传质过程的分析计算,确定本工作条件下的优化工艺参数为:激光输出功率P等于2.5kW,光斑尺寸D等于15mm×,1mm,扫描速度V等于140mm/min,Ar气保护.
其次对激光熔覆生物陶瓷复合涂层的组织结构进行了研究.结果表明:涂层与基材之间实现了牢固的冶金结合,由涂层至基体存在成分梯度,钛含量逐渐减少,磷、钙含量逐渐增多,涂层由HA、β-TCP、CaTiO_3等多种陶瓷相组成,熔覆粉末Ca/P为1.4时生物活性陶瓷相的生成能力更佳,凹凸不平的涂层表面除了具备典型的粒状和短杆状HA形貌特征外还出现了团絮状、蜂窝状及片状等多种微观形貌.多种形貌共存的表面使涂层的微观表面积大大增加,为新生骨组织的生长提供更多的接触面,起到更好的生物固定作用,局部出现的微孔(熔覆带中间区域孔径约为1～10μm,两侧约为100～600μm)通过组织液的微循环能使宿主骨长入材料并与之相互嵌插连成一体,对新生骨组织沿着攀附生长十分有利.
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本工作还研究了0.2～0.8wt.%稀土氧化物CeO_2对梯度复合涂层的影响及其催化合成机理.利用SEM、XRD、TG-DSC和显微硬度等检测手段发现:添加0.4～0.6wt.%CeO_2时涂层组织均匀,降低了熔覆层的开裂倾向性,对生成HA和β-TCP等生物活性陶瓷相具有促进作用,添加0.6wt.%CeO_2激光熔覆涂层中的断裂韧性值比未添加稀土氧化物试样略有提高,接近人体致密骨,涂层中添加0.6wt.%CeO_2的残余应力比未添加稀土氧化物涂层中的小,结合反应动力学计算,提出稀土氧化物CeO_2催化生物活性陶瓷相的可能机理:对应生物活性陶瓷相可能生成的温度范围,添加0.6wt.%CeO_2体系对应温度范围的反应活化能比未添加稀土氧化物体系的小,更易使反应物分子热激活成为可以发生有效碰撞的活化分子,使生物活性陶瓷相能在更大的温度范围内形成,提高HA和β-TCP的高温稳定性,从而促进HA等生物活性相的生成.
最后,通过模拟体液浸泡和体外细胞培养实验对激光熔覆生物陶瓷复合涂层的生物活性和细胞相容性进行了测试.模拟体液浸泡实验表明,激光熔覆生物陶瓷复合涂层具备生物活性.利用SEM、XRD、EDX、ICP等检测手段发现:随着在SBF中浸泡时间的延长,涂层表面团絮状物质不断增多,磷灰石相在其表面形核并不断长大,表面沉积物以片状为主,还出现了球状、毛绒状及一些密集生长的细针状等,局部还发现了少量HA晶须(直径约0.3～0.8μm,长径比约为10～40),这对增强涂层韧性十分有利.该涂层在SBF中浸泡后磷灰石所对应的衍射峰明显增强,CaO对应的衍射峰强度大幅降低,表明该涂层在SBF溶液中具有快速诱导磷灰石沉积的能力.而未处理的基材即使在SBF中浸泡14天后,其表面仍未生成磷灰石相的沉积物,只有残留的浸泡痕迹及生长的盐类沉积物.
体外细胞培养实验表明,随细胞培养时间(2d、4d、6d)的延长,激光熔覆生物陶瓷涂层表面的细胞增殖呈现上升趋势,而且其成骨细胞增殖数量比未处理的基材及培养板对照组高,细胞生长更为旺盛,细胞毒性评级为0级(无毒).SEM观察发现细胞很好地铺展于涂层表面,紧密贴壁,呈长梭形,形态完整饱满,伪足往外伸展明显,荧光显微镜观察发现活细胞在涂层表面存活完好且成长旺盛.这表明该涂层能够很好的被成骨细胞所接受,具有良好的细胞相容性.
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