[发明专利]一种生物陶瓷及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种生物陶瓷的制备方法，将氢氧化铝和磷酸在95～105℃下混合，得到含磷粘结剂；将陶瓷粉体与含磷粘结剂混合后球磨，得到陶瓷浆料；采用3D打印技术将陶瓷浆料打印成具有结构设计的陶瓷坯体；将陶瓷坯体依次进行脱水和烧结处理，得到生物陶瓷。本发明提供的方法制备得到的生物陶瓷表面无明显的裂纹，致密化高，材质均匀；线收缩率为3.26～5.45％，孔隙率为5～8％，表观密度为2.56～3.12g/cm³；细胞毒性测试表明，本发明提供的生物陶瓷的细胞毒性为Ⅰ级，能够满足生物医用要求。

技术领域

本发明涉及生物医用陶瓷领域，尤其涉及一种生物陶瓷及其制备方法和应用。

背景技术

常用的生物陶瓷材料包括氧化铝陶瓷和氧化锆陶瓷，在生物机体的硬组织修复中，相比于传统金属材料和高分子材料，生物陶瓷材料具有硬度大、理化性能稳定、美学效果优良以及生物兼容性好等特性。

陶瓷的传统制备方法包括：粉末烧结、凝胶注模、热压烧结等，这些成型方法限制了陶瓷材料的结构成型，特别是在口腔临床中需要根据患者的实际病情做出定制修复，使得传统成型方法面临巨大挑战。3D打印技术在材料的结构成型方面具有显著的优势，针对实际需求，设计开发相应的材料体系，是解决上述问题的关键。

目前，在3D打印技术领域，应用于陶瓷浆料配制的粘结剂主要为高分子凝胶，但是高分子凝胶在烧结过程中容易出现排胶，导致胚体发生开裂、大的开孔、低的致密度和均匀性。例如目前已报道的3D凝胶打印氧化锆部件(Ceramics International,2017,7,124)，虽然打印得到的陶瓷体结构具有高的固含量，但是凝胶的热分解使得陶瓷体结构收缩严重，达到17％。因此，研究一种致密度高、材质均匀的生物陶瓷，具有重要意义。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种生物陶瓷及其制备方法和应用，本发明制得的生物陶瓷具有致密度高、材质均匀的特点。

本发明提供了一种生物陶瓷的制备方法，包括以下步骤：

(1)将氢氧化铝和磷酸在95～105℃下混合，得到含磷粘结剂；

(2)将陶瓷粉体与所述步骤(1)得到的含磷粘结剂混合后球磨，得到陶瓷浆料；

(3)采用3D打印技术将所述步骤(2)得到的陶瓷浆料打印成陶瓷坯体；

(4)将所述步骤(3)得到的陶瓷坯体依次进行脱水和烧结处理，得到生物陶瓷。

优选的，所述步骤(1)中氢氧化铝和磷酸的摩尔比为1:2.5～3.5。

优选的，所述步骤(1)得到的含磷粘结剂包括磷酸一氢盐、磷酸二氢盐和磷酸正盐中的一种或多种。

优选的，所述步骤(2)中陶瓷粉体包括钇稳定氧化锆、氧化铝、二氧化硅、羟基磷灰石和磷酸三钙中的一种或多种；所述陶瓷粉体的平均尺寸为20～30nm；所述陶瓷粉体为医用级的市售产品。

优选的，所述步骤(2)中陶瓷粉体与含磷粘结剂的质量比为0.3～1:1。

优选的，所述步骤(3)中3D打印技术包括挤出成型；所述挤出成型的挤出流量为0.1～1.5mL/min，挤出喷头的移动速度为3～10mm/s。

优选的，所述步骤(4)中脱水包括依次进行的自然晾干和烘干；所述自然晾干的环境湿度为30％～40％，温度为20～25℃；所述烘干依次包括第一烘干和第二烘干；所述第一烘干的温度为75～85℃，时间为11～13h；所述第二烘干的温度为110～130℃，时间为11～13h。

优选的，所述步骤(4)中烧结处理依次包括第一烧结和第二烧结，所述第一烧结的温度为750～850℃，时间为0.5～1.5h；所述第二烧结的温度为1450～1550℃，时间为1.5～2.5h。