17、二氧化钛添加对磷酸三钙生物陶瓷力学性能的影响及多层涂层性能研究

二氧化钛添加对磷酸三钙生物陶瓷力学性能的影响及多层涂层性能研究

一、磷酸三钙生物陶瓷研究背景

钙磷酸盐（CaPs）广泛存在于脊椎动物的正常钙化组织中，如骨骼、牙齿和肌腱，也存在于病理钙化组织中。CaP生物材料家族因不同的相组成、溶解度、热稳定性和机械抗性，在众多领域有应用。其中，磷酸三钙（TCP）和羟基磷灰石（HA）备受关注，但它们的强度有待提高。因此，一些惰性氧化物如氧化锆（ZrO₂）和氧化铝（Al₂O₃）被研究，因其具有优异的摩擦学性能、生物惰性、高断裂韧性和强度。

二氧化钛（TiO₂）具有出色的生物相容性，在生物医学等多个领域有应用。本研究旨在将TiO₂的高摩擦学性能与TCP的生物相容性相结合，制备生物陶瓷复合材料。研究考察了TiO₂添加量（2.5 wt%、5 wt%、7.5 wt%、10 wt%、20 wt%、30 wt%、40 wt%和50 wt%）和烧结温度（1000 °C、1100 °C、1200 °C和1300 °C）对TCP力学性能和微观结构的影响。

二、实验材料与方法

1. 材料准备
   • 初始粉末为商业二氧化钛（纯度 >98%）和合成的磷酸三钙（β - TCP）。β - TCP通过碳酸钙（CaCO₃，纯度 ≥98.5%）和无水磷酸氢钙（CaHPO₄，纯度 ≥99%）的固态反应获得，反应式为：
     [2CaHPO₄(s) + CaCO₃(s) →Ca₃(PO₄)₂(s) + H₂O(g) + CO₂(g)]
   • 将不同浓度的TiO₂添加到TCP基质中，在玛瑙研钵中与无水乙醇混合，研磨后在80 °C下干燥24小时。