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可降解多孔_磷酸钙生物陶瓷的制备研究

可降解多孔_磷酸钙生物陶瓷的制备研究
可降解多孔_磷酸钙生物陶瓷的制备研究

可降解多孔β2磷酸钙生物陶瓷的制备研究

李建华,王友法,贾 莉

(武汉理工大学生物医学材料与工程研究中心,武汉430070)

摘 要: 采用湿法制备β2磷酸三钙(β2TCP)粉末,以玻璃为黏结剂,经高温烧结后,添加造孔剂混合后热压铸成型,经过高温处理,制备出可生物降解的β2TCP多孔材料。经X2射线衍射和扫描电镜形貌分析,证明材料主晶相是β2 TCP,材料内部有大量连通的均匀微孔,溶解测试表明材料具有一定的溶解性。材料的制备工艺可实现规模化生产。关键词: 多孔磷酸钙; 湿法制备; 造孔剂; 溶解度

Preparation and Investigation on Biodegradable Porous

Beta C alcium Phosphate

L I Jian2hua,W A N G You2f a,J IA L i

(Research Center of Bio2medical Materials Engineering,Wuhan University of Technology,

Wuhan430070,Wuhan)

Abstract: This research work applied the wet2process technique and used the glass as adhesive to prepare the porous beta calcium phosphate material via sintering at high temperature.The porous beta calcium phosphate(β2TCP)was shaped by adding the pore2producer,mixing and pressure casting via heating at high temperature.The porous product was obtained by firing and discharging the organic matter.The x2ray diffraction and measurement of porosity showed that the preparation technique is feasible.The present measurements also showed that the main crystal phase of bioceramic isβ2TCP,which has abundant and uniform interconnected micro2pores that means better decomposition property.The material performs certain degradation when it is planted in body.

K ey w ords: the porous calcium phosphate; wet2process preparation; pores; decomposition

生物医用材料中钙磷材料占有很重的位置。因为钙磷材料在化学组成和结构上与人体骨组织、牙齿等硬组织的无机成份相近。20世纪70年代初美国和日本的学者首先成功合成了羟基磷灰石(HAP)材料,我国于20世纪80年代后期人工合成了HAP材料,并应用于外科与齿科临床[1]。β2磷酸三钙(β2Ca3PO4,β2TCP)作为生物材料的研究始于70年代。当时是将其制成多孔体,对动物骨骼进行置换[2]。

β2TCP可分为致密型和多孔型。致密型具有较高的强度,多孔型其强度相对较抵,但满足植入体内后达成生物降解和吸收,并随之为新骨逐渐代替。因此β2TCP可作为松质骨的填充材料。

法国学者卢建熙认为多孔陶瓷的两大微结构对

细胞的侵入极为重要,既孔径和气孔之间的连接[3]。且能与人体组织不发生排异反应、引导新骨的生长、材料具有降解性、能起到合适的生理支架作用。研究多孔β2TCP陶瓷材料的孔隙结构对解决β2TCP陶瓷材料的降解吸收与新生骨生长相匹配的问题十分重要。

1 实 验

1.1 β2TCP粉体的制备

将摩尔比2∶1的CaHPO4?2H2O和CaCO3混合均匀,加入蒸馏水,料∶水=1∶1.5球磨2h后,于90℃干燥粉浆。所得粉料经高温炉烧至850℃,保温2h,随炉冷却,将烧成后的粉末碾碎、过筛、待用。经X射线衍射见图1。

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图1 β2TCP粉末X射线衍射

从图1的结果看,材料中的主晶相是β2TCP。1.2 粘结剂的选择与制备

高温烧结的β2TCP,由于温度较高,晶体发育较完整,排列也较紧密,不利于材料的降解[4]。烧结温度对多孔生物陶瓷的生物活性影响很大,烧结温度越低,其生物活性越好[5]。选用了CaO2P2O52 Na2O为主要成份的磷酸盐生物玻璃材料。因这种材料有一定的水溶性,不会影响材料主晶相β2TCP 的性能,不含有害杂质,具有良好的生物相容性。按表1的化学组成配料,磨细混匀放入坩锅内置入高温炉内加热至880℃,保温0.5h,经淬冷法,得到了玻璃连接剂,干燥、磨细、后过150目筛、备用。

表1 粘结剂组成w/%成分P2O5Na2O CaO MgO Al2O3含量80~6518~615~105~13~0

1.3 材料的溶解性试验

材料的溶解量与粘结剂的成分及含量有关,而且与烧结温度有关、孔径大小及孔隙有关。为了使材料中添加粘结剂具有一定的溶解性,材料植入体内后,随着粘结剂的不断变化,降解过程不断发生。测定了粘结剂在模拟体液(简称SBF)中的溶解性,模拟体液(p H=7.2)是含0.03%KCl,0.6%NaCl, 0.02%CaCl2,0.31%乳酸钠的混合水溶液。粘结剂在模拟体液中浸泡50h后,用磷钼兰比色法测定其溶解度[6]。结果如表2所示。

表2 粘结剂在SBF与弱酸性溶液中的溶解情况

侵蚀介质

1#

C/

(mg?cm-3)

W/

mg

2#

C/

(mg?cm-3)

W/

mg

10.0949.4000.13013.33 20.07710.990.

09814.35 30.05811.

790.07515.48

40.04412.420.05716.31

60.02513.120.05019.46 由表2和图2可知,材料在SBF中具有一定的溶解性。材料的溶解与粘接剂的成分及含量有关,而且烧结温度,孔径大小及孔隙率有关[7]。

图2 粘结剂在浸蚀介质中的溶解曲线

图3 粘结剂的红外光谱

由表2和图3表明,连结剂在SBF弱酸性环境中具有一定的溶解性能,而且酸性环境能促进其溶解。干福熹等人曾研究了纯玻璃的光谱性质[8]。图3的结果显示粘结剂的红外光谱谱带位置及强度与玻璃符合较好。

1.4 多孔填充添加造孔

采用的401型聚苯乙烯(江苏无锡:新达泡朔新材料有限公司),

用分样筛筛取得一定直径的颗粒,按照聚苯乙烯∶β2TCP=1∶2配比配制混合料,然后在混合料中加入适量油酸和石蜡混合。倒入80℃下热压铸成型。

1.5 制品的烧结

将热压成型的料块放入匣钵内埋烧,排蜡和烧成一次完成。烧成温度为900℃以下,升温速率50℃/30min,保温2h,随炉冷却。烧成温度曲线见图4。

图4 β2TCP材料烧成曲线

05

2 结果与讨论

2.1 材料断面的SEM 观察

利用扫描电镜将烧成后的载体材料作形貌分析

如图5和图6所示

图5 多孔β2TCP 的SEM 形貌(SEM ,×50

)

图6 多孔SEM 形貌(SEM ,×10000)

见图5、图6中β2TCP 的SEM 可以看到,材料

内部具有大量均匀的连通气孔,颗粒间为颈部连接,晶体发育均匀,材料的这种结构有利于提高材料的溶解度,有利于提高材料的生物降解性,增加其材料的活性。通过造孔剂的大小与粉末的不同配比,可以得到气孔率在67%~90%范围的β2TCP 生物陶瓷材料。

3 结 论

采用湿法制备出的β2TCP 粉末,添加造孔成

型。利用造孔剂在坯体中占一定的空间然后经过高温加热处理,将添加的造孔剂挥发而留下气孔来制备多孔陶瓷。经过烧结的多孔制品材料,气孔内部有很多均匀微孔、材料的气孔率可调节、材料具备一定的溶解性能。经过试验比较,这种添加造孔剂的工艺优于常用的发泡法。

参考文献

[1] 李世普,陈晓明.生物陶瓷[M ].武汉:武汉工业大学

出版社,1989.

[2] 顾汉卿,徐国风.生物医学材料[M ].天津:天津科技

翻译出版公司,1993:420.

[3] 陈 方,李世普,江 昕,等.发泡法制备TCP 陶瓷

的工艺及其结构与研究[J ].中国生物医学工程学报,

1999,18(3):2271.

[4] 马礼敦.高等结构分析[M ].上海:复旦大学出版社,

2003.

[5] 威廉母斯D F.医用与口腔材料[M ].北京:科学出版

社,1999.

[6] 陈 芳.多孔β2TCP 生物陶瓷的研制及降解机理的探

讨[D ].武汉:武汉工业大学,1994.

[7] 姚秀敏,谭寿兴,江东亮.孔径可控的多孔羟基磷灰

石的制备工艺研究[J ].功能材料与器件学报,2001,

7(2):1522156.

[8] 干福熹.玻璃的光学和光谱性质[M ].上海:上海科学

技术出版社,1992.收稿日期:2007205214.

作者简介:李建华(19572),工程师.

E 2mail :lijh1957@https://www.wendangku.net/doc/ea7841283.html,

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陶瓷制作工艺流程

陶瓷制作工艺流程 在陶瓷民俗博览区古窑景区错落有致的分布着古制瓷作坊、古镇窑、陶人画坊。在作坊里可见到“手随泥走,泥随手变”,巧夺天工的拉坯成型;在镇窑里,可看到神奇的松柴烧瓷技艺,从中领略到景德镇古代手工制瓷的魅力。在古窑,我们看到了练泥、拉坯、印坯、利坯、晒坯、刻花、施釉、烧窑、彩绘、釉色变化等 练泥:从矿区采取瓷石,先以人工用铁锤敲碎至鸡蛋大小的块状,再利用水碓舂打成粉状,淘洗,除去杂质,沉淀后制成砖状的泥块。然后再用水调和泥块,去掉渣质,用双手搓揉,或用脚踩踏,把泥团中的空气挤压出来,并使泥中的水分均匀。这一环节在古窑里我没有见到,深感遗憾,于是我在前往三宝村途中仔细寻觅,有幸亲眼目睹。这种瓷石加工方法历史悠久,应与景德镇制瓷历史同步。

拉坯:将泥团摔掷在辘轳车的转盘中心,随手法的屈伸收放拉制出坯体的大致模样。拉坯是成型的第一道工序。拉坯成型首先要熟悉泥料的收缩率。景德镇瓷土总收缩率大致为18—20%,根据大小品种和不同器型及泥料的软硬程度予以放尺。由于景德镇瓷泥的柔软性,拉制的坯体均比之其他黏土成型的要厚。拉坯不仅要注意到收缩率,而且还要注意到造型。如遇较大尺寸的制品,则要分段拉制,从各个分段部位,可看出拉坯师傅的技艺好坏和水平高低。景德镇陶瓷的特殊美感和瓷文化的形成是与其独特的材质、工艺等有着密不可分的联系,甚至在某种程度上说:景德镇瓷器名扬天下,除当地“天赐”的优质黏土之外,基本上是那些“鬼斧神工”的技艺将这些普通的“东西”变成了人类的“宠物”。由此,真正被“神灵”护佑着的正是这制瓷技艺的不断分工、进化和传承。这千年相传的技艺造就和组成了人类陶瓷史甚至是文明史上最耀眼的光环,这光环让人炫目,也让人敬畏。

浅谈多孔陶瓷

浅谈多孔陶瓷 08 化本黄振蕾080900029 摘要:随着控制材料的细孔结构水平的不断提高以及各种新材质高性能多孔陶瓷材料的不断出现,多孔陶瓷的应用领域与应用范围也在不断扩大,目前其应用已遍及环保、节能、化工、石油、冶炼、食品、制药、生物医学等多个科学领域,引起了全球材料学 关键词:多孔陶瓷制备应用发展 0. 引言 多孔陶瓷是一种经高温烧成、内部具有大量彼此相通, 并与材料表面也相贯通的孔道结构的陶瓷材料。多孔陶瓷的种类很多, 可以分为三类: 粒状陶瓷烧结体、泡沫陶瓷和蜂窝陶瓷[ 1]。多孔陶瓷由于均匀分布的微孔和孔洞、孔隙率较高、体积密度小, 还具有发达的 比表面, 陶瓷材料特有的耐高温、耐腐蚀、高的化学和尺寸稳定性, 使多孔材料可以在气体液体过滤、净化分离、化工催化载体、吸声减震、保温材料、生物殖入材料, 特种墙体材料 和传感器材料等方面得到广泛的应用[ 2]。因此, 多孔陶瓷材料及其制备技术受到广泛关注。 1 多孔陶瓷材料的制备方法 1. 1 挤压成型法 挤压是一种塑性变形工艺, 可分为热挤压和冷挤压。一般是在压力机上完成, 使工件产生塑性变形, 达到所需形状的一种工艺方法。其过程是将制备好的泥条通过一种预先设计好的具有蜂窝网格结构的模具挤出成形, 经过烧结后就可以得到典型的多孔陶瓷。目前, 我国已研制出并生产使用蜂窝陶瓷挤出成型模具达到了400孔/ 2. 54 cm X 2. 54 cm 的规格。 美国与日本已研制出了600孔/ 2. 54 cm X 2. 54 cm、900孔/ 2.54 cm X 2. 54 cm 的高孔密度、超薄壁型蜂窝陶瓷。我国亦开始了600 孔/ 2. 54 cm X2. 54 cm 挤出成型模具的研究, 并取得了初步成功[ 3]。例如, 现在用于汽车尾气净化的蜂窝状陶瓷, 它是将制备好的泥条通过一种预先设计好的具有蜂窝网格结构的模具挤出成型, 经过烧结后得到典型 的多孔陶瓷。其工艺流程为:原料合成+水+有机添加剂T混合练混T挤出成型T干燥T 烧成T制品。这种工艺的优点在于,可根据实际需要对孔形状和大小进行精确设计;缺点 是不能成型复杂孔道结构和孔尺寸较小的材料, 同时对挤出物料的塑性有较高要求[ 4]。 1. 2 颗粒堆积成孔工艺法颗粒堆积工艺是在骨料中加入相同组分的微细颗粒,利用微细颗粒易于烧结的特点,在高温下液化,从而使骨料连接起来。骨料粒径越大,形成的多孔陶瓷平均孔径就越大,并呈线性关系。骨料颗粒尺寸越均匀,产生的气孔分布也越均匀,孔径分布也越小。另外,添加剂的含量和种类,以及烧成温度对微孔体的分布和孔径大小也有直接关系。如 Yang 等[ 5] 用Yb2O3作为助剂制备了多孔氮化硅陶瓷,通过加入Yb2O3后,使氮化硅微孔陶瓷孔的分布更加均匀,经烧结后使孔隙率达到很好的要求。另外,孔隙率可通过调整颗粒级配对孔结构进行控制,制品的孔隙率一般为20%~ 30% 。若在原料中加入碳粉、木屑、淀粉、塑料等成孔剂,高温下使其挥发可将整体孔隙率提高至75% 左右[ 6]。主要优点在于工艺简单,制备强度高;不足之处在于气孔率低。

磷酸钙生物陶瓷

磷酸钙生物材料 一、引言 生物陶瓷(Bioceramies)是指用作特定的生物或生理功能的一类陶瓷材料,即直接用于人体或与人体相关的生物、医用、生物化学等的陶瓷材料。广义讲,凡属生物工程的陶瓷材料统称为生物陶瓷。 做为生物陶瓷材料,需具备如下条件:生物相容性;力学相容性;与生物组织有优异的亲和性;抗血栓;灭菌性并具有很好的物理、化学稳定性。生物陶瓷材料可分为生物惰性陶瓷、生物活性陶瓷和生物复合材料三类。生物陶瓷材料因其与人的生活密切相关,故一直倍受材料科学工作者的重视。 目前广泛应用的生物降解陶瓷为β- 磷酸三钙( 简称β-TCP),属三方晶系,钙磷原子比为1.5,是磷酸钙的一种高温相。β-TCP 的最大优势就是生物相容性好,植入机体后与骨直接融合,无任何局部炎性反应及全身毒副作用。其不足是高切口敏感性导致的低疲劳强度,较高刚性和脆性使其难以加工成型或固定钻孔。 基于仿生原理,制备类似于自然组织的组成、结构和性质的理想生物陶瓷,应该是生物陶瓷的一个发展方向。磷酸钙盐生物陶瓷人工骨,虽然与骨盐的组成相同,但不同部位的骨性质是不尽相同的,为此组成和结构类似于骨骼连续变化的多孔磷酸钙陶瓷的研究是正在进行的非常有价值的课题。 对于可生物降解的磷酸钙生物陶瓷而言,磷酸钙陶瓷在体内从无生命到有生命的转变过程,即无机物的钙磷是如何转变成为生物体内的有机钙磷,其中是否存在一个晶型转变或晶型转变的过程是如何进行的;材料降解后其产物在体内的分布和代谢途径以及各分支的量的关系等等也应引起材料工作者的高度重视。 二、磷酸钙陶瓷的制备工艺 1、磷酸钙陶瓷粉末的制备 制备块状磷酸钙陶瓷的第一步是磷酸钙陶瓷粉末的制备,主要有湿法和固态反应法!湿法包括:水热反应法、水溶液沉淀法以及溶胶凝胶法,此外还有有机体前驱热分解法、微乳剂介质合成法等各种制备工艺的研究目标是得到成分均匀、粒度微细的磷酸钙粉末。各种制备工艺的研究没仪表是得到成分均匀、粒度微细的磷酸钙粉末。固态反应法(无氧条件下进行反应)往往给出符合化学计量、结晶完整的产品,但是它们要求相对较高的温度和热处理时间,

陶瓷的生产工艺流程.

陶瓷的生产工艺流程 一、陶瓷原料的分类 (1)粘土类 粘土类原料是陶瓷的主要原料之一。粘土之所以作为陶瓷的主要原料,是由于其具有可塑性和烧结性。陶瓷工业中主要的粘土类矿物有高岭石类、蒙脱石类和伊利石(水云母)类等,但我厂的主要粘土类原料为高岭土,如:高塘高岭土、云南高岭土、福建龙岩高岭土、清远高岭土、从化高岭土等。 (2)石英类 石英的主要成分为二氧化硅(SiO ),在陶瓷生产中,作为瘠性原料加入到陶瓷坯料中时, 2 在烧成前可调节坯料的可塑性,在烧成时石英的加热膨胀可部分抵消部分坯体的收缩。当添加到釉料中时,提高釉料的机械强度,硬度,耐磨性,耐化学侵蚀性。我厂的石英类原料主要有:釉宝石英、佛冈石英砂等。 (3)长石类 长石是陶瓷原料中最常用的熔剂性原料,在陶瓷生产中用作坯料、釉料熔剂等基本成分。在高温下熔融,形成粘稠的玻璃体,是坯料中碱金属氧化物的主要来源,能降低陶瓷坯体组分的熔化温度,利于成瓷和降低烧成温度。在釉料中做熔剂,形成玻璃相。我厂的主要长石类原料有南江钾长石、佛冈钾长石、雁峰钾长石、从化钠长石、印度钾长石等。 二、坯料、釉料制备 (1)配料 配料是指根据配方要求,将各种原料称出所需重量,混合装入球磨机料筒中。我厂坯料的配料主要分白晶泥、高晶泥、高铝泥三种,而釉料的配料可分为透明釉和有色釉。 (2)球磨 球磨是指在装好原料的球磨机料筒中,加入水进行球磨。球磨的原理是靠筒中的球石撞击和磨擦,将泥料颗料进行磨细,以达到我们所需的细度。通常,坯料使用中铝球石进行辅助球磨;釉料使用高铝球石进行辅助球磨。在球磨过程中,一般是先放部分配料进行球磨一段时间后,再加剩余的配料一起球磨,总的球磨时间按料的不同从十几小时到三十多个小时不等。如:白晶泥一般磨13个小时左右,高晶泥一般磨15-17小时,高铝泥一般磨14个小时左右,釉料一般磨33-38小时,但为了使球磨后浆料的细度要达到制造工艺的要求,球磨的总时间会有所波动。

多孔陶瓷材料的制备技术

第14卷第3期Vol.14No.3 材 料 科 学 与 工 程 Materials Science&Engineering 总第55期 Sept.1996多孔陶瓷材料的制备技术 朱时珍 赵振波 北京理工大学 北京 100081 刘庆国 北京科技大学 北京 100083 【摘 要】 本文评述了近年来多孔陶瓷材料制备技术的研究现状,对目前研究比较活跃,应用比较成功的几种制备技术进行了分析,并讨论了今后的发展趋势。 【关键词】 多孔陶瓷 制备 造孔剂 泡沫浸渍 Techniques For Preparation of Porous Ceramic Materials Zhu Shizhen Zhao Zhenbo Beij ing Institute of Technology Beijing 100081 Liu Qingguo Beij ing University of Science and Technology Beij ing 100083【Abstr act】 T he r ecent status of techniques for prepar ation of por ous ceramic mater ials was re-viewed.Var ious t echniques for pr epar ation of por ous cer amic mater ials resear ched mor e actively and ap-plied more successfully wer e analyzed,and the future development tr ends were discussed. 【Key wor ds】 Porous cer amics,F abr ication,P or e-form ing mat er ials,F oam impregna tion 一、前 言 近年来表面与界面起突出作用的新型材料日益受到重视,既发现一些新的物理现象和效应,在应用上又很有潜力,具有广泛的发展前景[1]。多孔陶瓷材料正是一种利用物理表面的新型材料。例如,利用多孔陶瓷的均匀透过性,可以制造各种过滤器、分离装置、流体分布元件、混合元件、渗出元件和节流元件等;利用多孔陶瓷发达的比表面积,可以制成各种多孔电极、催化剂载体、热交换器、气体传感器等;利用多孔陶瓷吸收能量的性能,可以用作各种吸音材料、减震材料等;利用多孔陶瓷低的密度、低的热传导性能,还可以制成各种保温材料、轻质结构材料等[2],加之其耐高温、耐气候性、抗腐蚀,多孔陶瓷材料的应用已遍及冶金、化工、环保、能源、生物等各个部门,引起了全球材料学界的高度重视,并得到了较快发展,每年这方面的专利都有近百篇,而且有逐年增长的趋势。但由于绝大多数制备工艺参数及关键问题处于技术保密状态,目前尚无系统论述各种制备技术的文章,本文结合作者研制用于高温固体氧化物燃料电池的多孔A l2O3陶瓷支持管(体)的研究工作,分析了多孔陶瓷材料制备技术的现状及今后的发展趋势。 ? 33 ?

实验一多孔陶瓷的制备

实验一多孔陶瓷的制备 一、实验目的 1. 了解多孔陶瓷的用途 2. 掌握多孔陶瓷的制备方法 3. 了解多孔陶瓷的制备工艺 二、实验原理 多孔陶瓷是一种新型陶瓷材料,也可称为气孔功能陶瓷,它是一种利用物理表面的新型材料。多孔陶瓷具有如下特点:巨大的气孔率、巨大的气孔表面积;可调节的气孔形状、气孔孔径及其分布;气孔在三维空间的分布、连通可调;具有其它陶瓷基体的性能,并具有一般陶瓷所没有的主要利用与其巨大的比表面积相匹配的优良热、电、磁、光、化学等功能。实际上,很早以前人们就使用多孔陶瓷材料,例如,人们使用活性碳吸附水份、吸附有毒气体,用硅胶来做干燥剂,利用泡沫陶瓷来做隔热耐火材料等。现在,多孔陶瓷,尤其是新型多孔陶瓷的应用范围广多了。 1. 多孔陶瓷的种类 多孔陶瓷的种类很多,按所用的骨料可以分为以下六种: 按孔径分为以下三种情况: 2. 多孔陶瓷的制备: 陶瓷产品中的孔包括:(1)封闭气孔:与外部不相连通的气孔 (2)开口气孔:与外部相连通的气孔 下面介绍多孔陶瓷中孔的制备方法和制备技术 2.1孔的形成方法:

(1)添加造成孔剂工艺:陶瓷粗粒粘结、堆积可形成多孔结构,颗粒靠粘结剂或自身粘合成型。这种多孔材料的气孔率一般较低,20~30%左右,为了提高气孔率,可在原料中加入成孔剂(porous former),即能在坯体内占有一定体积,烧成、加工后又能够除去,使其占据的体积成为气孔的物质。如碳粒、碳粉、纤维、木屑等烧成时可以烧去的物质。也有用难熔化易溶解的无机盐类作为成孔剂,它们能在烧结后的溶剂侵蚀作用下除去。此外,可以通过粉体粒度配比和成孔剂等控制孔径及其它性能。这样制得的多孔陶瓷气孔率可达75%左右,孔径可在μm—mm之间。虽然在普通的陶瓷工艺中,采用调整烧结温度和时间的方法,可以控制烧结制品的气孔率和强度,但对于多孔陶瓷,烧结温度太高会使部分气孔封闭或消失,烧结温度太低,则制品的强度低,无法兼顾气孔率和强度,而采用添加成孔剂的方法则可以避免这种缺点,使烧结制品既具有高的气孔率,又具有很好的强度。 (2)有机泡沫浸渍工艺:有机泡沫浸渍法是用有机泡沫浸渍陶瓷浆料,干燥后烧掉有机泡沫,获得多孔陶瓷的一种方法。该法适于制备高气孔率、开口气孔的多孔陶瓷。这种方法制备的泡沫陶瓷是目前最主要的多孔陶瓷之一。 (3)发泡工艺:可以在制备好的料浆中加入发泡剂,如碳酸盐和酸等,发泡剂通过化学反应等能够产生大量细小气泡,烧结时通过在熔融体内产生放气反应能得到多孔结构,这种发泡气体率可达95%以上。与泡沫浸渍工艺相比,更容易控制制品的形状、成分和密度,并且可制备各种孔径大小和形状的多孔陶瓷,特别适于生产闭气孔的陶瓷制品,多年来一直引起研究者的浓厚兴趣。 (4)溶胶-凝胶工艺:主要利用凝胶化过程中胶体粒子的堆积以及凝胶(热等)处理过程中留下小气孔,形成可控多孔结构。这种方法大多数产生纳米级气孔,属于中孔或微孔范围内,这是前述方法难以做到的,实际上这是现在最受科学家重视的一个领域。溶胶-凝胶法主要用来制备微孔陶瓷材料,特别是微孔陶瓷薄膜。 (5)利用纤维制得多孔结构:主要利用纤维的纺织特性与纤细形态等形成气孔,形成的气孔包括:a 有序编织、排列形成的;b 无序堆积或填充形成的。 通常将纤维随意堆放,由于纤维的弹性和细长结构,会互相架桥形成气孔率很高的三维网络结构,将纤维填充在一定形状的模具内,可形成相对均匀,具有一定形状的气孔结构,施以粘结剂,高温烧结固化就得到了气孔率很高的多孔陶瓷,这种孔较大的多孔陶瓷的气孔率可达80%以上;在有序纺织制备方法中,有一种是将纤维织布(或成纸),,再将布(或纸)折叠成多孔结构,常用来制备“哈尔克尔”,这种多孔陶瓷通常孔径较大,结构类似于前面提到的以挤压成型的蜂窝陶瓷;另外是三维编织,这种三维编织为制备气孔率、孔径、气孔排列、形状高度可控的多孔陶瓷提供了可能。 (6)腐蚀法产生微孔、中孔:例如对石纤维的活化处理,许多无机非金属半透膜也曾以这种方法制备。 (7)利用分子键构成气孔:如分子筛,这是微孔材料也是中孔材料。象沸石、柱状磷酸锌等是这类材料。

特种陶瓷制备工艺..

特种陶瓷材料的制备工艺 10材料1班 王俊红,学号:1000501134 摘 要:介绍粉末陶瓷原料的制备技术、特种陶瓷成形工艺、烧结方法。 目前,特种陶瓷中的粉末冶金陶瓷工艺已取得了很大进展,但仍有一些急需解决的问题。 当前阻碍陶瓷材料进一步发展的关键之一是成形技术尚未完全突破。 压力成形不能满足形状复杂性和密度均匀性的要求。 多种胶体原位成形工艺,固体无模成形工艺以及气相成形工艺有望促使陶瓷成形工艺获得关键性突破。 关键词:特种陶瓷;成形;烧结;陶瓷材料 前言:陶瓷分为普通陶瓷和特种陶瓷两大类, 特种陶瓷是以人工化合物为原料(如氧化物、氮化物、碳化物、硼化物及氟化物等)制成的陶瓷。 它主要用于高温环境、机械、电子、宇航、医学工程等方面,成为近代尖端科学技术的重要组成部分。 特种陶瓷作为一种重要的结构材料,具有高强度、高硬度、耐高温、耐腐蚀等优点,无论在传统工业领域,还是在新兴的高技术领域都有着广泛的应用。 因此研究特种陶瓷制备技术至关重要。 正文:特种陶瓷的生产步骤大致可以分为三步:第一步是陶瓷粉体的制备、第二步是成形,第三步是烧结。 特种陶瓷制备工艺流程图 一、 陶瓷粉体的制备 粉料的制备工艺(是机械研磨方法,还是化学方法)、粉料的性质(粒度大小、形态、尺寸分布、相结构)和成形工艺对烧结时微观结构的形成和发展有着巨大的影响,即粉末制备 坯料制备 成型 干燥 烧结 后处理 热压或热等静压烧结 成品

陶瓷的最终微观组织结构不仅与烧结工艺有关,而且还受粉料性质的影响。由于陶瓷的材料零件制造工艺一体化的特点,使得显微组织结构的优劣不单单影响材料本身的性能,而且还直接影响着制品的性能。陶瓷材料本身具有硬、脆、难变形等特点。因此,陶瓷材料的制备工艺显得更加重要。由于陶瓷材料是采用粉末烧结的方法制造的,而烧结过程主要是沿粉料表面或晶界的固相扩散物质的迁移过程。因此界面和表面的大小起着至关重要的作用。就是说,粉末的粒径是描述粉末品质的最重要的参数。因为粉末粒径越小,表面积越大,单位质量粉末的表面积(比表面积)越大,烧结时进行固相扩散物质迁移的界面就越多,即越容易致密化。制备现代陶瓷材料所用粉末都是亚微米(<lμm)级超细粉末,且现在已发展到纳米级超细粉。粉末颗粒形状、尺寸分布及相结构对陶瓷的性能也有着显著使组分之间发生固相反应,得到所需的物相。同时,机械球磨混合无法使组分分的影响。粉末制备方法很多,但大体上可以归结为机械研磨法和化学法两个方面。 传统陶瓷粉料的合成方法是固相反应加机械粉碎(球磨)。其过程一般为:将所需要的组分或它们的先驱物用机械球磨方法(干磨、湿磨)进行粉碎并混合。然后在一定的温度下煅烧。由于达不到微观均匀,而且粉末的细度有限(通常很难小于 l μm 而达到亚微米级),因此人们普遍采用化学法得到各种粉末原料。根据起始组分的形态和反应的不同,化学法可分为以下三种类型: 1.固相法: 化合反应法:化合反应一般具有以下的反应结构式: A(s)+B(s)→C(s)+D(g) 两种或两种以上的固态粉末,经混合后在一定的热力学条件和气氛下反应而成为复合物粉末,有时也伴随一些气体逸出。 钛酸钡粉末的合成就是典型的固相化合反应。等摩尔比的钡盐BaCO3和二氧化钛混合物粉末在一定条件下发生如下反应: BaCO3+TiO2→BaTiO3+CO2↑ 该固相化学反应在空气中加热进行。生成用于PTC制作的钛酸钡盐,放出二氧化碳。但是,该固相化合反应的温度控制必须得当,否则得不到理想的、粉末状钛酸钡。 热分解反应法:

生物陶瓷材料的研究及应用

生物陶瓷材料的研究及应用 张波化工07-3班 120073304069 摘要介绍了生物陶瓷的定义,对羟基磷灰石生物陶瓷材料、磷酸钙生物陶瓷材料、复合生物陶瓷材料、涂层生物陶瓷材料和氧化铝生物陶瓷的特性和制备方法进行了较为深入的分析,在现代医学中的应用及发展前景。 关键词生物陶瓷,磷酸钙,复合生物陶瓷材料,涂层生物陶瓷材料,氧化铝陶瓷,生物陶瓷应用。 Bioceramic Materials Research and Application Zhangbo Chemical Engineering and Technology 073 class 120073304069 Abstract This paper introduces the definition of bio-ceramics, bio-ceramic material of hydroxyapatite, calcium phosphate bio-ceramic materials, composite bio-ceramic materials, coating materials, bio-ceramics and alumina ceramics of biological characteristics and preparation methods for a more in-depth analysis In modern medicine the application and development prospects. Key words bio-ceramics, calcium phosphate, composite bio-ceramic materials, coating materials, bio-ceramic, alumina ceramic, bio-ceramic applications. 1 引言 生物陶瓷是指用作特定的生物或生理功能的一类陶瓷材料,即直接用于人体或与人体相关的生物、医用、生物化学等的陶瓷材料。做为生物陶瓷材料,需具备如下条件:生物相容性;力学相容性;与生物组织有优异的亲和性;抗血栓;灭菌性并具有很好的 物理、化学稳定性。生物陶瓷材料可分为生物惰性陶瓷(如Al 2O 3 、ZrO 2 等)、生物活性 陶瓷(如致密羟基磷灰石、生物活性微晶玻璃等)和生物复合材料三类。生物陶瓷材料因其与人的生活密切相关,故一直倍受材料科学工作者的重视。 2 生物陶瓷材料的发展 目前世界各国相继发展了生物陶瓷材料,它不仅具有不锈钢塑料所具有的特性,而且具有亲水性、能与细胞等生物组织表现出良好的亲和性。因此生物陶瓷具有广阔的发展前景。生物陶瓷的应用范围也正在逐步扩大,现可应用于人工骨、人

抗菌陶瓷技术

抗菌陶瓷技术

抗菌陶瓷技术 1 抗菌陶瓷的国内外发展概况 目前,随着科技的发展和人们生活水平的提高,人们的环保意识不断增强,同时,由于环境恶化、地球变暖促使细菌滋生、传染病的感染、发病率也逐步上升。尤其是近两年的SARS病毒、禽流感的肆虐更让人们认识到居家环境的净化、清洁的室外空气、有效的保护水资源等都与健康息息相关,也催生了环保抗菌用品的大市场。对于陶瓷行业而言,这一抗菌材料和制品就是抗菌陶瓷。 抗菌陶瓷是指在卫生陶瓷的釉中或釉面上加入或在其表面上浸渍、喷涂或滚印上无机抗菌剂,从而使陶瓷制品表面上的致病细菌控制在必要的水平之下的抗菌环保自洁陶瓷。早在上世纪80年代末,工业发达国家就在医院、餐厅、高级住宅首先开始使用抗菌建筑卫生陶瓷制品。近年来,普通家庭逐步开始使用抗菌陶瓷。在研制使用抗菌陶瓷方面最早首推是日本,生产抗菌材料的厂家现已超过100家,特别是1996年日本发生全国范围内病原性大肠杆菌0157感染事件之后,掀起了抗菌陶瓷热。日本最大的制陶公司NAX公司研发中心的研究人员于1999年研制成功一种称之为Kilamie 抗菌陶瓷,该陶瓷釉中含银,它可以较好地抑制陶瓷制品表面细菌的增长,特别适用于卫生间的坐便器与浴缸。日本东陶(TOTO)公司也将光催化抗菌瓷砖和卫生瓷商品化生产,用于医院、食品加工等场所。另外一些厂家,如大阪住友水泥株式会社研发出一系列载银抗菌釉已申请多项专利。韩国赛拉米克公司研究的二氧化钛含银、铜等离子瓷砖, 即使在弱光照射下也能起光催化作用, 抗菌效果显著, 适用于医院、厨房、卫生间等场合。美国、德国、韩国相继在建筑卫生陶瓷、日用陶瓷、涂料等方面使用。 我国自从20 世纪90 年代开始对抗菌材料进行研究。在抗菌材料方面研究首先取先取得突破的有中国建材研究院、景德镇陶瓷学院、武汉工业大学等; 国家超细粉末工程研究中心及清华、浙江大学等均成功地研制出纳米抗菌材料; 上海泰谷科技有限公司、浙江金地亚等公司均已生产出成品,并在江苏宜兴联陶、福建豪盛等公司生产出墙地砖和卫生陶瓷样品,有的已批量投产。国内很多高校相继开发成了抗菌或易洁陶瓷技术,山东淄博博纳科技发展有限公司开发的无机复合抗菌剂,成功应用于山东淄博华光陶瓷股份有限公司,该抗菌陶瓷经中国疾病预防控制中心和国家建筑材料工业环境监测中心检测,对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的杀抑率高达96%以上,成为我国抗菌日用陶瓷的领头羊。

磷酸钙生物陶瓷的固有骨诱导性

磷酸钙生物陶瓷的固有骨诱导性 学院材料科学与工程 专业高分子材料与工程 学生姓名DH 指导教师古菊 提交日期2012年5月 13 日

磷酸钙生物陶瓷的固有骨诱导性 高分子材料科学与工程 DH 摘要:磷酸钙材料与骨的无机相组成相近,具有良好的生物相容性和骨传导性,植入体内物抗原性,但学界一直认为磷酸钙陶瓷是一类只有骨传导性而无骨诱导性的生物活性材料。本文综述了磷酸钙生物陶瓷材料在骨诱导性方面的表现,就磷酸钙陶瓷骨诱导性的发现和确认、磷酸钙陶瓷骨诱导的过程和机制以及影响磷酸钙陶瓷骨诱导性的因素进行展开,简要的分析了骨诱导过程中间充质细胞的来源的可能途径,对骨诱导过程的的生物因子BMP的作用机制做了必要的介绍,详细地叙述了磷酸钙陶瓷骨诱导性的材料学影响因素,并对磷酸钙生物陶瓷材料的的研究和应用作了展望。 关键词:磷酸钙生物陶瓷;骨诱导性;机理;影响因素 1、引言 由疾病、外伤、骨质疏松等各种原因带来的骨缺损在临床上十分常见,据不完全统计,2000年美国就有120万病人接受骨修复治疗,其中有45万是骨移植,耗资接近1200亿。一旦发生骨缺损,难以完全靠自身移植进行修复重建,往往是依靠具有良好生物活性并且能够应用于人体的骨替代材料。目前,临床应用的骨替代物局限于自体骨,同种异体骨、异种骨及各种人造骨生物材料【1】。自体骨是最好的替代物,但采用自体骨修复需开辟第二术区增加患者痛苦,无异于“挖肉补疮”,而且供骨有限,难经获得所需的良好外形;异体或异种骨移植存在免疫排斥及潜在传染疾病的可能,且成功率较低;各种人造骨生物材料应用仍是骨缺损修复的重要手段,包括有机高分子、金属、陶瓷及复合材料。磷酸钙陶瓷因具有良好生物相容性和骨传导性,与骨的无机相组成相似,且无抗原性,大量应用于骨缺损修复材料中,目前己广泛应用于临床的人工合成的骨替换材料中60%是磷酸钙陶瓷。当今生物材料设计和发展的原则是充分调动机体的自我修复、愈合能力,特别是赋予材料诱导机体骨再生的生物功能。因而,关于磷酸钙生物陶瓷诱导骨形成的研究和探索具有极其重要的意义。 2、磷酸钙生物陶瓷的骨诱导性 2.1磷酸钙生物陶瓷 作为一类常见的生物陶瓷,磷酸钙被广泛应用于生物医学领域的各个方面,在临床中只要用作硬组织(骨和牙齿)的修复或替换。目前比较常见的有羟基磷灰石(Hydroxyapatitc ,HA)、磷酸三钙(Tricalcium phosphate, TCP)以及它们的复合物双相磷酸钙陶瓷(CBiphasic calcium phosphate, BCP)。羟基磷灰石是磷酸钙盐在水溶液中的一种稳定相,在正常的生理环境下降解性能较差,组成与人体硬组织无机成分相同,且晶体围观结构类似。磷酸三钙是磷酸钙盐的高温相,相转变温度为1120~1180℃【2】,相转变温度以上为α-TCP,以下为β-TCP。TCP在模拟体液(SBF)中易溶解,溶解度大约为HA的10~20倍【3】,被认为是一类较好的可

氧化铝陶瓷制作工艺

氧化铝陶瓷介绍 来自:中国特种陶瓷网发布时间:2005-8-3 11:51:15 氧化铝陶瓷制作工艺简介 氧化铝陶瓷目前分为高纯型与普通型两种。高纯型氧化铝陶瓷系Al2O3含量在99.9%以上的陶瓷材料,由于其烧结温度高达1650—1990℃,透射波长为1~6μm,一般制成熔融玻璃以取代铂坩埚:利用其透光性及可耐碱金属腐蚀性用作钠灯管;在电子工业中可用作集成电路基板与高频绝缘材料。普通型氧化铝陶瓷系按Al2O3含量不同分为99瓷、95瓷、90瓷、85瓷等品种,有时Al2O3含量在80%或75%者也划为普通氧化铝陶瓷系列。其中99氧化铝瓷材料用于制作高温坩埚、耐火炉管及特殊耐磨材料,如陶瓷轴承、陶瓷密封件及水阀片等;95氧化铝瓷主要用作耐腐蚀、耐磨部件;85瓷中由于常掺入部分滑石,提高了电性能与机械强度,可与钼、铌、钽等金属封接,有的用作电真空装置器件。其制作工艺如下: 一粉体制备: 郑州玉发集团是中国最大的白刚玉生产商,和中科院上海硅酸盐研究所成立玉发新材料研究中心研究生产多品种α氧化铝。专注白刚玉和煅烧α氧化铝近30年,因为专注所以专业,联系QQ2596686490,电话156390七七八八一。 将入厂的氧化铝粉按照不同的产品要求与不同成型工艺制备成粉体材料。粉体粒度在1μm?微米?以下,若制造高纯氧化铝陶瓷制品除氧化铝纯度在99.99%外,还需超细粉碎且使其粒径分布均匀。采用挤压成型或注射成型时,粉料中需引入粘结剂与可塑剂,?一般为重量比在10—30%的热塑性塑胶或树脂?有机粘结剂应与氧化铝粉体在150—200℃温度下均匀混合,以利于成型操作。采用热压工艺成型的粉体原料则不需加入粘结剂。若采用半自动或全自动干压成型,对粉体有特别的工艺要求,需要采用喷雾造粒法对粉体进行处理、使其呈现圆球状,以利于提高粉体流动性便于成型中自动充填模壁。此外,为减少粉料与模壁的摩擦,还需添加1~2%的润滑剂?如硬脂酸?及粘结剂PVA。 欲干压成型时需对粉体喷雾造粒,其中引入聚乙烯醇作为粘结剂。近年来上海某研究所开发一种水溶性石蜡用作Al2O3喷雾造粒的粘结剂,在加热情况下有很好的流动性。喷雾造粒后的粉体必须具备流动性好、密度松散,流动角摩擦温度小于30℃。颗粒级配比理想等条件,以获得较大素坯密度。 二成型方法: 氧化铝陶瓷制品成型方法有干压、注浆、挤压、冷等静压、注射、流延、热压与热等静压成型等多种方法。近几年来国内外又开发出压滤成型、直接凝固注模成型、凝胶注成型、离心注浆成型与固体自由成型等成型技术方法。不同的产品形状、尺寸、复杂造型与精度的产品需要不同的成型方法。摘其常用成型介绍: 1干压成型:氧化铝陶瓷干压成型技术仅限于形状单纯且内壁厚度超过1mm,长

多孔陶瓷的制备及性能分析

第一章综述 1.1 多孔陶瓷的概述 多孔陶瓷是一种经高温烧成、体内具有大量彼此相通或闭合气孔结构的陶瓷材料,是具有低密度、高渗透率、抗腐蚀、耐高温及良好隔热性能等优点的新型功能材料。 多孔陶瓷的种类繁多,几乎目前研制生产的所有陶瓷材料均可通过适当的工艺制成陶瓷多孔体。根据成孔方法和孔隙结构的不同,多孔陶瓷可分为三类:粒状陶瓷烧结体、泡沫陶瓷和蜂窝陶瓷。根据所选材质不同,可分为刚玉质、石英质、堇青石质、莫来石质、碳化硅质、硅藻土质、氧化锆质及氧化硅质等。 多孔陶瓷材料一般具有以下特性:化学稳定性好,可制成使用于各种腐蚀环境的多孔陶瓷;具有良好的机械强度和刚度,在气压、液压或其他应力载荷下,多孔陶瓷的孔道形状和尺寸不会发生变化;耐热性好,用耐高温陶瓷制成的多孔陶瓷可过滤熔融钢水和高温气体;具有高度开口、内连的气孔;几何表面积与体积比高;孔道分布较均匀,气孔尺寸可控,在0.05~600μm范围内可以制出所选定孔道尺寸的多孔陶瓷制品。 多孔陶瓷的优良性能,使其已被广泛应用于冶金、化工、环保、能源、生物等领域。如利用多孔陶瓷比表面积高的特性,可制成各种多孔电极、催化剂载体、热交换器、气体传感器等;利用多孔陶瓷吸收能量的性能,可制成各种吸音材料、减震材料等;利用多孔陶瓷的低密度、低热传导性,可制成各种保温材料、轻质结构材料等;利用多孔陶瓷

的均匀透过性,可制成各种过滤器、分离装置、流体分布元件、混合元件、渗出元件、节流元件等。因此,多孔材料引起了材料科学工作者的极大兴趣并在世界范围内掀起了研究热潮。 1.2 多孔陶瓷的制备方法 多孔陶瓷是由美国于1978年首先研制成功的。他们利用氧化铝、高岭土等陶瓷材料制成多孔陶瓷用于铝合金铸造中的过滤,可以显著提高铸件质量,降低废品率,并在1980年4月美国铸造年会上发表了他们的研究成果。此后,英、俄、德、日等国竞相开展了对多孔陶瓷的研究,已研制出多种材质、适合不同用途的多孔陶瓷,技术装备和生产工艺日益先进,产品已系列化和标准化,形成为一个新兴产业。我国从20世纪80年代初开始研制多孔陶瓷。 多孔陶瓷首要特征是其多孔特性,制备的关键和难点是形成多孔结构。根据使用目的和对材料性能的要求不同,近年逐渐开发出许多不同的制备技术。其中应用比较成功,研究比较活跃的有:添加造孔剂工艺,颗粒堆积成型工艺,发泡工艺,有机泡沫浸渍工艺,溶胶凝胶工艺等传统制备工艺及孔梯度制备方法、离子交换法等新制备工艺。 1.2.1挤压成型工艺 本工艺的特点是靠设计好的多孔金属模具来成孔。将制备好的泥浆通过一种具有蜂窝网格结构的模具基础成型,经过烧结就可以得到最典型的多孔陶瓷即现用于汽车尾气净化的蜂窝状陶瓷。此外,也可以 在多孔金属模具中利用泥浆浇注工艺获得多孔陶瓷。该类工艺的特点在于可以根据需要对孔形状和孔大小进行精确设计,对于蜂窝陶瓷最

碳酸钙生物陶瓷

磷酸钙生物陶瓷①秦湘阁, 马臣, 孟祥才(佳木斯大学材料工程学院,黑龙江,佳木斯154007) 摘要: 磷酸钙生物陶瓷材料包括磷酸三钙(Β-TCP)和羟基磷灰石(HA),具有较好的生物相容性和生物活性.本文总结了磷酸钙生物陶瓷材料的制备方法和力学性能研究的最新进展,指出溶液沉淀法和溶胶凝胶法是目前优先使用的精细磷酸钙陶瓷粉末制备工艺,由于磷酸钙陶瓷的韧性较低,必须对它进行补强增韧,以扩大在临床中的应用范围. 关键词: 磷酸钙生物陶瓷;羟基磷灰石;制备技术;力学性能中图分类号: O614.23+1 文献标志码: A0 引言:随着人们对生物材料质量和安全性不断提高的要求和生物陶瓷在医疗康复系统中的应用,生物陶瓷材料成为材料科学和医学工程的一个重要研究领域[1].在目前研究和使用的硬组织替换生物材料中,磷酸钙生物陶瓷占有很大的比重,主要是因为磷酸钙生物陶瓷具有良好的生物相容性和生物活性,对人体无毒、无害、无致癌作用,并可以和自然骨通过体内的生物化学反应成为牢固的骨性结合[2].磷酸钙生物陶瓷主要包括磷灰石和磷酸三钙,作为生物材料使用的磷灰石一般是Ca与P原子比为1.67的羟基磷灰石Ca10(PO4)6(OH)2(Hydroxylapatite,简称HA),磷酸三钙是Ca与P原子比为 1.5的Β-磷酸三钙Β-Ca3(PO4)2(TricalciumPhosphate,简称Β-TCP).磷酸钙主要以

结晶态的磷灰石相构成了人体硬组织的主体[2],从骨的结构上看,骨是由尺寸小于100nm的磷酸钙盐晶体弥散分布在胶原蛋白以及其他生物聚合物中构成的连续多相复合体,因此磷酸钙盐陶瓷具有与骨骼矿化物类似的成分和表面及体相结构[3],与人体组织有良好的生物相容性,可和自然骨形成牢固的骨性结合.本文主要综述了应用在骨骼系统硬组织(如骨、关节或牙齿)的磷酸钙生物陶瓷的制备技术和力学性能研究的最新进展.1 磷酸钙生物陶瓷的物相组成和生物学性质磷酸钙陶瓷的稳定相主要取决于制造和使用过程中的温度和水的存在[1].在体温下,对于水媒质如体液,只有两种磷酸钙是稳定的:pH<4.2时为CaHPO4?2H2O(磷酸二钙,透钙磷石,C2P);pH>4.2时,稳定相是Ca10(PO4)6(OH)2(羟基磷灰石,HA);在较高温度,是其他的相,如Ca3(PO4)2(磷酸三钙,C3P,TCP)和Ca4P2O9(磷酸四钙,C4P).未水合的高温磷酸钙相植入体内后,在37℃与水或体液反应将形成稳定的HA.例如,Ca3(PO4)2植入体内后,在其表面发生下列反应[4]:4Ca3(PO4)2+2H2OCa10(PO4)6(OH)2+Ca2+2HPO2-4从上式可知,反应升高了体液的pH值,从而进一步增加了TCP的溶解(吸收)和HA的形成.钙磷比在决定磷酸钙体内溶解性和吸收趋势上起着重要作用,烧结材料中的微孔可以增加这些相的溶解性[1].第19卷第2期佳木斯大学学报(自然科学版)Vol.19No.22001年6月 JournalofJiamusiUniversity(NaturalScienceEdition)June.2

多孔陶瓷材料的应用及发展方向

多孔陶瓷材料的应用及发展方向 摘要 :介绍新型材料多孔陶瓷的特性和在诸多领域的应用,以及未来多孔陶瓷的发展方 向。 关键词 :多孔陶瓷;应用;发展方向 引言 在全球经济发展的浪潮中,环境与资源是人类遇到的两大难题,人们对节省资源、保 护环境的要求越来越高。多孔陶瓷正是适应了这种形势发展需求的新材料,它能够提高效 率、节约能源,尤其在环境保护方面发挥着越来越大的作用。多孔陶瓷在各行各业的应用 已经越来越普遍地体现出了这两大方面的意义。可以预计,多孔陶瓷将成为非常有活力、 有发展前途的新的经济增长点。 多孔陶瓷是一种经高温烧成、内部具有大量彼此相通并与材料表面也相贯通的孔道结 构的陶瓷材料。多孔陶瓷的种类很多,目前研制及生产的所有陶瓷材料几乎均可以通过适 当的工艺制成多孔体。 多孔陶瓷材料一般具有以下特性:化学稳定性好,通过材质的选择和工艺的控制,可 制成使用于各种腐蚀环境的多孔陶瓷;具有良好的机械强度和刚度,在气压、液压或其他 应力载荷下,多孔陶瓷的孔道形状和尺寸不会发生变化;耐热性好,用耐高温陶瓷制成的 多孔陶瓷可过滤熔融钢水和高温气体;具有高度开口、内连的气孔;几何表面积与体积比 高;孔道分布较均匀,气孔尺寸可控,在0.05~600μm范围内可以制出所选定孔道尺寸的多 孔陶瓷制品。 多孔陶瓷的应用 1

、金属铸造 多孔陶瓷在铸造业中的一个非常重要应用就是用作熔融金属过滤器。陶瓷过滤器净化 金属液的机理除了机械和反应过滤外,更重要的是对金属液起“整流”作用,这种作用使 得金属液渣包被破坏,同时延长渣上浮时间,从而达到净化金属液的作用。自从 60 年代中 期多孔陶瓷过滤器首次用于处理铝合金以来,陶瓷材料的发展及浇铸操作技术的提高已使 它们的应用扩大到包括熔模精密铸造、钢铸造工业及工业铸件等方面,即提高它们的机械 性能,降低铸件废品率,提高铸件工艺出品率,延长金属切削加工刀具寿命等。多孔陶瓷 过滤器在钢的连铸中的应用使钢水的洁净度和产量得到提高,不仅降低了非金属夹杂物含 量,而且有效地减少了水口堵塞。近年来,工业发达国家所有的铸件几乎全部采用多孔陶 瓷型内过滤浇铸工艺,并把此项工艺作为生产优质铸件的关键技术。 多孔陶瓷在铸造业中的另一个重要应用就是用于制备金属基—网状陶瓷复合材料,这 种材料系用铸造方法在预制多孔陶瓷中浇入金属而成。由于这类材料比普通铸件具有较大的阻尼系数,它将为机械工程解决振动问题提供了一条新的途径。 2 、石油化工 对于具有连通气孔的多孔陶瓷,当通过流体时,骨架对流体具有很好的接触、搅拌效 果以及阻挡大颗粒的作用。这些特性使得多孔陶瓷在化工生产中具有重要应用,如除臭装 置等用的催化剂载体、气体吸收塔、蒸馏塔的填料以及流化床中的过滤器等。利用多孔陶 瓷向液体中吹入反应气体,用吹氧方法培养微生物等。利用多孔陶瓷制成的酸性溶液电解 用隔膜,可以防止电极间生成的物质与电解液相混合,提高电解效率。 3 、核电工业

陶瓷生产工艺设计

一陶瓷生产工艺流程 二原料 菱镁矿,煤矸石,工业氧化铝,氧化钙,二氧化硅,氧化镁。三坯料的制备 1原料粉碎 块状的固体物料在机械力的作下而粉碎,这种使原料的处理操作,即为原料粉碎。(1)粗碎 粗碎装置常采用颚式破碎机来进行,可以将大块原料破碎至40-50毫米的碎块,

这种破碎机是无机材料工厂广泛应用的醋碎和中碎机械。是依靠活动颚板做周期性的往复运动,把进入两颚板间的物料压碎,颚式破碎机具有结构简单,管理和维修方便,工作安全可靠,使用范围广等优点。它的缺点是工作间歇式,非生产性的功率消耗大,工作时产生较大的惯性力,使零件承受较大的负荷,不适合破碎片状及软状粘性物质。破碎比较大的破碎机的生产能力计算方法如下: G=0.06upkbsd/tanq 式中G破碎机生产能力,Kg/h u物料的松动系数,0.6-0.7 P物料的密度 K每分钟牙板摆动次数,次/MIN b进料口长度,单位米 S牙板之开程单位米 Q钳角D破碎后最大物料的直单位毫米 (2)中碎 碾轮机是常用的中碎装置。物料是碾盘与碾轮之间相对滑动与碾轮的重力作用下被碾磨与压碎的,碾轮越重尺寸越大,则粉碎力越强。陶瓷厂用于制备坯釉料的轮碾机常用石质碾轮和碾盘。一般轮子直径为物料块直径的14-40倍,硬质物料取上限,软质物料物料下限。 轮碾机碾碎的物料颗粒组成比较合理,从微米颗粒到毫米级粒径,粒径分布范围广,具有较合理的颗粒范围,常用于碾碎物料。 (3)细碎 球磨机是陶瓷厂的细碎设备。在细磨坯料和釉料中,其起着研磨和混合的作用。陶瓷厂多数用间歇式湿法研磨坯料和釉料,这是由于湿式球磨时水对原料的颗粒表面的裂缝有劈尖作用,其研磨效率比干式球磨高,制备的可塑泥和泥浆的质量比矸干磨得好。泥浆除铁比粉除铁磁阻小效率高,而且无粉尘飞扬。 (4)筛分 筛分是利用具有一定尺寸的孔径或缝隙的筛面进行固体颗粒的分级。当粉粒经过筛面后,被分级成筛上料和筛下料两部分。筛分有干筛和湿筛。干筛的筛分效率主要取决于物料温度。物料相对筛网的运动形式以及物料层厚度。当物料湿度和粘性较高时,容易黏附在筛面上,使筛孔堵塞,影响筛分效率。当料层较薄而筛面与物料之间相对运动越剧烈时,筛分效率就越高,湿筛和干筛的筛分效果主要却决于料将的稠度和黏度。 陶瓷厂常用的筛分机有摇动筛,回转筛以及振筛。 (5)除铁 (6)A磁选条件 坯料和釉料中混有铁质将使制品外观受到影响,如降低白度,产生斑点。因此,原料处理与坯料制备中,除铁是一个很重要的工序。 从物理学中,作用在单位质量颗粒上磁力为 F=RHdH/dh

纳米陶瓷材料制备技术

纳米陶瓷材料制备技术 邱安宁5990519118 F9905104 1.概述 陶瓷材料作为材料的三大支柱之一,在日常生活及工业生产中起着举足轻重的作用.但是,由于传统陶瓷材料质地较脆,韧性、强度较差,因而使它的应用受到了较大的限制,随着纳米技术的广泛应用,纳米陶瓷随之产生,希望以此来克服陶瓷材料的脆性,使陶瓷具有象金属一样的柔韧性和可加工性.英国著名材料专家Cahn指出纳米陶瓷是解决陶瓷脆性的战略途径,因此纳米陶瓷的研究就成了当今材料科学研究的热点领域. 纳米材料一般指尺寸为1~100nm,处于原子团族和宏观物体交接区域内的粒子.而从原子团族制备材料的方法,称这为纳米技术.纳米材料由于具有表面效应、体积效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应而产生奇异的力学、电学、磁学、热学、光学和化学活性等特性,它既是一种新材料又是新材料的重要原料[3 ].所谓纳米陶瓷,是指显微结构中的物相具有纳米级尺度的陶瓷材料,也就是说晶粒尺寸、晶界宽度、第二相分布、缺陷尺寸等都是在纳米量级的水平上.由于界面占有可与颗粒相比拟的体积百分比,小尺寸效应以及界面的无序性使它具有不同于传统陶瓷的独特性能. 本文将描述纳米陶瓷的主要制备技术及加工中的理论问题,并利用在材料加工的原理就其典型应用进行讨论。 2.加工中的理论问题 2.1决定陶瓷性能的主要因素 决定陶瓷性能的主要因素组成和显微结构,即晶粒、晶界、气孔或裂纹的组合性状,其中最主要的是晶粒尺寸问题,晶粒尺寸的减小将对材料的力学性能产生很大影响.图1是陶瓷材料的晶粒尺寸与强度的关系图,其中的实线部分是现在已达到的,而延伸的虚线部分则是希望达到的[2 ].从图中可见晶粒尺寸的减小将使材料的力学性能有数量级的提高,同时,由于晶界数量级的大大增加,使可能分布于晶界处的第二相物质的数量减小,晶界变薄使晶界物质对材料性能的负影响减小到最低程度;其次,晶粒的细化使材料不易造成穿晶断裂,有利于提高材料韧性;再次,晶粒的细化将有助于晶粒间的滑移,使材料具有塑性行为.因此,纳米陶瓷将使材料的强度、韧性和超塑性大大提高,长期以来人们追求的陶瓷增韧和强化问题在纳米陶瓷中可望得到解决[4, 5]. 2.2扩散及烧结 由于纳米材料中有大量的界面,这些界面为原子提供了短程扩散途径及较高的扩散速率,并使得材料的烧结驱动力也随之剧增,这大大加速了整个烧结过程,使得烧结温度大幅度降低.纳米陶瓷烧结温度约比传统晶粒陶瓷低6 0 0℃,烧结过程也大大缩短[3 , 5],以纳米TiO2 陶瓷为例,不需要加任何助剂,1 2nmTiO2 粉可以在低于常规烧结温度40 0~6 0 0℃下进行烧结,同时陶瓷的致密化速率也迅速提高[3 ].通过对Y2 O3 浓度为3%的ZrO2 纳米粉末的致密化和晶粒生长这2个高温动力学过程进行研究表明,由于晶粒尺寸小,分布窄,晶界与气孔的分离区减小以及烧结温度的降低使得烧结过程中不易出现晶粒的异常生长.控制烧结的条件,已能获得晶粒分布均匀的陶瓷体[6].美国和西德同时报道,成功地制备了具有清洁界面的纳米陶瓷TiO2 (1 2nm),与粒度为 1 . 3μmTiO2 陶瓷相比得到相同硬度,而烧结温度降低,因而,纳米粉末的出现,大大改变了材料的烧结动力

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