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材料导报:综述篇
2010年9月(上)第24卷第9期
羟基磷灰石热稳定性研究进展*
兴勇2,崔学民,昝青峰,韩要丛2,王晨2,董利民2
(1广西大学化学化工学院,南宁530004;2清华大学核能与新能源技术研究院精细陶瓷北京市重点实验室,北京100084)
摘要概述了化学计量比HA及缺钙型HA在高温下的热分解机制,综述了国内外对HA热稳定性研究的成
果,总结了通过提高钙比、向晶格中引入F或K+、改变测试气氛等提高HA热稳定性的方法及其机理,展望了制
备高温稳定的HA粉末和晶须的研究方向和可能的途径。
关键词羟基磷灰石晶须热稳定性分解机制
The Thermal Stability of Hydroxyapatite: A Review
XUE Xingyongl2, CUI Xuemin ZAN Qingfeng, HAN Yaocong.2
WANG Chen, DONG Limin
(1 School of Chemistry and Chemical Engineering, Guangxi University, Nanning 530004; 2 Beijing Key Laboratory
of Fine Ceramics, Institute of Nuclear and New Energy Technology, Tsinghua University, Beijing 100084)
Abstract The mechanisms of decomposition about stoichiometric HA and calcium-deficient HA are described
firstly, then the research results on thermal stability of HA are reviewed. And some methods to improve the thermal
stability of HA, such as increasing Ca/, introducing other ions into crystal lattice of HA, changing atmosphere of
testing and so on, are summarized. The possible routes of preparing HA with high thermal stability are put forward.
Key words hydroxyapatite, whisker, thermal stability, mechanism of decomposition
0引
性的研究较多,但还没有HA热稳定性相关综述性文章的报
道,基于此,本文首先介绍HA的热分解机制,然后综述国内
羟基磷灰石(HA)由于与人体硬组织如骨、牙等具有相外研究HA热稳定性的最新成果,最后展望制备高温稳定
似的无机矿物成分和结构,因而具有良好的生物相容性和生HA材料的方法和工艺。
物活性,是理想的骨移植替代材料,已被成功应用在牙科和
矫形学上。尽管A涂层已被应用在承重骨移植的场1HA热分解机制
合,但对于块体HA来说其断裂韧性与人骨相比非常低的
HA化学式为Cao(PO)。(OH)2,Ca/P物质的量比为
仅为IMPa?ml2左右,而人骨的断裂初性为2~12MPa?1.67,属六方晶系,化学计量比的HA具有较高的高温稳定
m'/2,因而目前HA主要还是应用在非承重的骨替代部位。性,而非化学计量比的HA高温稳定性会不同程度地降低
为提高HA陶瓷材料的强度和韧性,各种晶须被加人到HA
Cihlar等认为,化学计量比的HA分解包括两个阶
基体中,如SC1、Si3N、CI的、Al2O及金属晶须り等。段,第一阶段是水分排除过程(如式(1)所示),这个过程是可
尽管这些晶须的加入在一定程度上可以提高HA陶瓷的韧逆的,对HA的性质影响不大。这一阶段中,随着温度的升
性,但同时也大大降低了HA陶瓷的生物相容性和生物活高,HA逐渐失去水分变为氧羟基磷灰石( Hydroxyoxyapa-
性。此时,人们将关注的目光逐渐集中在与基体材料具有相tite,Cao(PO1)aO(OH)21-,HOA,0≤x≤1)。在这一过
似的生物学特性的HA系列增强材料上,因而近年来HA增程中,有40%~50%水分移除,同时伴随有约30%体积收
强材料逐渐引起了人们的重视-,晶须和纤维作为较佳的缩。
形式已被采用-
2Cas(PO4)2OH→
用HA晶须或纤维增强生物陶瓷材料,需要在高温下对
Cao(PO)6O(OH)20-2+XH>O
陶瓷材料进行烧结,而目前文献报道所制备的HA晶须或纤
第二阶段是HOA分解产生磷酸三钙,这一过程是不可
维往往是缺钙型的,在高温下容易发生分解,造成成分和形逆的,对HA力学性能影响很大。反应如下:
貌上的变化6,11,无法实现增强增韧的作用。因此,研究
Ca1(PO,)so, (OH)2(-,--3CA(PO, )2+
HA的热稳定性显得尤为重要。目前国内外对HA热稳定
CaO+(1ーx)H2O
米国家自然科学基金(30872639)
薛兴勇:男,1985年生,硕士研究生,主要研究方向为生物材料、水泥材料等答青峰;通讯作者Tel:010-89796112E-ma
cango(@ tsinghua. edu cn