生物陶瓷(Bioceramics)是指用作特定的生物或生理功能的一類陶瓷材料，即直接用於人體或與人體直接相關的生物、醫用、生物化學等的陶瓷材料。作為生物陶瓷材料，需要具備如下條件：生物相容性，力學相容性，與生物組織有優異的親和性，抗血栓，滅菌性並具有很好的物理、化學穩定性。

生物陶瓷原來用於鑲牙，現在已成為當今醫學領域一個不可缺少的重要部分。

生物陶瓷

生物硬組織代用材料有體骨、動物骨，後來發展到採用不鏽鋼和塑膠，由於這些生物材料在生物體中使用，不鏽鋼存在溶析、腐蝕和疲勞問題，塑膠存在穩定性差和強度低的問題。目前世界各國相繼發展了生物陶瓷材料，它不僅具有不鏽鋼塑膠所具有的特性，而且具有親水性、能與細胞等生物組織表現出良好的親和性。

因此生物陶瓷具有廣闊的發展前景。生物陶瓷除用於測量、診斷治療等外，主要是用作生物硬組織的代用材料。可用於骨科、整形外科、牙科、口腔外科、心血管外科、眼外科、耳鼻喉科及普通外科等方面。

生物陶瓷作為硬組織的代用材料來說，主要分為生物惰性和生物活性兩大類。

1、生物惰性陶瓷材料

生物惰性陶瓷主要是指化學效能穩定，生物相溶性好的陶瓷材料。這類陶瓷材料的結構都比較穩定，分子中的鍵力較強，而且都具有較高的機械強度，耐磨性以及化學穩定性，它主要有氧化鋁陶瓷、單晶陶瓷、氧化鋯陶瓷、玻璃陶瓷等。

2、生物活性陶瓷材料

生物活性陶瓷包括表面生物活性陶瓷和生物吸收性陶瓷，又叫生物降解陶瓷。生物表面活性陶瓷通常含有羥基，還可做成多孔性，生物組織可長入並同其表面發生牢固的鍵合；生物吸收性陶瓷的特點是能部分吸收或者全部吸收，在生物體內能誘發新生骨的生長。

生物活性陶瓷有生物活性玻璃（磷酸鈣系），羥基磷灰和陶瓷，磷酸三鈣陶瓷等幾種。

1、 玻璃生物陶瓷

玻璃陶瓷也稱微晶玻璃或微晶陶瓷。

1、玻璃陶瓷的生產工藝過程為：

配料製備→配料熔融→成型→加工→晶化熱處理→再加工

玻璃陶瓷生產過程的關鍵在晶化熱處理階段：第一階段為成核階段，第二階段為晶核生長階段，這兩個階段有密切的聯絡，在A階段必須充分成核，在B階段控制晶核的成長。

玻璃陶瓷的析晶過程由三個因素決定。第一個因素為晶核形成速度；第二個因素為晶體生長速度；第三個因素為玻璃的粘度。這三個因素都與溫度有關。玻璃陶瓷的結晶速度不宜過小，也不宜過大，有利於對析晶過程進行控制。為了促進成核，一般要加入成核劑。一種成核劑為貴金屬如金、銀、鉑等離子，但價格較貴，另一種是普通的成核劑，有TiO2、ZrO2、P2O5、V2O5、Cr2O3、MoO3、氟化物、硫化物等。

2、玻璃陶瓷的結構與效能及臨床應用

玻璃陶瓷是由結晶相和玻璃相組成的，無氣孔，不同於玻璃，也不同於陶瓷。其結晶相含量一般為50%-90%，玻璃相含量一般為5%-50%，結晶相細小，一般小於1-2/μm，且分佈均勻。因此，玻璃陶瓷一般具有機械強度高，熱效能好，耐酸、鹼性強等特點。

國內外就SiO2-Na2O-CaO-P2O5系統玻璃陶瓷，Li2O-Al2O3-SiO2系統玻璃陶瓷，SiO2-Al2O3-MgO-TiO2-CaF系統玻璃陶瓷等進行了生物臨床應用。發現它們具有良好的生物相溶性，沒有異物反應。此外生物硬組織代用材料還有碳質材料，二氧化鈦陶瓷，二氧化鋯陶瓷材料等多種。

2、 單晶生物陶瓷

單晶生物陶瓷是一種新型的生物陶瓷材料，屬氧化鋁單晶。氧化鋁單晶也稱寶石，新增劑不同，製得單晶材料顏色不同，如紅寶石、藍寶石等。氧化鋁單晶有許多特性，如機械強度、硬度、耐腐蝕性都優於多晶氧化鋁陶瓷，其生物相溶性、安定性、耐磨性也優於多晶氧化鋁陶瓷。

1、氧化鋁單晶的生產工藝

氧化鋁單晶的生產工藝有提拉法、導模法、氣相化學沉積生長法、焰熔法等。

a。 提拉法

即是把原料裝入坩堝內，將坩堝置於單晶爐內，加熱使原料完全熔化，把裝在籽晶杆上的籽晶浸漬到熔體中與液麵接觸，精密地控制和調整溫度，緩緩地向上提拉籽晶杆，並以一定的速度旋轉，使結晶過程在固液介面上連續地進行，直到晶體生長達到預定長度為止。

提拉籽晶杆的速度1。0-4mm/min 坩堝的轉速為10r/min，籽晶杆的轉速為25r/min

b。 導模法

簡稱EFG法。在擬定生長的單晶物質熔體中，放頂面下所擬生長的晶體截面形狀相同的空心模子即導模，模子用材料應能使熔體充分潤溼，而又不發生反應。

由於毛細管的現象，熔體上升，到模子的頂端面形成一層薄的熔體面。將晶種浸漬到基中，便可提拉出截面與模子頂端截面形狀相同的晶體。

c。 氣相化學沉積生長法

將金屬的氫氧化物、鹵化物或金屬有機物蒸發成氣相，或用適當的氣體做載體，輸送到使其凝聚的較低溫度帶內，透過化學反應，在一定的襯底上沉積形成薄膜晶體。

d。 焰熔法

將原料裝在料斗內，下降透過倒裝的氫氧焰噴嘴，將其熔化後沉積在保溫爐內的耐火材料託柱上，形成一層熔化層，邊下降託柱邊進行結晶。用這種方法晶體生長速度快、工藝較簡單，不需要昂貴的銥金坩堝和容器，因此較經濟。

e。 單晶氧化鋁臨床應用。

它用作人工關節柄與氧化鋁多晶陶瓷相比具有比較高的機械強度，不易折斷。它還可以作為損傷骨的固定材料，主要用於製作人工骨螺釘，比用金屬材料製成的人工骨螺釘強度高。可以加工成各種齒用的尺寸小、強度大的牙根，由於氧化鋁單晶與人體蛋白質有良好的親合效能，結合力強，因此有利於牙齦粘膜與異齒材料的附著。

3、 羥基磷灰石生物陶瓷

1、羥基磷灰石陶瓷的製造工藝

a。 固相反應法

這種方法與普通陶瓷的製造方法基本相同，根據配方將原料磨細混合，在高溫下進行合成：

1000-1300℃

6CaHPO4·2H2O+4CaCO3 Ca10(PO4)6(OH)2+4CO2+4H2O

b。

水熱反應法

將CaHPO4與CaCO3按6：4摩爾比進行配料，然後進行24h溼法球磨。將球磨好的漿料倒入容器中，加入足夠的蒸餾水，在80-100℃恆溫情況下進行攪拌，反應完畢後，放置沉澱得到白色的羥基磷灰石沉澱物，其反應式如下：

6CaHPO4+4CaCO3═Ca10(PO4)6(OH)2+4CO2+2H2O

c。

沉澱反應法

此法用Ca(NO3)2與(NH4)2HPO4進行反應，得到白色的羥基磷灰石沉澱。其反應如下：

10Ca(NO3)2+6(NH4)2HPO4+8NH3·H2O+H2O=Ca10(PO4)6(OH)2+20NH4NO3+7H2O

此外，還有其它方法可製成羥基磷灰石。

2、羥基磷灰石陶瓷的效能應用

合成的羥基磷灰石的結構與生物骨組織相似，因此合成羥基磷灰石具有與生物體硬組織相同的效能。如Ca：P≈1。67，密度≈3。14，機械強度大於10MPa，對生物無毒，無刺激，生物相溶性好，不被吸收，能誘發新有的生長。

目前國內外已將羥基磷灰石用牙槽、骨缺損、腦外科手術的修補、填充等，用於製造耳聽骨鏈和整形整容的材料。此外，它還可以製成人工骨核治療骨結核。

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