添加氧化锌的氮化硅生物陶瓷材料的制备与性能研究

发布时间：2020-05-16 18:01

【摘要】：氮化硅具有良好的生物相容性和力学性能,成为越来越多人研究的热点,但其抗菌性能低,限制了其在生物医学领域的许多方面的使用,本实验采用气氛压力烧结工艺,在Si_3N_4中掺加四针状ZnO晶须,纳米ZnO,纳米ZnO/四针状ZnO晶须复合抗菌剂,以期待制备出抗菌性能好、综合性能优越的氮化硅生物陶瓷材料。在烧结温度1600℃、1650℃、1700℃、1750℃,烧结压力为4MPa,保温时间为2小时的工作条件下,通过气氛压力烧结工艺制备氮化硅陶瓷材料,测试结果表明,随着温度的升高材料的抗弯强度先增加后减小,陶瓷材料的硬度和断裂韧性也随烧结温度升高呈先增加后减小的趋势。烧结温度的升高有利于Si_3N_4陶瓷材料的致密化,改善了陶瓷材料的力学性能,最终确定适宜的烧结温度为1700℃,此时复合材料的密度、收缩率、维氏硬度、弯曲强度和断裂韧性分别为3.21g/cm~3、19.49%、612MPa、2060HVI和6.68MPa·m~(1/2)。在烧结温度1700℃,烧结压力为4MPa,保温2h的工艺条件下,通过气氛压力烧结工艺制备了添加ZnO的氮化硅生物陶瓷材料,研究不同种类ZnO的掺加量对氮化硅陶瓷抗菌性能、力学性能、微观结构等的影响,其中最主要研究其抗菌性能的影响。实验结果表明:添加纳米ZnO的氮化硅生物陶瓷材料的抗菌性能效果并不理想,且综合性能随着纳米ZnO的增加而变弱,添加四针状ZnO晶须、添加纳米ZnO和四针状ZnO晶须复合的氮化硅生物陶瓷材料的抗菌性能显著提高,其综合性能随着ZnO的增加而稍稍降低,最终确定其抗菌效果最好、综合性能较为优越的氮化硅生物陶瓷材料为:纳米ZnO/四针状ZnO晶须复合抗菌剂的添加量3wt%,此时其密度、收缩率、维氏硬度、弯曲强度和断裂韧性分别为3.34g/cm~3、19.29%、579MPa、2005HVI和6.03MPa·m~(1/2),对大肠埃希菌的抑菌率为99.93%,对金黄色葡萄球菌的抑菌率为99.99%。
【图文】：

氮化硅制备的用于人体关节造型和脊柱重建的制品

图 1.2 氮化硅陶瓷的晶体结构Si3N4属于六方晶系，晶型包括α-Si3N4和β-Si3N4两种结构。α-Si3N4中每个晶胞子，，在结构上，Si-N 原子层按 ABCDABCD……次序堆垛成六方结构；β-Si3N4胞有两个分子，在结构上，Si-N 原子层按 ABAB……次序排列成六方结构，
【学位授予单位】：济南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ174.1

【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 李福泉;王树立;陈彦宾;邹帅;;Ti6Al4V表面激光熔覆生物陶瓷复合涂层研究[J];中国激光;2015年06期

2 董波;李益玲;贾小可;刁天骄;;氧化锌晶须改性光固化复合树脂的力学性能和抑菌性[J];中国体视学与图像分析;2014年04期

3 张潇雯;乔萍丽;吴艳芬;吴凤鸣;;氧化锌晶须填料对义齿基托树脂力学性能的影响[J];口腔生物医学;2013年03期

4 李端;张长瑞;李斌;曹峰;王思青;;氮化硅高温透波材料的研究现状和展望[J];宇航材料工艺;2011年06期

5 孙昌;孙康宁;;生物陶瓷在口腔医学领域的研究进展[J];江苏陶瓷;2011年04期

6 丁帅;;天然抗菌剂及其应用[J];山东纺织科技;2010年05期

7 钟爱喜;彭利辉;潘小波;刘光雪;李荣婷;;金沉积烤瓷冠与氧化铝全瓷冠修复疗效的临床观察研究[J];中国美容医学;2010年06期

8 伊元夫;王晨;温宁;林勇钊;田杰谟;;牙科着色氧化钇稳定四方多晶氧化锆陶瓷的结构与性能[J];华西口腔医学杂志;2009年05期

9 王东;刘永胜;成来飞;张立同;徐永东;;氮化物高温透波材料及其应用研究进展[J];航空制造技术;2008年03期

10 丁衡高;朱荣;;微米纳米科学技术发展及产业化启示[J];纳米技术与精密工程;2007年04期

本文编号：2667099