氧化锆陶瓷的配方比例是怎么样的

氧化锆陶瓷具有相变增韧和微裂纹增韧，所以有很高的强度和韧性，被誉为“陶瓷钢”，在所有陶瓷中它的断裂韧性是最高。具有优异的室温机械性能。在此基础上，我们对氧化锆配方和工艺进行优化，获得了细晶结构的高硬度、高强度和高韧性的氧化锆陶瓷。高硬度、高强度和高韧性就保证了氧化锆陶瓷比其它传统结构陶瓷具有不可比拟的耐磨性。具有细晶结构的陶瓷通过加工可以获得很低的表面粗糙度（<0.1u m）。因而减少陶瓷表面的摩擦系数，从而减少磨擦力，提高拉丝的质量（拉出的丝光滑无毛刺，且不易断丝）。

氧化锆的这种细晶结构具有自润滑作用，在拉丝时会越拉越光。氧化锆陶瓷的弹性模量和热膨胀系数与钢材相近，因而能有机的与钢件组合成复合拉线轮，不会因受热膨胀不一致而造成损坏或炸裂。 使用证明氧化锆陶瓷拉线轮是现代高速拉线机的理想配件。

氧化锆陶瓷是一种新型高技术陶瓷，它与传统的氧化铝陶瓷相比具有以下优点：

1、高强度，高断裂韧性和高硬度

2、优良的耐磨损性能

3、弹性模量和热膨胀系数与金属相近

4、低热导率。

氧化锆陶瓷菜刀切肉切菜很好用，不能砍骨头！

陶瓷刀的主要原材料为氧化锆，这个材料突出优点是硬度非常高，抗氧化抗菌，耐磨性是普通钢刀的60倍，所以普通钢刀需要几个月磨一次，而陶瓷刀使用六七年还要比钢刀锋利。

如果陶瓷刀使用久了，感觉不太锋利了，建议和陶瓷刀厂家联系，精城特瓷陶瓷刀就包含磨刀服务，免除消费者的后顾之忧，消费者切不可自己在家拿磨刀石去磨，因为陶瓷刀的硬度非常高，很可能把磨刀石都给磨没了，而且这样对陶瓷刀刀刃会造成损坏。

陶瓷广义的定义是：用无机非金属材料通过陶瓷的工艺制成的产品.

陶瓷刀属于特种陶瓷。陶瓷刀是采用高纯超细氧化锆粉为原料,经喷雾造粒、等静压成形、精密加工等多种工序制造而成的,具有硬度高、耐腐蚀性强、化学稳定性好,高耐磨性、高韧性等特点,外型美观精致,刃口锋利无比,是真正意义上的永不磨损,永不腐蚀的刀。

氧化锆陶瓷在高温下的晶格稳定，一到常温下晶格相就受损，所以94.4%的氧化锆在常温下达到稳定状态必须添加5.6%稳定剂（稀土等），粉末干压成型，烧结1560℃而成，硬度和韧性就会超过99%氧化铝陶瓷，它的耐磨性和抗冲击性就超过了99%氧化铝陶瓷。如果不添加稳定剂，陶瓷就容易开裂，所以氧化锆球作为研磨材料，是因为它具备硬度和韧性都很大的。

所以精城特瓷的耐磨陶瓷的特点突出，如下：

1.硬度高，耐磨性能优异

氧化铝陶瓷采用95%AL2O3添加多种耐磨材料的独特配方，氧化铝95%、 Cr2O31.5%、TiO20.3%、 SiO21.8%、 Fe2O30.2%、  Na2O0.2%、稀土1%。100吨干压成型，具有密度大、韧性高、耐磨损等特点。经中科院上海硅酸盐研究所检测，精城特瓷生产的耐磨陶瓷的耐磨性相当于锰钢的266倍，高铬铸铁的171.5倍。

2.韧性强（抗冲击性能优异）

一般公司达不到，湖南精城公司生产的耐磨陶瓷在配方中引入了与Al2O3晶格很相近的Cr2O3和TiO2，同时添加了从日本东芝公司引进的ZnO晶须，在烧结过程中与Al2O3形成固熔体，起到细化晶粒，促进烧结和提高断裂韧性的作用，氧化铝断裂韧性达到KIC≥4.8Mpa.m1/2，氧化锆陶瓷的断裂韧性KIC≥7.5Mpa.m1/2，同时，陶瓷下面增加橡胶层弹性好，对大块物料的冲击具有良好的缓冲能力。

如果需要的话，可以登录湖南精城特瓷有限公司网站查询电话找魏经理。

耐磨管、陶瓷耐磨管、耐磨陶瓷衬板、重介旋流器、陶瓷刀旋风分离器、耐磨陶瓷滚筒包胶、耐磨陶瓷二合一衬板、耐磨陶瓷三合一衬板溜槽、管道等等。

大家都知道天然氧化铝是刚玉，莫式硬度为9，立方氧化锆的莫式硬度为8.5，但是从工业耐磨陶瓷防磨使用的角度来看，并非硬度越高越好，还要看陶瓷韧性，硬度和韧性都要高，才能说是最好的耐磨陶瓷。并不是说氧化锆陶瓷就不如氧化铝陶瓷，氧化锆陶瓷在高温下的晶格相非常稳定，还原到常温下氧化锆陶瓷晶格就受损。因此常温下就纯氧化铝和纯氧化锆来说氧化铝的硬度更高，理论也就更耐磨。但是氧化铝耐磨陶瓷是混合体，它是经过人工配料然后干压成型、烧结1680℃而成的，并非纯纯的刚玉。因此要看陶瓷的氧化铝含量，有的厂家有85%氧化铝陶瓷，92%氧化铝陶瓷，95%氧化铝陶瓷，99%氧化铝陶瓷等多种陶瓷，精城耐磨陶瓷在这个耐磨陶瓷行业研究很深很专业，精城生产的耐磨陶瓷洛氏硬度为hra82-90，断裂韧性kic≥7.5mpa.m1/2，硬度仅次于金刚石。

增韧氧化铝陶瓷是在氧化铝的基础上增加一定的氧化锆陶瓷配料，耐磨性和韧性介于氧化铝陶瓷和氧化锆陶瓷之间，因为氧化锆陶瓷的价格较高，使用者一次性投入比较大，生产使用最多的厂家主要是欧美企业和必和必拓等大集团。

而氧化锆陶瓷在高温下的晶格稳定，一到常温下晶格相就受损，所以94.4%的氧化锆在常温下达到稳定状态必须添加5.6%稳定剂（稀土等），粉末干压成型，烧结1560℃而成，硬度和韧性就会超过99%氧化铝陶瓷，它的耐磨性和抗冲击性就超过了99%氧化铝陶瓷。如果不添加稳定剂，陶瓷就容易开裂，所以氧化锆球作为研磨材料，是因为它具备硬度和韧性都很大的。

所以精城特瓷的耐磨陶瓷的特点突出，如下：

1.硬度高，耐磨性能优异

氧化铝陶瓷采用95%al2o3添加多种耐磨材料的独特配方，氧化铝95%、

cr2o31.5%、tio20.3%、

sio21.8%、

fe2o30.2%、

na2o0.2%、稀土1%。100吨干压成型，具有密度大、韧性高、耐磨损等特点。经中科院上海硅酸盐研究所检测，精城特瓷生产的耐磨陶瓷的耐磨性相当于锰钢的266倍，高铬铸铁的171.5倍。

2.韧性强（抗冲击性能优异）

一般公司达不到，精城生产的耐磨陶瓷在配方中引入了与al2o3晶格很相近的cr2o3和tio2，同时添加了从日本东芝公司引进的zno晶须，在烧结过程中与al2o3形成固熔体，起到细化晶粒，促进烧结和提高断裂韧性的作用，氧化铝断裂韧性达到kic≥4.8mpa.m1/2，氧化锆陶瓷的断裂韧性kic≥7.5mpa.m1/2，同时，陶瓷下面增加橡胶层弹性好，对大块物料的冲击具有良好的缓冲能力。

3.值得一提的是：

如果在离心作用力下工作的研磨介质材料最好选用氧化锆，其单斜晶型密度为5.85。而氧化铝的密度只有3.9-4.0。因此选氧化锆做研磨介质会产生更大的剪切力，提高研磨效率。

如果做为研磨罐，或轴承等部件的材料，则选择硬度更高的高纯氧化铝陶瓷效果会更好。如果需要的话，可以登录精城网站查询电话找魏先生。

硅酸锆陶瓷瓷釉低温配方用色料配方泉州四方色料，其漆膜光亮，纯锆珠是左侧偏白亮的那种，因氧化锆含量96%，又称95锆珠，TZP锆珠，高纯锆珠。右侧白色的为硅酸锆珠。

瓷釉又称陶瓷釉，覆盖在陶瓷制品表面的无色或有色的玻璃态薄层。

白釉：主要是含锆的陶瓷釉，它的成分大概如下：氧化硅50-55%，氧化铝4-8%，氧化镁2-5%，氧化硼3-7%，氧化锆6-10%，氧化锌6-10%，氧化钾2-6%，氧化钠，氧化铁、氧化钛少量。白釉是瓷器的本色釉。一般瓷土和釉料，都或多或少含有一些氧化铁，器物烧出后必然呈现出深浅不同的青色来。如果釉料中的铁元素含量小于0.75%，烧出来的就会是白釉，如果接近1%就是粉白釉。谢谢

陶瓷可是有很悠久的发展史了，人们早在8000年前就发明了陶瓷。而我们中国作为四大文明古国之一，陶瓷更是随着我国历史的发展而逐步变化，从尧舜时期就是通过彩陶来表示其发展的，到现在可以说有5000多年的历史了。陶瓷一直大都是通过工艺品的形式存在于生活中，一直是作为一直装饰的形式存在，而很多人都不知，新兴的陶瓷产品也可用于各种机械产品当中，下面，就让小编来为朋友们介绍一种新的陶瓷产品——蜂窝陶瓷。

蜂窝陶瓷一种结构似蜂窝形状的新型陶瓷产品。由最早使用在小型汽车尾气净化到今天广泛应用在化工、电力、冶金、石油、电子电器、机械等工业中，而且越来越广泛，发展前景相当可观。

蜂窝陶瓷可由多种材质制成。主要材质有: 堇青石、莫来石、钛酸铝、活性炭、碳化硅、活性氧化铝、氧化锆、氮化硅及堇青石一莫来石、堇青石一钛酸铝等复合基质。

活性炭粉末或颗粒制成蜂窝陶瓷形状后，大大提高了水处理的净化和废水处理能力，尤其在医药工业中抗菌素、激素、维生素、核酸针剂及各种针剂，药物等的脱水脱色去杂质等。

由于蜂窝陶瓷采用挤压成形，必须在主原料中加入各种添加剂来提高泥坯的可塑性和流动性，这些添加剂主要有粘结剂，增塑剂，解胶剂，润滑剂，润湿剂等。此外，还有保水剂，鳌合剂，静电防止剂，胶体保护剂和表面活性剂等。目前大都采用淀粉，羧甲基纤维素，聚乙烯醇作为粘结剂，桐油，硬脂酸等作润滑剂，甘油作增塑剂。

那么，蜂窝陶瓷有什么作用呢?蜂窝陶瓷按用途可以分为蓄热体、填料、催化剂载体和过滤材料四大类。

蜂窝陶瓷填料比其它形状填料的比表面积更大，强度更好等优点，可使汽液分布更均匀，床层阻力降低，效果更好，且可延长使用寿命，在石化、制药和精细化工行业中作填料效果相当好。

蜂窝陶瓷用在催化剂方面更具优势。以蜂窝状陶瓷材料为载体，采用独特的涂层材料，以贵金属，稀土金属及过渡金属制备，因而具有高的催化活性，良好的热稳定性，长的使用寿命，高强度等优点。

我们中国传统陶瓷的发展，可以说经历了一个非常非常漫长的过程，发展至今，我国陶瓷产品的种类已经非常丰富了，工艺也很多新颖了，如今在机械工程领域也有了涉及和发展，蜂窝陶瓷是近三十年来开发的一种陶瓷产品的新技术，用途也很广，比如作催化剂载体时，可以用于汽车净化、锅炉脱硝、工业除臭等还可做耐火窑具，可以快速烧成，能够提高产品的性能等多孔状薄壁的蜂窝陶瓷还有过滤柴油机燃气废气的功效。相信人的智慧是无穷的，陶瓷技术一定会不断进步的!

性状： 白色重质无定形粉末。无臭。无味。溶于2份硫酸和1份

二氧化锆结构

水的混合液中，微溶于盐酸和硝酸，慢溶于氢氟酸，几乎不溶于水。有刺激性。相对密度5.85。熔点 2680 ℃。沸点4300 ℃。硬度次于金刚石。

分子结构：低温时为单斜晶系，在1100℃以上形成四方晶型，在1900℃以上形成立方晶型。

化学性质

1、由灼烧二氧化锆水合物或挥发性含氧酸锆盐所得的二氧化锆为白色粉末，不溶于水[2]

ZrO2·xH2O

ZrO2+xH2O；

2、经由轻度灼烧所得的二氧化锆，比较容易被无机酸溶解

ZrO2+4H+=Zr4++2H2O

强热灼烧所得的二氧化锆只溶于浓硫酸和氢氟酸，经过熔融重结晶的二氧化锆只与氢氟酸作用；

3、二氧化锆是一种两性氧化物，与碱共熔可形成锆酸盐，但锆酸盐遇水容易水解为ZrO2·xH2O而沉淀。

ZrO2+2NaOH=Na2ZrO3+H2O

Na.ZrO3+H2O=ZrO2+NaOH；

4、二氧化锆与碳和氯气高温反应，或者与四氯化碳反应，生成四氯化锆及二氯氧化锆，水解又得到二氧化锆[3]

3ZrO2+2C+4Cl2=ZrCl4+2CO2+2ZrOCl2；

5、它在电弧中与碳作用生成碳化锆

ZrO2+2C=CO2+ZrC；

6、成斜锆石型的ZrO2 是黄色或棕色单色斜晶体不溶于水、盐酸和稀硫酸，溶于热浓氢氟酸、硝酸和硫酸。与碱共熔生成锆酸盐。化学性质非常稳定。用于制高级陶瓷、搪瓷、耐火材料。可由锆英石与纯碱共熔，用水浸出锆酸钠，与盐酸作用成二氯氧化锆，再煅烧而制得。

应用领域

金属锆及其化合物的原料

用于制金属锆和锆化合物、制耐火砖和坩锅、高频陶瓷、研磨材料、陶瓷颜料和锆酸盐等主要用于压电陶瓷制品、日用陶瓷、耐火材料及贵重金属熔炼用的锆砖、锆管、坩埚等。也用于生产钢及有色金属、光学玻璃和二氧化锆纤维。还用于陶瓷颜料、静电涂料及烤漆。用于环氧树脂中可增加耐热盐水的腐蚀。

耐火材料

氧化锆纤维是一种多晶质耐火纤维材料。由于ZrO2物质本身的高熔点、不氧化和其他高温优良特性，使得ZrO2纤维具有比氧化铝纤维、莫来石纤维、硅酸铝纤维等其他耐火纤维品种更高的使用温度。氧化锆纤维在1500 ℃以上超高温氧化气氛下长期使用，最高使用温度高达2200 ℃，甚至到2500 ℃仍可保持完整的纤维形状，并且高温化学性质稳定、耐腐蚀、抗氧化、抗热震、不挥发、无污染，是目前国际上最顶尖的一种耐火纤维材料。 ZrO2的耐酸碱腐蚀能力大大强于SiO2和Al2O3。不溶于水，溶于硫酸及氢氟酸；微溶于盐酸和硝酸。能与碱共熔生成锆酸盐。

燃气轮机

等离子喷涂二氧化锆热障涂层在航空及工业用燃气轮机上的应用已有很大进展，在一定限度内已经用于燃气轮机的涡轮部分。由于这种涂层可以降低气冷高温部件的温度50~200 ℃，因此可以显著地改善高温部件的耐久性,或者容许提高燃气温度或减少冷却气体的需用量而保持高温部件所承受的温度不变，从而提高发动机的效率。

陶瓷材料

因为氧化锆的折射率大、熔点高、耐蚀性强，故用于窑业原料。压电陶瓷制品有滤波器、扬声器超声波水声探测器等。还有日用陶瓷（工业陶瓷釉药）、贵重金属熔炼用的锆砖及锆管等。纳米级氧化锆还可以用作抛光剂、磨粒、压电陶瓷、精密陶瓷、陶瓷釉料和高温颜料的基质材料。

其他

此外氧化锆可用于白热煤气灯罩、搪瓷、白色玻璃、耐火坩埚等的制造。X射线照相。研磨材料。与钇一起用以制造红外线光谱仪中的光源灯，厚膜电路电容材料，压电晶体换能器配方。

生物陶瓷材料可分为生物惰性陶瓷(如Al2O3，ZrO2等)和生物活性陶瓷(如致密羟基磷灰石，生物活性玻璃等)。

生物惰性陶瓷

生物惰性陶瓷主要是指化学性能稳定、生物相溶性好的陶瓷材料。如氧化铝、氧化锆以及医用碳素材料等。这类陶瓷材料的结构都比较稳定，分子中的键合力较强，而且都具有较高的强度、耐磨性及化学稳定性。

1． 氧化铝生物陶瓷

单晶氧化铝c 轴方向具有相当高的抗弯强度，耐磨性能好，耐热性好，可以直接与骨固定。已被用作人工骨、牙根、关节、螺栓。并且该螺栓不生锈，也不会溶解出有害离子，与金属螺栓不同，勿需取出体外。60年代后期，广泛用作硬组织修复。70年代至80年代中期，世界许多国家如美国、日本、瑞士等国家，都对氧化物陶瓷，特别是氧化铝生物陶瓷进行了广泛的研究和应用。由于氧化铝陶瓷植入人体后表面生成极薄的纤维膜，界面无化学反应，多用于全臀复位修复术及股骨和髋骨部连接。通过火焰熔融法制造的单晶氧化铝，强度很高，耐磨性好，可精细加工，制成人工牙根、骨折固定器等。多晶氧化铝，即刚玉，强度大，用于制作人工髋关节，人工骨，人工牙根和关节。单晶氧化铝陶瓷的机械性能更优于多晶氧化铝，适用于负重大、耐磨要求高的部位，但其不足之处在于加工困难。中国陶瓷在实验室研究水准上完全可达到ISO 标准，但用于临床仍有一定差距，材料未达到ISO 标准。

（国际标准化组织（ISO）对于医用氧化铝植入制品的要求） 物理特性 氧化铝陶瓷 ISO标准

6474 氧化锆陶瓷 紧质骨 松质骨 质量分数/% 氧化铝>99.8 氧化铝>99.5 氧化锆>97 密度/(g·cm-3) >3.93 >3.90 6.05 1.6-2.1 平均粒径/mm-3 3-6 <7 0.2-0.4 表面粗糙度Ra/mm-3 0.02 0.008 硬度/HV 2300 >2000 1300 压缩强度/MPa 4500 2000 100-230 2-12 抗弯强度/MPa 595 >400 1000 50-150 杨氏模量/GPa 400 150 7-30 0.05-0.5 断裂人性K/(MPa·m1/2) 5-6 15 2-12 氧化铝单晶的生产工艺：氧化铝单晶的生产工艺有提拉法、导模法、气相化学沉积生长法、焰熔法等。

a、提拉法

即是把原料装入坩埚内，将坩埚置于单晶炉内，加热使原料完全熔化，把装在籽晶杆上的籽晶浸渍到熔体中与液面接触，精密地控制和调整温度，缓缓地向上提拉籽晶杆，并以一定的速度旋转，使结晶过程在固液界面上连续地进行，直到晶体生长达到预定长度为止。提拉籽晶杆的速度1.0-4mm/min 坩埚的转速为10r/min，籽晶杆的转速为25r/min

b、导模法

简称EFG法。在拟定生长的单晶物质熔体中，放顶面下所拟生长的晶体截面形状相同的空心模子即导模，模子用材料应能使熔体充分润湿，而又不发生反应。由于毛细管的现象，熔体上升，到模子的顶端面形成一层薄的熔体面。将晶种浸渍到基中，便可提拉出截面与模子顶端截面形状相同的晶体。

c、气相化学沉积生长法

将金属的氢氧化物、卤化物或金属有机物蒸发成气相，或用适当的气体做载体，输送到使其凝聚的较低温度带内，通过化学反应，在一定的衬底上沉积形成薄膜晶体。

d、焰熔法

将原料装在料斗内，下降通过倒装的氢氧焰喷嘴，将其熔化后沉积在保温炉内的耐火材料托柱上，形成一层熔化层，边下降托柱边进行结晶。用这种方法晶体生长速度快、工艺较简单，不需要昂贵的铱金坩埚和容器，因此较经济。

e、单晶氧化铝临床应用。

它用作人工关节柄与氧化铝多晶陶瓷相比具有比较高的机械强度，不易折断。它还可以作为损伤骨的固定材料，主要用于制作人工骨螺钉，比用金属材料制成的人工骨螺钉强度高。可以加工成各种齿用的尺寸小、强度大的牙根，由于氧化铝单晶与人体蛋白质有良好的亲合性能，结合力强，因此有利于牙龈粘膜与异齿材料的附着。

2． 氧化锆陶瓷

氧化锆陶瓷(Zirconia Bioceramics)是以ZrO2为主要成分的生物惰性陶瓷，其显著特征是具有高断裂韧性、高断裂强度和低弹性模量。氧化锆(ZrO2)具有极高的化学稳定性和热稳定性(Tm=2953K)，在生理环境中呈现惰性，具有很好的生物相容性。纯氧化锆具有三种同素异型体，在一定条件下可以发生晶型转变(相变)。在承受外力作用时，其 t 相向 m 相转变的过程需吸收较高的能量，使裂纹尖端应力松弛，增加裂纹扩散阻力而增韧，因而具有非常高的断裂韧性。

部分稳定的氧化锆和氧化铝一样，生物相容性良好，在人体内稳定性高，且比氧化铝断裂韧性、耐磨性更高，有利减少植入物尺寸和实现低摩擦、磨损, 用以制造牙根、骨、股关节、复合陶瓷人工骨、瓣膜等。上海的科学家还研制成功了等离子喷涂氧化锆人工骨与关节陶瓷涂层材料，并获得了国家发明奖。

（用于外科植入的氧化铝、氧化锆陶瓷性能比较） 性 质 氧化铝 氧化锆 密度(g/cm) 3.98 6.05 颗粒大小(mm) 3.6 0.2-0.4 抗弯强度(MPa) 595 1000 抗压强度(MPa) 4200 2000 杨氏模量(GPa) 400 150 硬度(HV) 2400 1200 断裂韧性KIC(MN/m) 5 7 氧化锆陶瓷的制备工艺：自然界含有丰富的锆英石(ZrSiO4)，采用化学法可以制备纯氧化锆粉体，加入助熔剂及适当改性剂辅料后，经成型、烧结得到氧化锆陶瓷。

生物医学应用：基于氧化锆陶瓷优良的生物相容性、良好的断裂韧性、高断裂强度和低弹性模量，适合制作需承受高剪切应力的人工关节。氧化锆/氧化锆对磨时，其磨损率是氧化铝/氧化铝对磨的磨损率的5000倍；但形成氧化/UHMWPE摩擦副时却表现出良好的摩擦磨损性能。

3.碳素生物材料

自然界中碳的分布很广，有单质碳，但更多以化合物形式存在。单质碳有多种同素异型体，主要有金刚石结构、石墨结构和无定形结构。碳是生物惰性的材料，在人体中化学稳定性好、无毒性、与人体组织亲和性好、无排异反应。特别需指出的是，无定形碳除具有优良的机械性能外，可以调整组成和结构改变其性能，满足不同的应用要求。无定形碳虽然不与人体组织形成化学键合，但允许人体软组织长入碳的空隙，形成牢固结合，碳周围的人体软组织可迅速再生，有人认为无定形碳具有诱发组织生长的作用。由于无定形碳独特的表面组成和表面结构，与血液长期接触引起的凝血作用非常小，不会诱发血栓，因而广泛应用作心血管材料。

在医学中常用的无定形碳包括：低温各向同性碳、玻璃状碳、超低温各向同性碳、类金刚石碳、碳纤维增强复合碳材料。

A、低温各向同性热解碳(Low Temperature Isotropic Pyrolytic Carbon，LTIC)、玻璃状碳(Glass Carbon)、超低温各向同性碳(Ultralow Temperature Isotropic Carbon，ULTIC)均为无序晶格晶格，统称为涡轮层碳。涡轮层碳(Turbostratic Carbon)的微观结构为无序结构，看起来很复杂，但实际上与石墨结构具有一定的相似性。从生物医学材料的观点出发，涡轮层碳的最大特点是具有优良的细胞生物相容性和抗凝血性，以LTIC和ULTIC更为突出。

（涡轮层碳素材料的性质） 性 能 多晶石墨 LTI碳 玻璃状碳 ULTI碳 密 度 (g/cm) 1.5-1.8 1.7-2.2 1.4-1.6 1.5-2.2 粒 径 (nm) 15-250 3-5 1-4 8-15 膨胀系数(10/K) 0.5-5.0 5-6 2-6 --- 威氏硬度(DPH) 50-120 230-370 150-200 150-250 杨氏模量(GPa) 4-12 27-31 24-31 14-21 抗弯强度(MPa) 65-300 350-530 69-206 345-690 断裂变形(%) 0.1-0.7 1.5-2.0 0.8-1.3 2.0-5.0 B、玻璃状碳。玻璃状碳是一种不可石墨化的单块碳，具有很高的各向同性特征，原生表面及断面有玻璃体外貌特征，但仅限于外观，并无硅酸盐玻璃的空间网状结构。玻璃状碳由无规则的大约5nm的晶粒组成，具有非常低的孔隙率，对液体和气体的渗透性很低。

C、类金刚石碳。类金刚石碳(Diamond-like Carbon，DLC)中除无定型结构的碳之外，还包含有少量的金刚石微晶、石墨微晶等，其物理性能与金刚石非常相似。由于制备类金刚石的原料为碳氢化合物，因此在类金刚石中除碳外，还含有较多的碳－氢基团；随其中碳－氢基团的种类和数量不同，类金刚石的性质亦有较大变化。它具有高硬度（Hv (kg/mm2) 1200-1800）、高耐磨损、低摩擦系数、高耐腐蚀、组织相容和血液相容的优良特性。其制备工艺包括：等离子体化学气相沉积、离子束增强沉积、离子镀和 PIII－IBED等。

（医用碳素材料的应用） 应 用 材 料 人工心脏瓣膜 LTI、DLC 心脏缝合环涂层 ULTI 血液通道器件 LTI / ULTI 起搏器电极 多孔玻璃－ULTI 血液氧合微孔分离膜涂层 ULTI 耳通道管 LTI 牙根、牙片植入体涂层 ULTI、DLC 人工关节涂层 LTI、DLC 经皮连接器涂层 LTI 生物活性陶瓷

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羟基，还可做成多孔性，生物组织可长入并同其表面发生牢固的键合；生物吸收性陶瓷的特点是能部分吸收或者全部吸收，在生物体内能诱发新生骨的生长。生物活性陶瓷具有骨传导性，它作为一个支架，成骨在其表面进行；它还可作为多种物质的外壳或填充骨缺损。生物活性陶瓷有生物活性玻璃、羟基磷灰石陶瓷、磷酸三钙陶瓷等几种。

1． 生物活性玻璃及玻璃陶瓷(Bioactive Glass &Glass-ceramics)

生物玻璃陶瓷的主要成分是CaO-Na2O-S iO2-P2O5，比普通窗玻璃含有较多钙和磷，能与骨自然牢固地发生化学结合。它具有区别于其他生物材料的独特属性，能在植入部位迅速发生一系列表面反应，最终导致含碳酸盐基磷灰石层的形成。生物玻璃陶瓷的生物相容性好，材料植入体内，无排斥、炎性及组织坏死等反应，能与骨形成骨性结合；与骨结合强度大，界面结合能力好，并且成骨较快。目前此种材料已用于修复耳小骨，对恢复听力具有良好效果。但由于强度低，只能用于人体受力不大的部位。目前制备生物活性玻璃的方法主要是采用溶胶- 凝胶法制备，采用该方法制备的材料具有特殊的化学组成，纳米团簇结构和微孔，因而比表面积较大，生物活性比其他生物玻璃及微晶玻璃更好。由于溶胶- 凝胶法制备的材料纯度好、均匀性高、生物活性好和比表面积大等特点，具有更好的研究及应用价值，特别是生物活性玻璃多孔材料在用作骨组织工程支架方面具有很好的前景。

生物活性玻璃及玻璃陶瓷最显著的特征是植入人体后，表面状况随时间而动态变化，表面形成生物活性的碳酸羟基磷灰石(HCA)层，为组织提供了键合界面。

A、组成：生物活性玻璃的组成主要为：SiO2、Na2O、CaO、P2O5等。生物活性玻璃陶瓷是在生物活性玻璃的基础上，控制晶化得到的多晶体。与传统钠钙硅体系玻璃相比，具有三大组成特征：SiO2含量低；Na2O、CaO含量高；CaO / P2O5比例高。

B、性质：快速的表面反应；无定形二维结构使强度及断裂韧性低；弹性模量(30-35MPa)低，与皮质骨接近；可切削生物玻璃具有良好的加工性能。

C、制备工艺：生物活性玻璃的制备工艺与传统的玻璃制备工艺基本相同，包括称重、混合、熔合、熔化、均匀化、玻璃形成等。玻璃陶瓷则还需在一定的热处理制度下控制玻璃成核与晶粒生长。

D、临床应用：a) 45S5生物活性玻璃用于中耳小骨置换、颌骨缺损修复、牙周缺损修复、骨嵴维护植入体，不引起细胞损伤、无降解产物、无感染性。b) Ceravital生物活性玻璃陶瓷用于中耳外科手术，是一种低钠、钾的生物活性玻璃陶瓷。c) 磷灰石-硅灰石活性玻璃－－A-WGC，用作脊椎假体、胸、额骨修复以及骨缺损修复，已成功应用于数万名患者。d) 可切削生物活性玻璃－MBGC]，主要用在颌面、脊椎、牙槽硬组织修复以及 口腔修复，其特点是优良的可加工行及骨结合性。

2.磷酸钙生物活性陶瓷

磷酸钙陶瓷(CPC)是生物活性陶瓷材料中的重要种类，目前研究和应用最多的是羟基磷灰石(HA)和磷酸三钙(TCP)。磷酸钙陶瓷含有CaO和P2O5两种成份，是构成人体硬组织的重要无机物质，植入人体后，其表面同人体组织可通过键的结合，达到完全亲和。其中，HA在组成和结构上与人骨和牙齿非常相似，具有较高的力学性能，在人体生理环境中可溶解性较低；TCP与骨的结合性好，无排异反应，在水溶液中的溶解程度远高于HA，能被体液缓慢降解、吸收，为新骨的生长提供丰富的钙、磷，促进新骨的生长。除了这二者，磷酸钙生物陶瓷还包括可降解、吸收的锌－钙－磷氧化物陶瓷(ZCAP)、硫酸锌－磷酸钙陶瓷(ZSCAP)、磷酸铝钙陶瓷(ALCAP)和铁－钙－磷氧化物陶瓷(FECAP)等。

A、组成和物化性能概述

磷酸钙化合物的分类通常是按照具有的Ca/P原子比(钙磷比)进行，磷酸钙陶瓷是具有不同钙磷比磷酸钙陶瓷的总称。

（磷酸钙按照Ca/P进行分类） 钙磷比 分子式 名称 简写 2.0 Ca4O(PO4)2 磷酸四钙 TTCP 1.67 Ca10(PO4)6(OH)2 羟基磷灰石 HA <1.67 Ca10-XH2X(PO4)6(OH)2 无定形磷酸钙 ACP 1.5 Ca3(PO4)2 磷酸三钙 TCP 1.33 Ca8H2(PO4)6.5H2O 磷酸八钙 OCP 1.0 CaHPO4.2H2O 二水磷酸氢钙 DCPD 1.0 CaHPO4 磷酸氢钙 DCP 1.0 Ca2P2O7 焦磷酸钙 CPP 1.0 CaP2O7.2H2O 二水磷酸钙 CPPD 0.7 Ca7(P5O16)2 磷酸七钙 HCP 0.67 Ca4H2P6O20 磷酸二氢四钙 TDHP 0.5 Ca(H2PO4)2.H2O 一水磷酸一钙 MCPM 0.5 Ca(PO3)2 偏磷酸钙 CMP 各种磷酸钙化合物高温下的结构与其钙磷比、温度、加热速度、气氛等因素有关；合成工艺的不同，也将影响其热特性(主要是其热稳定性)。

各种磷酸钙化合物均具有一定的溶解性，磷酸氢钙、磷酸三钙和羟基磷灰石的溶度积如下：

磷酸氢钙 pK=6.57

磷酸三钙 pK=28.7

羟基磷灰石 pK=57.8

在水中磷酸氢钙的溶解能力最强，磷酸三钙次之，羟基磷灰石最稳定。因此，由磷酸氢钙及磷酸三钙制作的骨修复材料可以逐渐溶解，同时沉淀结晶为羟基磷灰石。

B、羟基磷灰石陶瓷

羟基磷灰石( hydroxyapatite，简称HA或HAP)组成与天然磷灰石矿物相近，是脊椎动物骨和齿的主要无机成分，结构亦非常接近，呈片状微晶状态。它作为骨代替物被用于骨移植。HA 有良好的生物相容性，植入体内不仅安全，无毒，还能传导骨生长。HA能使骨细胞附着在其表面, 随着新骨的生长，这个连接地带逐渐萎缩，并且HA通过晶体外层成为骨的一部分, 新骨可以从HA 植入体与原骨结合处沿着植入体表面或内部贯通性孔隙攀附生长。HA生物活性陶瓷是典型生物活性陶瓷，植入体内后能与组织在界面上形成化学键性结合。HA生物活性陶瓷和骨键接的机制不像生物玻璃那样需要通过在其表面形成富硅层，进而形成中间键接带以实现键合。致密羟基磷灰石陶瓷植入骨内后，由成骨细胞在其表面直接分化形成骨基质，产生一个宽为3~ 5 μm 的无定形电子密度带，胶原纤维束长入此区域和细胞之间，骨盐结晶在这个无定形带中发生。随着矿化成熟，无定形带缩小至0.05~ 0.2μm，羟基磷灰石植入体和骨的键合就是通过这个很窄的键接带实现的。

经HA表面涂层处理的人工关节植入体内后,周围骨组织能很快直接沉积在羟基磷灰石表面，并与羟基磷灰石的钙、磷离子形成化学键，结合紧密,中间无纤维膜。HA 生物陶瓷植入肌肉或韧带等软组织或被一薄层结缔组织紧密包绕，无炎性细胞和微毛细管存在。作穿皮种植时，能在颈部和上皮组织密合，无炎症和感染发生。因此，HA生物活性陶瓷也适用于穿皮器件及软组织修复。

HA陶瓷的制备一般可从分解动物的骨组织和人工合成获得，后者又分湿法和固相反应。最常用的方法是反应共沉淀法，它是将钙质原料和磷酸盐或磷酸，分别配制成合适浓度的液体，按钙磷原子比1.67，在pH >7的环境下，控制适当温度进行反应合成，沉淀物经脱水干燥，高温煅烧得浅绿色合成晶体的团聚体，纯度达99.5% 以上，其化学组成主要为：CaO，P2O5。单一的HA成形和烧结性能较差，易变形和开裂。加入ZrO2+ Y2O3，ZnO和含镁盐的CPM 复合试剂等，可使具有良好生物相容性和足够机械强度，且无毒。连续热等静压烧结是制备理论密度的高致密HA 的有效方法。这种材料主要用作生物硬组织的修复和替换材料, 如口腔种植，牙槽脊增高，牙周袋填补，额面骨缺损修复，耳小骨替换等。由于机械强度不够高，只限用于以上不承受大载荷部位。由于自然骨优异的强度和韧性，人们想到通过仿生的途径来提高生物陶瓷修复骨修复材料的性能。Landis等人提出的骨微结构的模型已经广为人们所引用，尽管其中尚有一些细节没有实验验证。

在磷酸钙化合物中，研究得最多的是磷灰石，其化学通式为：M10(XO4)6Z2。M －－为二价金属离子，XO4－－为五价阴离子，Z －－为一价阴离子。下面将详细论述羟基磷灰石陶瓷。

羟基磷灰石陶瓷的制造工艺：

a、固相反应法

这种方法与普通陶瓷的制造方法基本相同，根据配方将原料磨细混合，在高温下进行合成：

1000-1300℃

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

b、水热反应法

将CaHPO4与CaCO3按6：4摩尔比进行配料，然后进行24h湿法球磨。将球磨好的浆料倒入容器中，加入足够的蒸馏水，在80-100℃恒温情况下进行搅拌，反应完毕后，放置沉淀得到白色的羟基磷灰石沉淀物，其反应式如下：

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

c、沉淀反应法

此法用Ca(NO3)2与(NH4)2HPO4进行反应，得到白色的羟基磷灰石沉淀。其反应如下：

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

此外，还有其它方法可制成羟基磷灰石。

羟基磷灰石陶瓷的性能应用

合成的羟基磷灰石的结构与生物骨组织相似，因此合成羟基磷灰石具有与生物体硬组织相同的性能。如Ca：P≈1.67，密度≈3.14，机械强度大于10MPa，对生物无毒，无刺激，生物相溶性好，不被吸收，能诱发新有的生长。

国内外已将羟基磷灰石用牙槽、骨缺损、脑外科手术的修补、填充等，用于制造耳听骨链和整形整容的材料。此外，它还可以制成人工骨核治疗骨结核。

3．磷酸三钙

目前广泛应用的生物降解陶瓷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。

钙磷比在决定体内溶解性和吸收趋势上起着重要作用，所以和HA相比TCP更易于在体内溶解，其溶解度约比HA 高10~ 20倍。常用的β-TCP植入体内可逐渐降解，降解速率可因其表面构造，结晶构型，含孔率及植入动物的不同而异，其强度常随降解而减弱。已证实改变孔径和材料纯度能减缓降解速度，提高生物强度。

与其他陶瓷相比，β-TCP陶瓷更类似于人骨和天然牙的性质和结构在生物体内，羟基磷灰石的溶解是无害的，并且依靠从体液中补充钙和磷酸根离子等形成新骨，可在骨骼接合界面产生分解、吸收和析出等反应，实现牢固结合。

β-TCP陶瓷的缺点是机械强度偏低，经不起力的冲击。将β-TCP与其他材料混合，制成双相或多相陶瓷，是提高其力学强度的方法之一。通常认为双相钙磷陶瓷( biphasic calc ium phosphate，BCP)的骨传导效应优于单一的HA 或TCP，可以结合HA的强度高和TCP生物降解性能好的优点，而且化学成分与骨相似。Bruder等将骨髓基质细胞( bone marrow stroma cells, BMS)接种于多孔BCP上，修复21mm 长的犬股骨节段性缺损获得成功。傅荣等发现， BCP上培养BMS能更好地表达成骨细胞特性，表明BCP更适用于骨组织工程的基质材料。