羟基磷灰石粉体及涂层的制备与性能研究

论文摘要

羟基磷灰石（HAP）,与生物骨组织中的磷酸钙无机物具有相似的化学性质和结构,有良好的生物相容性和生物活性,是理想的人体骨骼代替材料,在牙齿、整形外科和临床医学中都有很高的应用价值。HAP还具有物理吸附和化学交换吸附的性质,能够应用在废水处理中。本文是采用化学沉淀法制备纳米HAP陶瓷粉体,电化学沉积法在钛基表面制备HAP涂层,分析HAP粉体及其钛基涂层的组成、形貌、性能等,探索了HAP复合二氧化钛粉体作为新型光催化剂在处理废水方面的应用。化学沉淀法制备了纳米HAP陶瓷粉体。研究了后处理煅烧温度、反应温度、pH值、陈化时间等工艺参数对粉体物相组成、形貌和粒径大小的影响,得出合成纳米HAP粉体较适宜的工艺条件:后处理煅烧温度为700℃,反应温度为90℃,pH为10,陈化时间为24h,制备出纯净纳米HAP粉体。经常压烧结,烧结体的力学性能基本符合致密骨的要求。电化学沉积法制备了钛基羟基磷灰石涂层。研究了沉积电压,电解液温度,沉积时间等对涂层形貌、组成和厚度的影响。结果表明沉积电压为4V,电解液温度为30℃,沉积时间为90min,经碱液处理后制备出均匀致密,呈花簇状,平均厚度为34μm的纯净HAP涂层。研究了电解液中加入乙醇、过氧化氢和微弧氧化预处理三种方法对基体和涂层结合强度的影响。三种方法对结合强度都有所提高,经微弧氧化预处理后最高可达7.56MPa/cm2。通过SBF模拟体液浸泡分析和比较了涂层的电化学腐蚀性能和生物活性。在SBF中HAP/Ti涂层能够引导球状类骨磷灰石晶核在其表面形成,证明了其具有较好的生物活性。阳极极化曲线证明了HAP/Ti涂层在模拟体液中有更好的耐腐蚀性。以亚甲基蓝为模拟废水,比较了沉淀法制备的三种不同TiO2/HAP复合粉体与纯TiO2粉体的光催化性能。HAP粉体投加到TiO2中作为光催化剂这种方法对于提高亚甲基蓝降解率效果显著。当HAP/TiO2=0.5时,亚甲基蓝的降解率能够达到80%。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 羟基磷灰石的基本性质
• 1.2.1 羟基磷灰石的理化性质
• 1.2.2 羟基磷灰石的生物相容性
• 1.3 羟基磷灰石的应用
• 1.3.1 羟基磷灰石作为生物材料的应用
• 1.3.2 羟基磷灰石在水处理中的应用
• 1.3.3 纳米羟基磷灰石的研究及应用
• 1.3.4 羟基磷灰石在生物复合材料中的应用
• 1.4 羟基磷灰石粉体的制备方法
• 1.4.1 干法
• 1.4.2 湿法
• 1.4.3 水热合成法
• 1.5 钛基羟基磷灰石陶瓷涂层的制备
• 1.5.1 钛及钛合金的基本性质
• 1.5.2 等离子喷涂法
• 1.5.3 离子束溅射沉积法
• 1.5.4 电化学沉积法
• 1.5.5 电泳沉积法
• 1.5.6 仿生溶液生长法
• 1.5.7 溶胶-凝胶法
• 1.5.8 激光覆熔法
• 1.6 课题研究背景及意义
• 1.7 本课题的研究内容
• 第2章 纳米羟基磷灰石陶瓷粉体制备
• 2.1 引言
• 2.2 实验原理
• 2.3 实验部分
• 2.3.1 实验药品
• 2.3.2 主要实验仪器
• 2.3.3 制备工艺
• 2.4 羟基磷灰石粉体的表征
• 2.4.1 X-射线衍射分析
• 2.4.2 扫描电子显微分析
• 2.4.3 激光粒度分析仪
• 2.4.4 红外光谱的测定
• 2.5 结果与讨论
• 2.5.1 煅烧温度对粉体晶相组成和形貌的影响
• 2.5.2 反应温度对粉体的影响
• 2.5.3 pH 值对粉体物相组成的影响
• 2.5.4 陈化时间对HAP 粉体合成的影响
• 2.5.5 分散剂对HAP 粒子分散的影响
• 2.5.6 羟基磷灰石粉体制备
• 2.6 羟基磷灰石陶瓷烧结行为及力学性能
• 2.6.1 烧结体的表面形貌和成分分析
• 2.6.2 烧结体的力学分析
• 2.7 小结
• 第3章 钛基羟基磷灰石陶瓷涂层的制备
• 3.1 引言
• 3.2 实验原理
• 3.3 实验部分
• 3.3.1 实验药品
• 3.3.2 实验仪器
• 3.3.3 实验方法
• 3.3.4 钛基羟基磷灰石陶瓷涂层的表征
• 3.4 结果与讨论
• 3.4.1 碱液处理对涂层的影响
• 3.4.2 沉积电压对涂层厚度的影响
• 3.4.3 电解液温度对涂层的影响
• 3.4.4 沉积时间对涂层的影响
• 3.4.5 钛片上得到HAP 粉体的表征
• 3.5 小结
• 第4章 钛基羟基磷灰石涂层的性能测试
• 4.1 钛基羟基磷灰石涂层结合强度测试
• 4.1.1 粘接拉伸法测结合强度
• 4.1.2 添加乙醇对结合强度的影响
• 4.1.3 添加过氧化氢对结合强度的影响
• 4.1.4 微弧氧化预处理对结合强度的影响
• 4.2 涂层的生物活性和耐腐蚀性测试
• 4.2.1 模拟体液配制
• 4.2.2 体液浸泡后的表征
• 4.2.3 涂层在模拟体液中的腐蚀性能
• 4.3 小结
• 第5章 羟基磷灰石在处理废水中的应用
• 5.1 引言
• 2复合粉体的制备'>5.2 羟基磷灰石/TiO₂复合粉体的制备
• 2粉末'>5.2.1 制备纳米TiO₂粉末
• 2的浆液中复合HAP 粉体'>5.2.2 制备TiO₂的浆液中复合HAP 粉体
• 2粉体'>5.2.3 制备HAP 的浆液中复合TiO₂粉体
• 2复合粉体'>5.2.4 共沉淀制备HAP/TiO₂复合粉体
• 5.3 各种光催化剂催化性能比较
• 5.3.1 亚甲基蓝标准曲线绘制
• 2中复合 HAP 粉体的光催化性能'>5.3.2 TiO₂中复合 HAP 粉体的光催化性能
• 2粉体的光催化性能'>5.3.3 HAP 复合TiO₂粉体的光催化性能
• 5.3.4 共沉淀制得粉体的光催化性能
• 5.4 小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和获得的科研成果
• 致谢
• 详细摘要