名称 |
名称备注 |
材料种类 |
材料成份 |
材料结构 |
材料特性 |
材料类型 |
相组成 |
熔点 |
沸点 |
密度 |
硬度 |
摩擦系数 |
粘度 |
弹性模量 |
屈服强度 |
抗压强度 |
抗张强度 |
抗弯强度 |
切变强度 |
冲击强度 |
断后伸长率 |
断面收缩率 |
表面张力 |
表面自由能 |
熔化热 |
蒸发热 |
反应热 |
热膨胀系数 |
导电率 |
磁化率 |
表面电位 |
细胞毒性 |
全身毒性 |
遗传毒性 |
免疫毒性 |
刺激与致敏性 |
生物降解性 |
血液相容性 |
生物力学相容性 |
分子生物相容性 |
制备/加工 |
备注 |
应用 |
数据来源 |
数据整理人 |
数据校对人 |
孔隙率 |
摩尔热容 |
组织相容性 |
凝血活性 |
比表面积 |
| 氧化铝生物陶瓷 |
alumina bioceramic，亦称纯刚玉生物陶瓷材料 |
|
由高纯度的(>99.5%）α-氧化铝(α-A12O3，)构成的一种近于惰性的生物陶瓷。美匡国材料和试验学会(ASTM)要求作为种植体的氧化铝纯度在99. 5%以上，SiO2和Na2O的含量小于0.1% |
多为多晶体（高铝瓷），也有单晶体（白宝石）,氧化铝陶瓷有几种晶体相，高温是α相，具有三角晶系结构，空间群为R3C,a=0.4758nm，c=1.2991nm |
多晶氧化铝生物陶瓷强度大，硬度高，摩擦系数小，磨损率低，同时其摩擦系数和磨损率还随水蒸气压升高而降低，特别适合于制造人工关节头和臼等对耐磨性有高要求的修复体。致密型陶瓷和组织间的结合是形态结合，多孔型陶瓷和组织间的结合是生物结合，后者虽然依靠组织长入陶瓷表面贯穿性的孔隙而增进其与组织间的结合，但两者植入骨内时均要求与原骨紧密的配合，否则或是导致植入仅体和原骨间纤维膜增厚、界面松动而使植入失效，或是在界面处切断长入孔隙内的组织而使其坏死，引起炎症和植入失败。 |
|
氧化化铝陶瓷有几种晶相，高温相是α相，具有三角晶系结构，a=0.4758nm，c=1.2991nm
|
2050 ℃ |
2980 ℃ |
3.99 g•cm-3 |
莫氏硬度=9；维氏硬度2100(单晶体)，1800(多晶体) |
|
|
500 GPa |
|
5000 MPa |
650 MPa (单晶体)；250 MPa (多晶体) |
350 MPa |
|
7.6 MPa•cm (单晶体)；5.4 MPa•cm (多晶体) |
|
|
|
如图
|
如图
|
|
|
8.8×10-6 （0~1000℃）
导热系数 41.8 J•m-1•s-1•℃-1 |
介电损失 tanδ（×10-4)<10 |
|
|
|
|
|
|
|
氧化铝生物陶瓷在生物环境中不被腐蚀或溶解。致密的、高度抛光的多晶氧化铝陶瓷在生理环境中具有高的抗压强度，低的摩擦系数和磨损率，并能长期保持稳定。 |
|
其主要缺点是弹性模量远高于自然骨，力学相容性欠佳，同时其抗拉强度低，在生物环境作用下会发生老化和疲劳破坏，因此不宜用作承受复杂应力的骨替换材料。 |
|
|
|
主要用于制造人工关节结合部的球和臼，也被用于人工牙根，耳小骨和心瓣膜。三氧化二铝髋关节于1970年首先被用于临床。现在，在欧洲和日本，三氧化二铝髋关节头使用寿命已分别超过14年和8年。单晶氧化铝可用作牙种植体和骨螺钉，也被置于多晶氧化铝环的芯部，以增进和组织间的结合。 |
师昌绪。材料大辞典。化学工业出版社。1994年3月第1版，P1066
师昌绪、李恒德、周廉。材料科学与工程手册。化学工业出版社、材料科学与工程出版中心。2004年1月第1版,P12-40
叶大伦、胡建华。实用无机物热力学数据手册。冶金工业出版社。2002年9月第2版。
刘光启、马连湘、刘杰。化学化工物性数据手册 无机卷。化学工业出版社。2002年第1版。
生物医用陶瓷材料，王迎军，华南理工大学出版社，2010年第一版，P196 |
李兰君 |
聂宇 |
0.001 |
如图 α-Al2O3热力学数据；Al2O3 thermaldynamics.jpg) |
|
|
|
| 氧化锆生物陶瓷 |
zirconia bioceramic |
通过加入适当的添加剂（如Y2O3、MgO、CaO、CeO2）与ZrO2形成固溶体可使ZrO2的四方和立方晶型在室温下仍保持稳定，由此在室温下得到的立方氧化锆称为“全稳定氧化锆(FSZ)”；室温下四方和立方共存的氧化锆称为“部分稳定氧化锆(PSZ)”；室温下完全为四方相的氧化锆陶瓷称为“四方氧化锆多晶体(TZP)” |
由高纯二氧化锆(ZrO2)构成的一种近于惰性的生物陶瓷。是将含有少量稳定剂[碱土氧化物（氧化钙，氧化镁）或稀土氧化物（氧化钇）]的高纯ZrO2通过高温烧结而制得。 |
|
与三氧化二铝陶瓷相比，由于氧化锆陶瓷可通过其结构中的高温相向室温斜方相转变而实现相变增韧，因此氧化锆生物陶瓷不仅具有良好的耐磨性、抗生理腐蚀性和生物相容性，而且其断裂韧性和强度均优于氧化铝陶瓷。氧化锆陶瓷具有熔点高，高温蒸气压低，化学性稳定，抗腐蚀性优良，导热系数低等特点，是令人感兴趣的材料，但与氧化铝相比，价格昂贵。 |
|
在常压下纯的二氧化锆有三种结晶形态，单斜氧化锆(m-(ZrO2)、四方氧化锆(t-(ZrO2)和立方氧化锆(c-(ZrO2)。上述三种晶型存在于不同的温度范围，并且可逆地相互转变，即使升温或冷却速度很快也不能阻止。三种相变的转变见图\[m{\text{ - ZrO}}2\underset{{950℃}}{\overset{{1150℃}}{\longleftrightarrow}}t{\text{ - ZrO}}2\underset{{}}{\overset{{2370℃}}{\longleftrightarrow}}c{\text{ - ZrO}}2\]
|
2715 ℃ |
4300 ℃ |
5.68 g•cm-3（单斜）；6.10g•cm-3（四方）；6.28g•cm-3（立方） |
如图 氧化锆的性能；ZrO2 property.jpg) |
用其制作的髋关节头也相应地比氧化铝陶瓷关节头小达20%左右，从而具有更好的耐磨性和寿命 |
|
如图 氧化锆的性能；ZrO2 property.jpg) |
|
|
|
如图 氧化锆的性能；ZrO2 property.jpg) |
|
|
|
|
|
如图
|
如图
|
|
|
如图 氧化锆的性能；ZrO2 property.jpg) |
|
|
|
|
|
|
|
|
与三氧化二铝陶瓷相比，氧化锆生物陶瓷具有良好的耐磨性、抗生理腐蚀性和生物相容性 |
|
|
|
工业氧化锆原料是将锆英石矿或锆英石砂(ZrSi04)分解、纯化获得，高纯超细氧化锆粉体是采用溶胶-凝胶法、水热法、热解法、微乳液法等方法制备。工业氧化锆一般先与稳定剂混合、煅烧固溶，再粉碎；超细氧化锆粉体则是在合成时加入稳定剂一起合成。可以根据需要采用干压成型、等静压成型、热压铸成型、凝胶注模成型、注射成型等方法成型。氧化锆的化学键性是以离子性为主，有较高的扩散系数，可在常压下烧结至接近完全致密，可通过热压、热等静压等工艺实现完全致密，烧结温度通常在1400℃-1600℃ |
|
氧化锆生物陶瓷是新发展出的一类生物陶瓷，主要用于人工关节、牙种植体等硬组织修复和替换，其临床应用正在开拓之中。 |
师昌绪。材料大辞典。化学工业出版社。1994年3月第1版。
师昌绪、李恒德、周廉。材料科学与工程手册。化学工业出版社、材料科学与工程出版中心。2004年1月第1版。P12-40
叶大伦、胡建华。实用无机物热力学数据手册。冶金工业出版社。2002年9月第2版。
刘光启、马连湘、刘杰。化学化工物性数据手册 无机卷。化学工业出版社。2002年第1版。
王迎军。生物医用陶瓷材料。华南理工大学出版社。2010年10月第1版，P188-194 |
李兰君 |
聂宇 |
|
如图 ZrO2热力学数据；ZrO2 thermaldynamics.jpg) |
|
|
|
| 碳素植入材料 |
|
作为生物材料使用的碳主要有三种：玻璃碳、低温各相同性(LTI)碳和超低?温各相同性(ULTI)碳。此外，活性碳可用于制作血液灌流吸附剂，可作为增强体作生物医学复合材料。 |
纯碳 |
碳的特点是具有多种不同的结构状态。可通过不同的工艺加以控制。各向同性碳(LTI和ULTI)具有无序堆垛的乱层结构，其强度和韧性非事好，断裂裂能远远超过三氧化二铝陶瓷，弹性模量接近于自然骨。 |
碳的特点是具有多种不同的结构状态。通过制备工艺的控制，可以赋予其不同的结构和特性，可被加工为多孔的或致密的、纤维状的、膜状的或编织状的同类型的产品，并可被复合为具有不同性质的材料。 |
|
|
|
|
LTI是在具有同等高强度的陶瓷中，惟一具有准塑性变形和接近于自然骨密度和弹性模量的材料。 |
|
|
|
各向同性碳(LTI和ULTI)具有无序堆垛的乱层结构，其强度和韧性非事好，断裂裂能远远超过三氧化二铝陶瓷，弹性模量接近于自然骨。LTI是在具有同等高强度的陶瓷中，惟一具有准塑性变形和接近于自然骨密度和弹性模量的材料。 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
三种主要的医用碳在生物环境中化学性质稳定，也不发生疲劳破坏，是生物相容性非常好的一类生物惰性陶瓷材料。 |
碳是构成人体组织的主要元素，广义而言，它和组织是生物相容的，最大优点是其血液相容性非常好，与血液接触时不引起凝血和溶血反应，对血液的其它组成也无不良作用，LTI碳还具有不可渗透性，再加上其优良的力学性质，使医用碳成为制造心血管修复体的重要要材料。 |
各向同性碳(LTI和ULTI)具有无序堆垛的乱层结构，其强度和韧性非事好，断裂裂能远远超过三氧化二铝陶瓷，弹性模量接近于自然骨。 |
|
利用真空沉积技术制备，在近于室温的条件下，在聚合物薄膜上沉积碳(ULTIC) |
|
医用碳成为制造心血管修复体的重要材料。此外，医用碳还用于制作人工骨、人工牙根、人造肌腱和人工韧带等，其主要不足之处是碳离子扩散会对周围组织染色，但目前尚未发现由此对机体产生的不良作用。 |
师昌绪、李恒德、周廉。材料科学与工程手册。化学工业出版社、材料科学与工程出版中心。2004年1月第1版。P12-40 |
李兰君 |
聂宇 |
|
|
|
|
|
