cnts磷酸钙骨水泥复合材料的快速凝固成型及机理研究

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1、山东大学硕士学位论文摘要磷酸钙骨水泥使用过程中操作简便，可任意成形，可以原位固化，植入体内后，在体内环境下自行结晶，固化后产物的化学成分与骨组织的无机成分相似，晶相结构亦与骨组织相近，植入骨缺损后可被逐渐降解吸收，降解释放的钙和磷也能够参与缺损区骨组织形成，是理想的骨替换及修复材料。但磷酸钙骨水泥凝固速度慢，强度低、力学性能差，力学性能仅介于松质骨与皮质骨之间，脆性大且承受载荷的能力差，大大限制了它的应用，常见的改善方法包括：固体粉料方面，不同的磷酸钙之间相互搭配，向粉料中加入外加剂等；调和液方面，选用柠檬酸、衣康酸、苹果酸、磷酸钠盐等有机及无机调和液；传

2、统的增强方法：与晶须、有机高分子材料、短纤维等形成复合材料。本文采用固相烧结法制备所需的磷酸钙粉体，系统观察了不同冷却方式对磷酸钙粉体纯度的影响，选取合适的冷却方式，制备出了高纯度的磷酸钙粉体。利用纳米碳管尺度小、强度高、弹性模量大、比表面积大、力学性能优异等特点，将纳米碳管作为增强相，通过球磨混合的方式，将纳米碳管分散到磷酸钙粉体中，添加不同含量的纳米碳管，通过SEM观察纳米碳管在粉体中的分散情况，通过测量复合粉体成型后力学性能，不同纳米碳管含量时的压缩及弯曲强度，最终得到纳米碳管分散较为均匀，成型后力学性能较高的纳米碳管／磷酸钙复合材料粉体。系统研究原

3、始颗粒粒度、液固比、HA晶种对复合材料粉体成型后凝固时间及力学性能的影响。实验表明减小颗粒粒径，加入晶种HA，降低液固比都可以缩短复合材料的凝固时间，凝固时间最短出现在颗粒粒径最小时：TI_5．5min，TF=6．4min。复合材料的力学性能与参数的选取有关，当液固比为O，35时得到弯曲强度的最大值16．81MPa。对微观结构观察发现，加入晶种HA会促使水化后产物成颗粒状。采用两种添加方式加入添加剂壳聚糖，断口SEM分析表明加入壳聚糖后水化后产物多为棒状，但有部分片层状产物；壳聚糖含量O．5％时，凝固时间较短而力学性能比较高。将壳聚糖温敏凝胶作为液相与磷酸

4、钙粉体混合，力学性能较纯磷酸钙骨水泥有所提高，SEM图片显示复合材料为蜂窝状网络结构，可以考山东大学硕士学位论文虑用来制备组织工程支架材料。对复合材料的凝固机理进行探索。利用固相反应动力学和不均匀扩散的有关原理，进一步证明原始颗粒粒径越小，凝固时间越短；固液比的变化会改变固体颗粒间的距离，造成颗粒间相互搭接所需的时间发生变化。加入HA晶种能够降低成核势垒。加快成核速度，因此凝固时间缩短。添加剂壳聚糖通过改变液相的粘度，减缓成核速率，因此凝固时间延长；分析认为：壳聚糖的分子链带有多种官能团，对HA晶体的生长有定向引导作用，因此水化产物部分呈现片层状。关键词：

5、磷酸钙骨水泥纳米碳管凝固时间机理注；本文得到国家自然科学基合'(50672051，30540061)和国家八六三计划(2003AA302232)资助。Ⅱ山东大学硕士学位论文ABSTRACTCalciumphosphatecomclltcallbeeasilyoperatedandshapedatwill，itisaself-settingcementwhichcansolidifyin-situ．Whenimplantedinhumanbody,itgrowspontaneously,thechemicalcomponentoftheproductsare

6、similartotheinorganiccomponentofthebone，thestructureofthecrystalsarealsosimilartOthebonestructure．Thehydratedproductshavebiodegradability,aa盱injeefion,theyareabsorbedbythehumanbodygradually,theCaandPionstakepartintheformationofthedamagedbone，soitisaperfectmaterialforbonesubstituti

7、onandrepair．Butcalciumphosphatecementhaslowstrengthandmechanicalproperties，itCan’tendureloadbecauseofitsbrittleness，whichrestrictitsuge．Researchesayecarriedouttoresolvetheseproblems。Firstissolidpowder,includingthearrangementin-groupfordifferentcalciumphosphateandtheadditionofaddit

8、ives．Secondisliquid，includingcitr