生物陶瓷

作为生物陶瓷材料应具备如下功能
代替人体内有病的或损伤的部分； 作为人体先天性缺损部分的代用品； 有助于人体内组织的恢复。
生物陶瓷材料按用途分类
①人工骨或人造关节； ②运动系统的人工脏器(如心脏瓣膜)材料； ③形态修复和整形外科材料； ④人造牙根和假牙； ⑤人工肝脏内的吸附材料(活性碳)； ⑥固定酶载体(多孔玻璃)； ⑦诊断仪器的温度，气体、离子传感器等材
空隙的中心填入一个半径较小的铝离子。由于Al3+是正3价， 02-是负二价，6个八面体中只填入4个 Al3+，即填充了2/3八 面体空隙。每3个八面体中有1个是空的，在晶体的堆积中 按此作有规律地分布。故刚玉的晶胞为面心的菱形。晶胞 常子数。为a=5.12Å，α=55°17′，单位晶胞中包含2个Al2O3分 可见，刚玉结构紧密，内部离子键强度大且键力分布均匀， 因此刚玉陶瓷具有机械强度高，电绝缘性能优良、耐高温、 耐化学腐蚀及生物相容性好等特性。
另外，与生物陶瓷植入材料同步发展的功能陶瓷材料得到 发展，引起理疗设备、诊断医疗仪器及医学计量仪器设备 的迅速发展。人们对医疗和康复医学提出更高的要求，而 陶瓷材料作为生物植入材料和医用理疗、诊断、计量仪器 设备中的关键材料，将在生物工程领域中占有愈来愈重要 的地位。
17.2 生物惰性陶瓷
生物惰性陶瓷材料主要是指化学性能稳定， 生物相容性好的陶瓷材料。这类陶瓷材料 的结构都比较稳定，分子中的键力都比较 强而且都具有较高的机械强度、耐磨性以 及化学稳定性。生物惰性陶瓷材料有:氧 化铝陶瓷、氧化铝单晶、氧化锆陶瓷、微 晶玻璃等。
同 一 种 组 成 的 晶 相 ， 如 氧 化 铝 陶 瓷 ， 其 主 晶 相 为 αAl2O3，由于晶粒大小不同，材料机械性能等相差很大，抗 折强度悬殊。
显微结构--晶界
晶界对材料的许多物理性能有着显著的影响。 陶瓷材料的破坏大多是沿晶界断裂。对于细小晶
体材料来说，晶界比例大，破坏时，裂纹的扩展 要走迂回曲折的道路，晶粒愈细，该路程就愈长。 像陶瓷这类脆性材料，其初始裂纹尺寸与晶粒大 小相当，故晶粒愈细，初始裂纹尺寸就愈小，机 械强度也就愈高。
人体硬组织代用的生物陶瓷两大类
作为人体硬组织代用的生物陶瓷，主要分为： 生物惰性陶瓷和生物活性陶瓷两大类。
而生物活性陶瓷又可分为： 表面生物活性陶瓷和生物吸收性陶瓷（在生 物机体内被分解吸收并被生物组织置换）。
生物惰性陶瓷材料主要是指化学性能稳定， 生物相容好的陶瓷材料。即陶瓷材料植人
体内后既不会对机体产生毒副作用，机体
17.2.1 氧化铝陶瓷
17.2.1.1 氧化铝陶瓷的结构和性能 （1）晶体结构 氧AA作ll化22六OO铝方33具，陶紧有故瓷密最又是堆稳称指积定刚主，的玉晶由结结相6构构个为，。氧刚因α离-玉A为子l(2α天形O-A3然成属l2刚一O于3玉个)六的的八方陶晶面晶瓷型体系材就，，料是八氧。α面离-α-体子
生物陶瓷发展简史
陶瓷作为用于人体内的生物材料己有近三十年的历史。对 人体无害的新材料。应用于医学领域，促进了医学科学的 发展，应用前景广阔。
我国七十年代初期开始研究生物陶瓷，并用于临床。1974 年开展微晶玻璃用于人工关节的研究；1977年氧化铝陶瓷 在临床上获得应用；1979年高纯氧化铝单晶用于临床，以 后又有新型生物陶瓷材料不断出现，并应用于临床。
（2）显微结构
氧化铝瓷显微结构由取向各异的氧化铝晶粒通过晶界集 合而成。
晶粒是多晶体中无一定几何外形的小单晶，是陶瓷多晶 材料中晶相存在形式和组成单元。
每一种晶体按自己结晶习性，长成有规则的几何多面 体。晶体的形态随晶体生长时物理化学条件和外界环境的 不同而变化。
在较好的环境下自由生长，晶体就能按自己的结晶习性 发育成自形晶体。当生长环境较差或生长时受到抑制，就 会形成半自形晶和他形晶。
②与人体生物相容性好(生物组织亲和性好)； （生 物学条件）
③与周围的骨及其他组织结合性强； （生物学条件）
作为生物陶瓷材料性能
④抗张、抗折、抗压及剪切强度比自然骨高，而且 在体液中强度不发生明显降低(抗腐蚀)； （力学 的条件）
⑤耐磨损；（力学的条件） ⑥硬度和弹性模量与自然骨接近； （力学的条件） ⑦成形、加工容易，便于临床操作（推广应用）。
料。
作为生物陶瓷材料性能
生物陶瓷除用于测量、诊断、治疗外，主要是用 作生物硬组织的代用材料。可应用在骨科、整形 外科、口腔外科、心血管外科、眼科、耳鼻喉科 及普通外科等各个方面。由于它主要用于特殊修 复功能或用于人工器官，因而要求生物陶瓷必须 具备一系列优良性能：
①对人体无害(无毒性、无组织刺激、无致癌作用、 无血栓形成等)； （生物学条件）
显微结构--晶界
另外，晶界上质点排列不规则，质点分布疏密不均，因而 形成微观的晶界应力。对于单相多晶材料，由于晶粒的取 向不同，相邻晶粒在某同一方向上的热膨胀系数、弹性模 量等均不相同；对于多相多晶体，各相间更有性能上的差 异；对于固溶体，各晶粒间化学组成上的波动也会在晶界 上产生很大的晶界应力。晶粒愈大，晶界应力愈大。这种 晶界应力甚至可以使大晶粒出现穿晶断裂，这可能就是粗 晶结构的陶瓷材料机械强度较差的一个原因。
也不会对材料起排斥作用。也即材料不会
被组织细胞吞噬又不被排斥出体外，最后 被人体组织包围起来。这类材料主要有αA1203、玻璃碳、热解碳等。
生物活性陶瓷材料是指在生物环境中材料 通过细胞活性部分或全部被溶解或吸收，
并与骨置换而形成牢固结合的生物陶瓷材
料。这类材料主要有：磷酸钙系玻璃，羟 Fra Baidu bibliotek磷灰石和磷酸三钙。
17 生物陶瓷
本章提要
本章重点介绍生物陶瓷、生物陶瓷涂层 及复合生物材料的种类、微观结构、物理化 学性能和生产工艺。并简要介绍生物陶瓷在 医学上的具体应用，临床应用的现状及发展 的前景。
17.1 概述
生物陶瓷（Bioceramics）是指用作特定的 生物或生理功能的一类陶瓷材料。或者说， 生物陶瓷是指直接用于人体或与人体相关 的生物、医用、生物化学等的陶瓷材料， 广义讲凡属生物工程的陶瓷材料统称为生 物陶瓷。