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生物调节玻璃的组成和改进制备工艺

发布时间:2016/5/28

生物调节玻璃


玻璃化学组分多,组成复杂,因而通过适当调整玻璃组成,可获得特定的结构,从而显 著改善玻璃的性质,在生物玻璃中调整玻璃组成要注意以保证玻璃的生物活性为前提。

(1) Si含量由于Si[SiC)4]形式构成网络结构,所以适当提高Si2的含量,可以

提高玻璃的网络结构,从而提高玻璃强度、密度,提高玻璃的抗水性,在一定程度上还可以 提高玻璃的耐腐蚀性。但为了产生富钙磷的表面,Si2的含量不能超过60%(摩尔分数), 因而通过提高Si含量来提高玻璃强度的办法调整范围是有限的。

(2) F含量玻璃中加入适量的F,通过在适当温度下保温,可以生成氟金云母相,云 母的层状结构可以改善玻璃的可加工性能。生物玻璃的体外试验表明,F能促进较稳定的 HA溶液中HA晶体的沉积,另有研究表明用CaF2代替CaO可获得更牢固的界面结合,但 是F过高会使骨正常吸收及重建停止。

(3) CaP含量羟基磷灰石、是人体骨中的主要活性成分,因而生物玻璃在水解过程中 生成HA的能力便成为衡量其生物活性的一个重要标志。玻璃中CaP含量越多,其水解 能力越好,玻璃的生物活性越高。但是,PCa含量过高的玻璃水解过快,性质不稳定,在体内的代谢速度过快,因而不具有实际应用价值,而且CaP含量高的玻璃与骨的结合 面范围宽,结合性能差,因而CaP的含量也不是越高越好。

(4) A1含量A1为网络中间体,在碱含量低的玻璃中,A1离子是以[A106]的形式 存在,可以破坏玻璃的网络结构,起到高温助熔的作用;而在碱含量高的玻璃中,它又可以 [aio4]的形式进入玻璃网络,起到补强的作用,并能稳定硅酸盐的结构。在磷酸盐玻璃 中,A1也有特殊的作用,A1能够与磷酸盐玻璃中的P=0中的氧形成[A104],有效改善 和强化磷酸盐玻璃。由于A1对硅酸盐和磷酸盐玻璃均具有稳定作用,所以它可以抑制生物 玻璃的水解,从而影响CaP的沉积,因此A1含量过多会影响玻璃的生物活性。研究表 明,A1含量达到3%时就会降低玻璃的生物活性,一般A1的添加量小于1.5%。

(5) Zr的添加添加少量的Zr,在某一确定温度下保温生成Zr2,利用Zr2也可以/ 达到增韧的效果。Zr2的增韧机理有许多种:应力诱导相变增韧、相变诱发微裂纹增韧, 表面诱发强韧化和微裂纹分支增韧等。Zr02的增韧机制在很大程度上取决于T_Zr02m-Zr02马氏体相变程度的高低及相变在材料中发生的部位。

(6) 其他离子的添加引入Ag+,利用其抗菌广谱、杀菌效率高、不易产生抗药性的 特点,也可以制得抗菌性生物玻璃;加入Fe,利用铁磁性还可以制得热疗用玻璃。

改进制备工艺

传统的制备生物玻璃的方法为高温熔制法,在玻璃生成过程中通过调节气氛、熔制温 度、退火温度、保温时间等可使玻璃产生特定的结构,并可以在热处理过程中生成晶体。而 控制析出晶体的种类、颗粒大小以及含量多少等可以改善玻璃的一系列性质,如适当调整熔 制温度可以提高玻璃的生物活性;生成细小的晶粒可以提高玻璃的断裂韧性。与传统的熔融 法相比,溶胶-凝胶法具有许多优点,如原料组分可在分子水平上均勻混合,所得制品具有 均匀性高、合成产物纯度高并且热处理温度低等。近来人们还发现利用Sol-Gel法制备生物 玻璃可扩大玻璃的形成范围,生成的材料比表面积大,残余羟基多,其中的羟基能与生物机 体内的蛋白质氨基酸以低能途径形成肽键,从而更快更多地实现骨键合,因而Sol-Gel法制 备生物玻璃是一1条新途径。






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