一、羥基磷灰石（hydroxyapatite，HA）的制備方法

HA粉體的合成方法有：溶液法、水熱法、固相反應(yīng)法、醇鹽法和熔解法。為了合成純的HA，必須嚴(yán)格控制反應(yīng)時的pH值、溫度等。合成的HA經(jīng)高溫?zé)Y(jié)即得到HA陶瓷（致密、多孔），常用的燒結(jié)方法有常規(guī)燒結(jié)、熱壓燒結(jié)、熱等靜壓和冷等靜壓燒結(jié)。

（一）HA粉體的合成

1．溶液法（solution　method）　溶液法又稱濕法或溶膠－凝膠法一種是酸堿溶液的中和反應(yīng)，另一種是Ca2＋鹽溶液或溶膠與PO3－4鹽溶液或溶膠的反應(yīng)，用稀氨溶液調(diào)解pH值為8～14，生成的HA或HA凝膠經(jīng)24h老化→洗滌→干燥，制得HA粉。

（1）6H3PO4＋10Ca（OH）2＝Ca10（PO4）6（OH）2＋18H2O

（2）10CaCl2＋6Na2HPO4＋2H2O＝Ca10（PO4）6（OH）2＋12NaCl＋8HCl

10Ca（NO3）2＋6（NH4）2HPO4＋2H2O＝Ca10（PO4）6（OH）2＋12NH4NO3＋8HNO3

在（1）反應(yīng)中，將1　000ml　10．3M的H3PO4溶液緩慢滴入1　000ml　10．5M的Ca（OH）2懸浮液中，不斷攪拌，溫度控制在60℃，最終pH達(dá)9，反應(yīng)時間7h，生成物沉淀于60℃真空干燥24h，即得HA粉末。

該方法在常溫常壓下進(jìn)行，通過控制Ca／P比1．67，可合成出純度高、比表面積大、具納米尺寸（＜100nm）的無定型HA。

2．水熱法（hydrothermal　methods）　又名熱液法，是指在密封壓力容器中，以水溶液作反應(yīng)介質(zhì)，通過對反應(yīng)容器加熱，創(chuàng)造高溫、高壓反應(yīng)環(huán)境，研究制備材料的一種方法。水熱法適合制備完整的HA單晶。

如將CaCO3［或Ca（OH）2］與Ca3（PO4）2混合物在高溫和不斷通入水蒸氣下煅燒制HA，化學(xué)反應(yīng)為：

CaCO3［Ca（OH）2］＝CaO＋CO2（H2O）

CaO＋3Ca3（PO4）2＋H2O＝Ca10（PO4）6（OH）2

也可以以硝酸鈣Ca（NO3）2與磷酸銨（NH4）3PO4為原料，利用水熱法制備針狀HA。生成羥基磷灰石的離子反應(yīng)方程式如下：

5Ca2＋＋3PO3－4＋NH3·H2O＝Ca5（PO4）3 OH＋NH＋4

3．固相反應(yīng)法（solid　phase　reaction methods）　也叫干法，這種方法合成的HA很純，結(jié)晶性好，晶格常數(shù)不隨溫度變化。目前的合成路線有：Ca3（PO4）2＋Ca4P2O9；CaCO3＋Ca4P2O9；Ca3（PO4）2＋CaO；CaHPO4＋CaCO3。反應(yīng)條件均＞1　200℃，采用水蒸氣，得到晶格缺陷較多，結(jié)晶程度高的HA。

（二）HA陶瓷的制備

以HA粉料為原料，經(jīng)高溫?zé)Y(jié)即得到HA陶瓷。原料若是固相反應(yīng)而得，粒徑大，原料粉需要較長時間磨混，其過程易被污染；濕法易合成出組成均勻、粒度細(xì)小的粉末。起始粉末在燒結(jié)前一般需預(yù)先壓制成型，也可燒結(jié)時同時加壓，但熱壓技術(shù)成本較高，其性能與常規(guī)方法得到的產(chǎn)品差別不大，固使用較少。

制備多孔HA的方法很多，如直接在燒結(jié)體上鉆孔，是最簡單易行的獲得大孔洞的方法；在起始粉漿中摻入適當(dāng)大小的有機(jī)物顆粒，或者將粉漿灌入有機(jī)物的海面體內(nèi)制成預(yù)制件，然后高溫?zé)Y(jié)，讓有機(jī)物揮發(fā)，在燒成陶瓷上留下均勻貫通的孔隙；另外，在起始粉漿中加入過氧化氫溶液作發(fā)泡劑，利用過氧化氫溶液在一定溫度下?lián)]發(fā)的性質(zhì)，制成多孔陶瓷；最后一種是將珊瑚或者動物骨骼經(jīng)高溫高壓水熱反應(yīng)或高溫?zé)Y(jié)直接變成多孔塊狀磷酸鈣陶瓷，通過水熱交換處理得到的珊瑚羥基磷灰石既具有羥基磷灰石良好的生物相容性，又保持了珊瑚的原始孔隙結(jié)構(gòu)。

例：質(zhì)量分?jǐn)?shù)60%的HA粉體與15%聚1，2－亞乙基亞胺水溶液混合成糊狀，再加入發(fā)泡劑聚氧化乙烯十二醇醚，攪拌成泡沫狀，孔隙率由攪拌時間調(diào)控。再添加水溶性多官能基環(huán)氧化物，使氣孔結(jié)構(gòu)固定，于1　200℃燒結(jié)，得到的多孔HA孔隙率75%、平均孔徑150μm，貫穿孔直徑30～50μm以上。

熱壓燒結(jié)通常用于致密陶瓷材料的燒結(jié)，相對于常溫?zé)Y(jié)所需要的溫度低一些，在1　100～1　250℃范圍內(nèi)。

二、β－磷酸三鈣

磷酸三鈣（β－TCP）是可吸收性生物陶瓷材料，它的結(jié)構(gòu)可分為高溫型α相（即αTCP）和低溫相（低于1　180℃）的β－TCP。α相和β－相的轉(zhuǎn)變溫度為1　120～1　180℃。

（一）磷酸三鈣（β－TCP）粉體的合成方法

與HA相似，β－TCP的合成方法有固相反應(yīng)法（干法）和溶液法（濕法）。

1．固相反應(yīng)法　以摩爾比2∶1將CaHPO4·2H2O和CaCO3混合，900℃左右保溫2h，自然冷卻。反應(yīng)方程式如下：

2CaHPO4·2H2O＋CaCO3＝Ca3（PO4）2＋5H2O↑＋CO2↑

2．溶液法　按一定的Ca／P比將Ca（NO3）2和（NH4）2HPO4混合，用稀氨溶液調(diào)解pH值在11～12，反應(yīng)12h，經(jīng)過慮、洗滌、干燥，然后經(jīng)高溫（700～1　100℃）得到β－TCP。合成反應(yīng)如下：

3Ca（NO3）2＋2（NH4）2HPO4＋2NH4OH＝Ca3（PO4）2＋6NH4NO3＋2H2O

（二）多孔β－TCP陶瓷的制備

將合成的β－TCP粉末與高溫黏結(jié)劑按一定比例混合、磨細(xì)、加入成孔劑（石蠟、萘等）成型，在900℃左右燒結(jié)即得到β－TCP多孔陶瓷。燒結(jié)溫度和黏結(jié)劑含量是影響多孔陶瓷材料性能的主要因素，當(dāng)溫度大于1　300℃時，材料開始發(fā)生熔化，溫度越高，陶瓷材料收縮明顯，密度和強(qiáng)度增加，但孔徑和孔隙率減少。800～1　000℃是制備β－TCP陶瓷合適的溫度范圍。

與HA相比，β－TCP在水中有較大的溶解度，隨著其燒結(jié)溫度的降低，β－TCP的結(jié)晶形態(tài)為半晶，這種結(jié)晶不完全的β－TCP降解性能較好。

三、HA／β－TCP雙相陶瓷（BCP）

Ca／P比決定磷酸鈣材料的溶解度及在體內(nèi)的吸收性，HA在體內(nèi)比較穩(wěn)定，但吸收慢，將較穩(wěn)定的HA與較易吸收的β－TCP相結(jié)合可以達(dá)到某種適宜平衡。

合成BCP原料為二水磷酸氫鈣（CaHPO4·2H2O）、磷酸氫鈣（CaHPO4）或磷酸八鈣［Ca8H2（PO4）6·5H2O］，通過沉淀或水解制備缺鈣磷灰石（CDA），再將不同Ca／P比例的CDA于1　100℃條件下進(jìn)行燒結(jié)即得。

BCP可制成不同形狀的產(chǎn)品，如粒料、致密或多孔塊狀等?？讖酱笥?00μm的多孔塊體是添加荼等物質(zhì)后燒結(jié)而成，其中的微孔（小于10μm）由燒結(jié)工藝條件控制。

四、生物活性玻璃陶瓷（bioglass）

Bioglass也稱為生物活性玻璃微晶，它是一種多相復(fù)合材料，含有一種以上的結(jié)晶相及玻璃相，對含有磷灰石或磷酸三鈣微晶，或在生理環(huán)境下能夠生成HA表面層的微晶玻璃都稱為生物活性玻璃陶瓷。它具有不同程度的表面溶解能力，易被體液浸潤，生物相容性好，植入體內(nèi)能直接與骨結(jié)合。1970年美國hench開發(fā)的生物玻璃其化學(xué)組成為SiO2－P2O5－CaO－Na2O四元體系，Ca／P比為2～5，各成分的含量是SiO2為45%～55%，Na2O為20%～25%，CaO為20%～25%，P2O5為6%。1982年日本Kokubo在MgOCaO－P2O5－SiO2四元體系中部分析出結(jié)晶的磷灰石和硅灰石，研制出高強(qiáng)度的生物活性玻璃陶瓷A－W。

這類鈣磷微晶玻璃的是以CaO－P2O5和CaO－P2O5－SiO2體系為基礎(chǔ)，再加以Al2O3、MgO、Na2O、TiO2等添加物，制備主要有熔融法和溶膠－凝膠法。

熔融法是將各玻璃氧化物組分混合均勻后，放入坩堝內(nèi)加熱熔融，倒入模子中得到玻璃，將玻璃粉碎，加壓成型后燒結(jié)，使玻璃晶化制成微晶玻璃。用熔融法制備微晶玻璃的工藝與材料表面析晶或體內(nèi)析晶速率有關(guān)，當(dāng)表面晶化的速率比較小時，可直接用塊狀玻璃經(jīng)熱處理晶化析晶制備材料；當(dāng)表面晶化速率比較大時，先把熔體倒入水中或把熔體倒入在高速旋轉(zhuǎn)的鼓面上制得玻璃粉末或薄膜，接著用類似燒結(jié)陶瓷的方法進(jìn)行晶化處理。

溶膠－凝膠法是，一種把含有硅磷酸鹽玻璃組分的有機(jī)化合物溶入乙醇或其他有機(jī)溶劑中形成均勻的溶膠，然后凝膠化得凝膠，材料的氧化物摩爾組成為54%CaO－40%SiO2－6%P2O5。用溶膠－凝膠法制備微晶玻璃時，先用溶膠－凝膠法制得玻璃，然后再經(jīng)熱處理得到所需材料。

多孔微晶玻璃的制法有兩種，一種時利用玻璃分相原理，經(jīng)熱處理在玻璃中獲得可溶晶相，再用酸侵蝕掉可溶相，形成多孔材料。另一種方法是先合成玻璃粉末，然后加入諸如CaCO3、PMMA、淀粉等做發(fā)泡劑，燒結(jié)發(fā)泡成為多孔材料。制備微孔時可利用前一種方法，通過改變組分和控制可溶相的晶粒大小來得到所需的微孔；若制備大孔時則后一種方法有明顯優(yōu)勢，造孔劑的形狀、大小對孔都有影響。