编号：TCHY00075

篇名：多孔生物陶瓷与PVA水凝胶复合材料的制备与力学性能分析

作者： 刘金龙； 张德坤； 葛世荣；

关键词： 多孔生物陶瓷； PVA水凝胶； 拉伸强度； 剪切强度； 力学性能； 裂纹扩展； 孔隙率；

机构： 中国矿业大学材料科学与工程学院；

摘要： 目的将多孔生物陶瓷和聚乙烯醇(PVA)水凝胶交联成为一个仿生软骨-硬关节双层结构,并对该结构的微观形貌和力学性能进行分析。方法以羟基磷灰石(HA)为基体,采用添加碳酸氢铵(NH4HCO3)晶粒造孔的方式制备不同孔隙率的多孔羟基磷灰石生物陶瓷,以聚乙烯醇(PVA)为主要原料,环氧丙烷为交联剂,在多孔生物陶瓷表面及基体内交联制备出PVA水凝胶形成双层结构,对试样的断口形貌进行表征,对试样的拉伸强度和剪切强度等性能进行测试分析。结果交联的PVA水凝胶可以渗入到生物陶瓷基体表层以下的孔隙中,并且陶瓷基体和PVA水凝胶有很好的结合。随着多孔生物陶瓷孔隙率的增大,试样的最大拉伸和剪切负载均增大,平均孔隙率为70%试样的最大拉伸和剪切负载分别为153.61 N和64.46 N;而相应的拉伸和剪切强度略有下降,平均孔隙率为30%试样对应的最大拉伸和剪切强度分别为2.12 MPa和1.13 MPa。两者的失效形式均是因为裂纹的扩展,断口的微观形貌表明,断裂面存在明显的裂纹和内部缺陷,同时可观察出裂纹源和扩展方向。结论考虑到多孔生物陶瓷基体的强度,平均孔隙率为50%的多孔生物陶瓷的渗入效果适中,试样的拉伸强度和剪切强度、多孔生物陶瓷基体的压缩强度也有一定的保证,选择孔隙率为50%的试样较为合适。