羟基磷灰石陶瓷

羟基磷灰石陶瓷（Hydroxyaptite,简称HAP)与其他生物材料显著不同之处在于，它是用人工合成的方法得到的与人骨和牙齿的矿物组成相同的粉料经成型、烧成所制成的无机材料。

纳米羟基磷灰石人工骨

1.羟基磷灰石陶瓷的晶体结构

羟基磷灰石属六方晶系，理论成为[Ca10(PO)6(OH)2,记为HAP],实际组成十分复杂。密度为3. 156g/cm3。羟基磷灰石（HAP)具有较复杂的晶体结构,晶体结构中在平行于c轴的方向有较大的通道。羟基磷灰石由于特殊的晶体结构，除了离子的活性较大，发生离子交换能力较强外，还具有较强的表面吸附性能。

2. 羟基磷灰石陶瓷的制备工艺

羟基磷灰石陶瓷的制备方法有干法和湿法两种，具体又分固相反应法、水热反应法和沉淀反应法。合成羟基磷灰石的原料为化学试剂，作为P2O5成分可由磷酸氢钙（CaHPO4•2H2O)、磷酸氢二氨［（NH4)2HPO4]、磷酸（H3PO4)等引入；CaO成分除磷酸氢钙外，还可由碳酸钙（CaCO3)和氢氧化钙［Ca(OH)2]、硝酸钙［Ca(NO3)2]提供。根据羟基磷灰石理论化学组成的分子式，可计算出其Ca/P=1. 67.为了使Ca/P=1. 67,必须采用两种或两种以上原料合成羟基磷灰石。

（1)水热反应法

将CaHPO4与CaCO3按6:4(mol)进行配料，并经24h湿法球磨。然后将球磨好的浆料倒入反应釜内，加入足够的蒸馏水，在80~100℃恒温情况下进行搅拌反应，冷却后沉淀得到白色羟基磷灰石沉淀物。

此外，日本的青木秀希还直接用磷酸氢钙加水分解的方法在高压反应釜中制备结晶性较好的羟基磷灰石晶体。

该反应是在pH为中性、控制温度为200℃左右，其对应的压力约为15atm.

（2)沉淀反应法

此法是用Ca(NO3)2和（NH4)2HPO4为原料进行反应，得到白色沉淀。还可以用氢氧化钙与磷酸反应，合成羟基磷灰石。

（3）固相反应法

固相反应法与普通陶瓷的制备方法基本相同。根据配方将原料细磨混合，在高温下进行合成。需要指出，在此合成羟基磷灰石的过程中，温度不能超过1330℃,否则会引起羟基磷灰石的分解。

除上述方法外，还可用其他的方法制备羟基磷灰石。羟基磷灰石也可以与其他材料形成复合羟基磷灰石陶瓷，使材料性能得到改善。

例如，尽管羟基磷灰石的生物相容性优越，但它有一个最大的缺点是机械强度低，使其应用受到一定的局限性。在满足生物相容性的基础上，为了提高强度，主要从改变材料的显微结构和研制复合材料上进行考虑。在羟基磷灰石中加入其他氧化物，使材料内部形成其他晶相，从而达到增加强度的目的，这是一种行之有效的方法。

3. 羟基磷灰石的性能

生物体硬组织的矿物成分主要是羟基磷灰石，合成的羟基磷灰石的结构与生物骨组织相似。因此，它们具有相同的性能。

（1)密度、折射率

Ca/P=1. 67,密度为p=3. 140~3. 156g/cm3,机械强度大于100MPa.其折射率为n=1. 64~1. 65.

（2)化学性质

羟基磷灰石微溶于纯水中，呈弱碱性（pH=7~9)。易溶于酸，难溶于碱。具有优良的离子交换性能，Ca2+易被一些重金属离子（即公害性离子）如Cd2+、Hg2+、Sr2+、Ba2+、Pb2+等置换。此外，阴离子（OH-)也易被F-置换，而且其置换速度很快，还能与具有（COOH)基的氨基酸、蛋白质、有机酸等反应，因此，可用于氨基酸，蛋白质的分离、精制等。

（3)物理性质

羟基磷灰石的硬度5,与普通玻璃的硬度相同。

低结晶质羟基磷灰石微粉的比表面积大，例如达100㎡/g,被用于触媒或磷捕捉剂。

羟基磷灰石在空气中加热时，低结晶质微粉产生结晶化，在1000℃左右出现烧结。在1600~1700℃发生融熔、分解反应。

基磷灰石弹性模量比人骨大2倍左右，可称为硬质材料。但抗折强度低于人骨，其耐冲击、韧性也较差，属于脆性材料。