高纯氧化铝生物陶瓷的性能

氧化铝生物陶瓷常作为人工关节用于人体内，代替病变或因外伤引起失去功能的关节、人工骨等。因此要求氧化铝生物陶瓷强度要高，硬度要大，耐腐蚀、耐磨性好，热膨胀系数要小，材质要轻。

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（1)机械强度

氧化铝陶瓷强度高的原因是由其微观结构所决定。大量实验研究表明，晶粒愈小，强度愈高。

此外，氧化铝陶瓷的强度和弹性模量都随气孔率的增加而降低，这是因为气孔不仅减少了承受负荷的面积，而且，在气孔附近产生应力集中，从而减弱材料的强度。

除气孔率外，气孔的形状、分布也对强度有重要影响。此外，杂质和第二相的存在也影响强度。概括而言，消除微观缺陷，提高晶体的完整性，即细、密、均、纯是提高氧化铝陶瓷有效措施，也是当前陶瓷发展的重要方向。

（2)硬度

硬度是材料的一种重要力学性能。晶体矿物和陶瓷材料的硬度大小主要取决于其组成和结构。离子的半径越大、电价越高、配位数越大的，结合能就大，硬度也就大，则抵抗外力摩擦、刻划和压人的能力就越强。与强度类似，材料的显微结构、裂纹、杂质等都对硬度有影响。材料的硬度根据测定方法的不同，有多种表示方法，例如莫氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度等。各种硬度的单位也不一样，彼此间没有固定的换算关系。

陶瓷及矿物材料常用划痕硬度即莫氏硬度。它只表示硬度由大到小的顺序，不表示硬度的程度，序列后面的矿物可以划破前面的矿物的表面。一般莫氏硬度分为10级，由于人工合成的硬度大的材料的出现，又将硬度分为15级。不同的生物材料硬度值是不一样的。硬度大小是评价一种生物材料的耐磨性能的一个重要指标。

（3)耐腐蚀性

氧化铝生物陶瓷随着氧化铝含量的增加，其耐腐蚀性能不断提高，可以耐强酸、强碱的腐蚀。在耐化学腐蚀性能方面，氧化铝陶瓷有着金属材料无可比拟的优越性。

（4)弹性模量

弹性模量（E)是一种重要的材料常数，是反映原子间结合强度的一种指标。共价键、离子键结合的晶体，结合力强，E值较大。而分子键结合力弱，E较低。在常温下，当应力不太大时，其形变是简单的弹性形变，应力与应变力之比为弹性模量。氧化铝生物陶瓷的弹性模量E其他生物相比数值较大。

（5)热膨胀系数

物体的体积或长度随温度升高而增大的现象称之为热膨胀。根据固体的热彫胀机理，热膨胀是晶体中质点们的平衡位置随温度而增大的结果，即振幅增大的结果。其增加的程度与晶体点阵中质点的位能性质有关，而质点的位能则是由质点间的结合特性所决定。质点间结合力越强，则势阱深而窄，升高同样的温度，质点振幅增加较少，故平均位置的位移也增加较小，因此，热膨胀系数较小。

（6)亲水性

氧化铝陶瓷具有优良的亲水性。这是由其主晶相α-Al2O3的结构和表面特性所决定的。

Al2O3表面有优良的亲水性。因此，用氧化铝陶瓷制造的人工关节摩擦系数比较低，与生物体具有优良的亲和性。各种材料与水的亲和性，可用水滴在材料表面形成的润湿角来表示。θ越小，则润湿状态越好。

（7)X射线不透性

多晶氧化铝陶瓷具有X射线不透过性能。它们给手术后观察病区带来了很大的方便，同样，为使用CT技术检测也带来了很大方便。