【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 吸收，在生物體內(nèi)能誘發(fā)新生骨的生長(zhǎng)。生物活性陶瓷有生物活性玻璃（磷酸鈣系），羥基磷灰和陶瓷，磷酸三鈣陶瓷等幾種。玻璃生物陶瓷玻璃陶瓷也稱微晶玻璃或微晶陶瓷，玻璃陶瓷的生產(chǎn)工藝過程為配料制備→配料熔融→成型→加工→晶化熱處理→再加工玻璃陶瓷生產(chǎn)過程的關(guān)鍵在晶化熱處理階段：第一階段為成核階段，第二階段為晶核生長(zhǎng)階段，這兩個(gè)階段有密切的聯(lián)系，在A階段必須充分成核，在B階段控制晶核的成長(zhǎng)。玻璃陶瓷的析晶過程由三個(gè)因素決定。第一個(gè)因素為晶核形成速度；第二個(gè)因素為晶體生長(zhǎng)速度；第三個(gè)因素為玻璃的粘度。這三個(gè)因素都與溫度有關(guān)。玻璃陶瓷的結(jié)晶速度不宜過小，也不宜過大，有利于對(duì)析晶過程進(jìn)行控制。為了促進(jìn)成核，一般要加入成核劑。一種成核劑為貴金屬如金、銀、鉑等離子，但價(jià)格較貴，另一種是普通的成核劑，有TiOZrOP2OV2OCr2OMoO氟化物、硫化物等。玻璃陶瓷的結(jié)構(gòu)與性能及臨床應(yīng)用玻璃陶瓷是由結(jié)晶相和玻璃相組成的，無氣孔，不同于玻璃，也不同于陶瓷。其結(jié)晶相含量一般為50%90%，玻璃相含量一般為5%50%，結(jié)晶相細(xì)小，一般小于12/μm，且分布均勻。因此，玻璃陶瓷一般具有機(jī)械強(qiáng)度高，熱性能好，耐酸、堿性強(qiáng)等特點(diǎn)。國(guó)內(nèi)外就SiO2Na2OCaOP2O5系統(tǒng)玻璃陶瓷，Li2OAl2O3SiO2系統(tǒng)玻璃陶瓷，SiO2Al2O3MgOTiO2CaF系統(tǒng)玻璃陶瓷等進(jìn)行了生物臨床應(yīng)用。發(fā)現(xiàn)它們具有良好的生物相溶性，沒有異物反應(yīng)。此外生物硬組織代用材料還有碳質(zhì)材料，二氧化鈦陶瓷，二氧化鋯陶瓷材料等多種 單晶生物陶瓷成分單晶生物陶瓷是一種新型的生物陶瓷材料，屬氧化鋁單晶。氧化鋁單晶也稱寶石，添加劑不同，制得單晶材料顏色不同，如紅寶石、藍(lán)寶石等。氧化鋁單晶有許多特性，如機(jī)械強(qiáng)度、硬度、耐腐蝕性都優(yōu)于多晶氧化鋁陶瓷，其生物相溶性、安定性、耐磨性也優(yōu)于多晶氧化鋁陶瓷。氧化鋁單晶的生產(chǎn)工藝有提拉法、導(dǎo)模法、氣相化學(xué)沉積生長(zhǎng)法、焰熔法等。即是把原料裝入坩堝內(nèi)，將坩堝臵于單晶爐內(nèi)，加熱使原料完全熔化，把裝在籽晶桿上的籽晶浸漬到熔體中與液面接觸，精密地控制和調(diào)整溫度，緩緩地向上提拉籽晶桿，并以一定的速度旋轉(zhuǎn)，使結(jié)晶過程在固液界面上連續(xù)地進(jìn)行，直到晶體生長(zhǎng)達(dá)到預(yù)定長(zhǎng)度為止。，籽晶桿的轉(zhuǎn)速為25r/min 簡(jiǎn)稱EFG法。在擬定生長(zhǎng)的單晶物質(zhì)熔體中，放頂面下所擬生長(zhǎng)的晶體截面形狀相同的空心模子即導(dǎo)模，模子用材料應(yīng)能使熔體充分潤(rùn)濕，而又不發(fā)生反應(yīng)。由于毛細(xì)管的現(xiàn)象，熔體上升，到模子的頂端面形成一層薄的熔體面。將晶種浸漬到基中，便可提拉出截面與模子頂端截面形狀相同的晶體。將金屬的氫氧化物、鹵化物或金屬有機(jī)物蒸發(fā)成氣相，或用適當(dāng)?shù)臍怏w做載體，輸送到使其凝聚的較低溫度帶內(nèi)，通過化學(xué)反應(yīng)，在一定的襯底上沉積形成薄膜晶體。將原料裝在料斗內(nèi)，下降通過倒裝的氫氧焰噴嘴，將其熔化后沉積在保溫爐內(nèi)的耐火材料托柱上，形成一層熔化層，邊下降托柱邊進(jìn)行結(jié)晶。用這種方法晶體生長(zhǎng)速度快、工藝較簡(jiǎn)單，不需要昂貴的銥金坩堝和容器，因此較經(jīng)濟(jì)。它用作人工關(guān)節(jié)柄與氧化鋁多晶陶瓷相比具有比較高的機(jī)械強(qiáng)度，不易折斷。它還可以作為損傷骨的固定材料，主要用于制作人工骨螺釘，比用金屬材料制成的人工骨螺釘強(qiáng)度高?？梢约庸こ筛鞣N齒用的尺寸小、強(qiáng)度大的牙根，由于氧化鋁單晶與人體蛋白質(zhì)有良好的親合性能，結(jié)合力強(qiáng)，因此有利于牙齦粘膜與異齒材料的附著。羥基磷灰石生物陶瓷羥基磷灰石陶瓷的制造工藝 這種方法與普通陶瓷的制造方法基本相同，根據(jù)配方將原料磨細(xì)混合，在高溫下進(jìn)行合成：10001300℃，6CaHPO4〃2H2O+4CaCO3 Ca10(PO4)6(OH)2+4CO2+4H2O 將CaHPO4與CaCO3按6：4摩爾比進(jìn)行配料，然后進(jìn)行24h濕法球磨。將球磨好的漿料倒入容器中，加入足夠的蒸餾水，在80100℃恒溫情況下進(jìn)行攪拌，反應(yīng)完畢后，放臵沉淀得到白色的羥基磷灰石沉淀物，其反應(yīng)式如下： 6CaHPO4+4CaCO3═Ca10(PO4)6(OH)2+4CO2+2H2O 此法用Ca(NO3)2與(NH4)2HPO4進(jìn)行反應(yīng)，得到白色的羥基磷灰石沉淀。其反應(yīng)如下：10Ca(NO3)2+6(NH4)2HPO4+8NH3〃H2O+H2O=Ca10(PO4)6(OH)2+20NH4NO3+7H2O 此外，還有其它方法可制成羥基磷灰石。羥基磷灰石陶瓷的性能應(yīng)用合成的羥基磷灰石的結(jié)構(gòu)與生物骨組織相似，因此合成羥基磷灰石具有與生物體硬組織相同的性能。如Ca：P≈，密度≈，機(jī)械強(qiáng)度大于10MPa，對(duì)生物無毒，無刺激，生物相溶性好，不被吸收，能誘發(fā)新有的生長(zhǎng)。目前國(guó)內(nèi)外已將羥基磷灰石用牙槽、骨缺損、腦外科手術(shù)的修補(bǔ)、填充等，用于制造耳聽骨鏈和整形整容的材料。此外，它還可以制成人工骨核治療骨結(jié)核。二、壓電陶瓷壓電陶瓷，一種能夠?qū)C(jī)械能和電能互相轉(zhuǎn)換的功能陶瓷材料，屬于無機(jī)非金屬材料。這是一種具有壓電效應(yīng)的材料。所謂壓電效應(yīng)是指某些介質(zhì)在力的作用下，產(chǎn)生形變，引起介質(zhì)表面帶電，這是正壓電效應(yīng)。反之，施加激勵(lì)電場(chǎng)，介質(zhì)將產(chǎn)生機(jī)械變形，稱逆壓電效應(yīng)。這種奇妙的效應(yīng)已經(jīng)被科學(xué)家應(yīng)用在與人們生活密切相關(guān)的許多領(lǐng)域，以實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換、傳感、驅(qū)動(dòng)、頻率控制等功能。在能量轉(zhuǎn)換方面，利用壓電陶瓷將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能的特性，可以制造出壓電點(diǎn)火器、移動(dòng)X光電源、炮彈引爆裝臵。電子打火機(jī)中就有壓電陶瓷制作的火石，打火次數(shù)可在100萬次以上。用壓電陶瓷把電能轉(zhuǎn)換成超聲振動(dòng)，可以用來探尋水下魚群的位臵和形狀，對(duì)金屬進(jìn)行無損探傷，以及超聲清洗、超聲醫(yī)療，還可以做成各種超聲切割器、焊接裝臵及烙鐵，對(duì)塑料甚至金屬進(jìn)行加工。某些材料在機(jī)械應(yīng)力作用下，引起內(nèi)部正負(fù)電荷中心相對(duì)位移而發(fā)生極化，導(dǎo)致材料兩端表面出現(xiàn)符號(hào)相反的束縛電荷的現(xiàn)象，稱為壓電效應(yīng)。具有這種性能的陶瓷稱為壓電陶瓷，它的表面電荷的密度與所受的機(jī)械應(yīng)力成正比。反之，當(dāng)這類材料在外電場(chǎng)作用下，其內(nèi)部正負(fù)電荷中心移位，又可導(dǎo)致材料發(fā)生機(jī)械變形，形變的大小與電場(chǎng)強(qiáng)度成正比。1946年美國(guó)麻省理工學(xué)院絕緣研究室發(fā)現(xiàn)，在鈦酸鋇鐵電陶瓷上施加直流高壓電場(chǎng)，使其自發(fā)極化沿電場(chǎng)方向擇優(yōu)取向,除去電場(chǎng)后仍能保持一定的剩余極化,使它具有壓電效應(yīng)，從此誕生了壓電陶瓷常用的壓電陶瓷有鈦酸鋇系、鈦酸鉛－鋯酸鉛二元系及在二元系中添加第三種ABO3(A表示二價(jià)金屬離子，B表示四價(jià)金屬離子或幾種離子總和為正四價(jià))型化合物，如：Pb(Mn1/3)Nb2/3)O3和Pb(CO1/3Nb2/3)O3等組成的三元系。如果在三元系統(tǒng)上再加入第四種或更多的化合物,可組成四元系或多元系壓電陶瓷。此外，還有一種鈮酸鹽系壓電陶瓷,如氧化鈉(鉀)〃氧化鈮(〃〃NbO3)和氧化鋇（鍶）〃氯化鈮(Bax〃Sr1x〃Nb2O5)等,它們不含有毒的鉛，對(duì)環(huán)境保護(hù)有利。制造特點(diǎn) 壓電陶瓷的制造特點(diǎn)是在直流電場(chǎng)下對(duì)鐵電陶瓷進(jìn)行極化處理，使之具有壓電效應(yīng)。一般極化電場(chǎng)為3～5kV/mm，溫度100～150176。C,時(shí)間5～20min。這三者是影響極化效果的主要因素。性能較好的壓電陶瓷，如鋯鈦酸鉛系陶瓷，～。壓電陶瓷主要用于制造超聲換能器、水聲換能器、電聲換能器、陶瓷濾波器、陶瓷變壓器、陶瓷鑒頻器、高壓發(fā)生器、紅外探測(cè)器、聲表面波器件、電光器件、引燃引爆裝臵和壓電陀螺等。陶瓷特性壓電陶瓷具有敏感的特性，可以將極其微弱的機(jī)械振動(dòng)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，可用于聲納系統(tǒng)、氣象探測(cè)、遙測(cè)環(huán)境保護(hù)、家用電器等。地震是毀滅性的災(zāi)害，而且震源始于地殼深處，以前很難預(yù)測(cè)，使人類陷入了無計(jì)可施的尷尬境地。壓電陶瓷對(duì)外力的敏感使它甚至可以感應(yīng)到十幾米外飛蟲拍打翅膀?qū)諝獾臄_動(dòng)，用它來制作壓電地震儀，能精確地測(cè)出地震強(qiáng)度，指示出地震的方位和距離。這不能不說是壓電陶瓷的一大奇功壓電陶瓷在電場(chǎng)作用下產(chǎn)生的形變量很小，最多不超過本身尺寸的千萬分之一，別小看這微小的變化，基于這個(gè)原理制做的精確控制機(jī)構(gòu)－－壓電驅(qū)動(dòng)器，對(duì)于精密儀器和機(jī)械的控制、微電子技術(shù)、生物工程等領(lǐng)域都是一大福音。諧振器、濾波器等頻率控制裝臵，是決定通信設(shè)備性能的關(guān)鍵器件，壓電陶瓷在這方面具有明顯的優(yōu)越性。它頻率穩(wěn)定性好，精度高及適用頻率范圍寬，而且體積小、不吸潮、壽命長(zhǎng)，特別是在多路通信設(shè)備中能提高抗干擾性，使以往的電磁設(shè)備無法望其項(xiàng)背而面臨著被替代的命運(yùn) 主要原理我們來看一種新型自行車減震控制器，一般的減振器難以達(dá)到平穩(wěn)的效果，而這種ACX減震控制器，通過使用壓電材料，首次提供了連續(xù)可變的減震功能。一個(gè)傳感器以每秒50次的速率監(jiān)測(cè)沖擊活塞的運(yùn)動(dòng)，如果活塞快速動(dòng)作，一般是由于行駛在不平地面而造成的快速?zèng)_擊，這時(shí)需要啟動(dòng)最大的減震功能；如果活塞運(yùn)動(dòng)較慢，則表示路面平坦，只需動(dòng)用較弱的減震功能。綜上所訴:壓電陶瓷就是矢量轉(zhuǎn)換材料 力電 電力 1次力電轉(zhuǎn)化,典型應(yīng)用:壓電點(diǎn)火,稱量傳感 1次電力轉(zhuǎn)換:制動(dòng)器,執(zhí)行器 電力形變振動(dòng)聲波電聲超聲等 形變位移檢測(cè) 電力電,壓電變壓器等等~ 可以說，壓電陶瓷雖然是新材料，卻頗具平民性。它用于高科技，但更多地是在生活中為人們服務(wù)，創(chuàng)造美好的生活。目前，壓電陶瓷的主要原料還包括鉛等有毒物質(zhì)。下一階段，無鉛壓電陶瓷和低溫壓電陶瓷將是發(fā)展的方向市場(chǎng)用途 壓電陶瓷的用途非常廣泛。下面我們來舉其中幾例：聲音轉(zhuǎn)換器 聲音轉(zhuǎn)換器是最常見的應(yīng)用之一。像拾音器、傳聲器、耳機(jī)、蜂鳴器、超聲波探深儀、聲納、材料的超聲波探傷儀等都可以用壓電陶瓷做聲音轉(zhuǎn)換器。如兒童玩具上的蜂鳴器就是電流通過壓電陶瓷的壓電效應(yīng)產(chǎn)生振動(dòng)，而發(fā)出人耳可以聽得到的聲音。壓電陶瓷通過電子線路的控制，可產(chǎn)生不同頻率的振動(dòng)，從而發(fā)出各種不同的聲音。例如電子音樂賀卡，就是通過壓電效應(yīng)把機(jī)械振動(dòng)轉(zhuǎn)換為交流電信號(hào)。壓電引爆器 自從第一次世界大戰(zhàn)中英軍發(fā)明了坦克，并首次在法國(guó)索姆河的戰(zhàn)斗中使用而重創(chuàng)了德軍后，坦克在多次戰(zhàn)斗中大顯身手。然而到了20世紀(jì)六七十年代，由于反坦克武器的發(fā)明，坦克失去了昔日的輝煌。反坦克炮發(fā)射出的穿甲彈接觸坦克，就會(huì)馬上爆炸，把坦克炸得粉碎。這是因?yàn)閺楊^上裝有壓電陶瓷，它能把相碰時(shí)的強(qiáng)大機(jī)械力轉(zhuǎn)變?yōu)樗查g高電壓，爆發(fā)火花而引爆炸藥壓電打火機(jī) 現(xiàn)在煤氣灶上用的一種新式電子打火機(jī)，就是利用壓電陶瓷制成的。只要用手指壓一下打火按鈕，打火機(jī)上的壓電陶瓷就能產(chǎn)生高電壓，形成電火花而點(diǎn)燃煤氣，可以長(zhǎng)久使用。所以壓電打火機(jī)不僅使用方便，安全可靠，而且壽命長(zhǎng)，例如一種鈦鉛酸鉛壓電陶瓷制成的打火機(jī)可使用100萬次以上。防核護(hù)目鏡 核試驗(yàn)員帶上用透明壓電陶瓷做成的護(hù)目鏡后，當(dāng)核爆炸產(chǎn)生的光輻射達(dá)到危險(xiǎn)程度時(shí)，護(hù)目鏡里的壓電陶瓷就把它轉(zhuǎn)變成瞬時(shí)高壓電，在1/1000 s里，能把光強(qiáng)度減弱到只有1/10000，當(dāng)危險(xiǎn)光消失后，又能恢復(fù)到原來的狀態(tài)。這種護(hù)目鏡結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，只有幾十克重，安裝在防核護(hù)目頭盔上攜帶十分方便。超聲波換能器 適用于用于超聲波焊接設(shè)備以及超聲波清洗設(shè)備，主要采用大功率發(fā)射型壓電陶瓷制作，超聲波換能器是一種能把高頻電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的裝臵，超聲波換能器作為能量轉(zhuǎn)換器件，它的功能是將輸入的電功率轉(zhuǎn)換成機(jī)械功率（即超聲波）再傳遞出去，而它自身消耗很少的一部分功率。聲納 [1]在海戰(zhàn)中，最難對(duì)付的是潛艇，它能長(zhǎng)期在海下潛航，神不知鬼不覺地偷襲港口、艦艇，使敵方大傷腦筋。如何尋找敵潛艇？靠眼睛不行，用雷達(dá)也不行，因?yàn)殡姶挪ㄔ诤Ｋ飼?huì)急劇衰減，不能能效地傳遞信號(hào)，探測(cè)潛艇靠的是聲納水下耳朵。壓電陶瓷就是制造聲納的材料，它發(fā)出超聲波，遇到潛艇便反射回來，被接收后經(jīng)過處理，就可測(cè)出敵潛艇的方位、距離等。特種陶瓷片特種陶瓷，又稱精細(xì)陶瓷，按其應(yīng)用功能分類，大體可分為高強(qiáng)度、耐高溫和復(fù)合結(jié)構(gòu)陶瓷及電工電子功能陶瓷兩大類。在陶瓷坯料中加入特別配方的無機(jī)材料，經(jīng)過1360度左右高溫?zé)Y(jié)成型，從而獲得穩(wěn)定可靠的防靜電性能，成為一種新型特種陶瓷，通常具有一種或多種功能，如：電、磁、光、熱、聲、化學(xué)、生物等功能；以及耦合功能，如壓電、熱電、電光、聲光、磁光等功能。特種陶瓷是二十世紀(jì)發(fā)展起來的，在現(xiàn)代化生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的推動(dòng)和培育下，它們“繁殖”得非?？欤绕湓诮?、三十年，新品種層出不窮，令人眼花繚亂。按照化學(xué)組成劃分有： 氧化物陶瓷氧化物陶瓷：氧化鋁、氧化鋯、氧化鎂、氧化鈣、氧化鈹、氧化鋅、氧化釔、二氧化鈦、二氧化釷、三氧化鈾等。氮化物陶瓷氮化物陶瓷：氮化硅、氮化鋁、氮化硼、氮化鈾等。碳化物陶瓷碳化物陶瓷：碳化硅、碳化硼、碳化鈾等 硼化物陶瓷硼化物陶瓷：硼化鋯、硼化鑭等 硅化物陶瓷硅化物陶瓷：二硅化鉬等 氟化物陶瓷氟化物陶瓷：氟化鎂、氟化鈣、三氟化鑭等 硫化物陶瓷硫化物陶瓷：硫化鋅、硫化鈰等 其他還有砷化物陶瓷，硒化物陶瓷，碲化物陶瓷等除了主要由一種化合物構(gòu)成的單相陶瓷外，還有由兩種或兩種以上的化合物構(gòu)成的復(fù)合陶瓷。例如，由氧化鋁和氧化鎂結(jié)合而成的鎂鋁尖晶石陶瓷，由氮化硅和氧化鋁結(jié)合而成的氧氮化硅鋁陶瓷，由氧化鉻、氧化鑭和氧化鈣結(jié)合而成的鉻酸鑭鈣陶瓷，由氧化鋯、氧化鈦、氧化鉛、氧化鑭結(jié)合而成的鋯鈦酸鉛鑭（PLZT）陶瓷等等。此外，有一大類在陶瓷中添加了金屬而生成的金屬陶瓷，例如氧化物基金屬陶瓷，碳化物基金屬陶瓷，硼化物基金屬陶瓷等，也是現(xiàn)代陶瓷中的重要品種上。近年來，為了改善陶瓷的脆性，在陶瓷基體中添加了金屬纖維和無機(jī)纖維，這樣構(gòu)成的纖維補(bǔ)強(qiáng)陶瓷復(fù)合材料，是陶瓷家族中最年輕但卻是最有發(fā)展前途的一個(gè)分支。為了生產(chǎn)、研究和學(xué)習(xí)上的方便，有時(shí)不按化學(xué)組成，而根據(jù)陶瓷的性能，把它們分為高強(qiáng)度陶瓷，高溫陶瓷，高韌性陶瓷，鐵電陶瓷，壓電陶瓷，電解質(zhì)陶瓷，半導(dǎo)體陶瓷，電介質(zhì)陶瓷，光學(xué)陶瓷（即透明陶瓷），磁性瓷，耐酸陶瓷和生物陶瓷等等。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們可以預(yù)期現(xiàn)代陶瓷將會(huì)更快地發(fā)展，產(chǎn)生更多更新的品種。制作工藝成形方法與結(jié)合劑的選擇特種陶瓷成形方法有很多種，生產(chǎn)中應(yīng)根據(jù)制品的形狀選擇成形方法，而不同的成形方法需選用的結(jié)合劑不同。常見陶瓷成形方法、結(jié)合劑種類及用量如下所示 陶瓷注射成形和成形用結(jié)合劑氮化硅等特種陶瓷材料具有高強(qiáng)度、高耐磨性、低密度（輕量化）、耐熱性、耐腐蝕性等優(yōu)良性能，適用于制造渦輪加料機(jī)葉輪、搖臂式燒