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CN112893832A - 陶瓷颗粒及其制造方法 - Google Patents

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CN112893832A
CN112893832A CN202010651574.0A CN202010651574A CN112893832A CN 112893832 A CN112893832 A CN 112893832A CN 202010651574 A CN202010651574 A CN 202010651574A CN 112893832 A CN112893832 A CN 112893832A
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CN
China
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core
calcium
ceramic particles
modified layer
phosphorus
Prior art date
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Pending
Application number
CN202010651574.0A
Other languages
English (en)
Inventor
曾俊杰
张彦晧
王跃钧
蔡东霖
吕英诚
林秋丰
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Metal Industries Research and Development Centre
Original Assignee
Metal Industries Research and Development Centre
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Publication date
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    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F1/00Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
    • B22F1/16Metallic particles coated with a non-metal
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25Process efficiency

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Abstract

本发明提供一种陶瓷颗粒,供成型一植入物,以解决现有植入物的外表面必须额外形成抗腐蚀层的问题。该陶瓷颗粒包括:一芯,由镁金属或镁合金所形成,该芯的粒径介于30~100μm之间;及一改质层,覆盖于该芯的外表面,该改质层包含钙及磷。本发明另外关于该陶瓷颗粒的制造方法。

Description

陶瓷颗粒及其制造方法
技术领域
本发明关于一种陶瓷颗粒,尤其是一种经改质处理的陶瓷颗粒,本发明另外关于该陶瓷颗粒的制造方法。
背景技术
镁金属因质地轻,密度及弹性系数等特性皆与骨膜相近,并且具有良好的力学特性,同时为生物可降解的物质,因此,由镁金属与其他金属混合制成的镁合金,具有取代钛合金及不锈钢以作为生医材料的潜力。
然而,镁合金的抗腐蚀性差,在生物体内因降解速度过快,因此以镁合金制成的现有植入物的表面,一般会覆盖由羟基磷灰石所形成的抗腐蚀层,以防止该现有植入物在植入生物体后会迅速降解。然而,由于该抗腐蚀层与该现有植入物的机械性质差异较大,当该抗腐蚀层产生破损时,该抗腐蚀层即容易在使用过程中发生整片脱落的情形。
因此,确实有必要改善上述的问题。
发明内容
为解决上述问题,本发明的目的是提供一种陶瓷颗粒,该陶瓷颗粒可以供形成一植入物,且该植入物无须额外形成该抗腐蚀层即具有良好的抗腐蚀效果。
本发明的次一目的是提供一种陶瓷颗粒的制造方法,用以形成前述的陶瓷颗粒。
本发明的陶瓷颗粒可以包括:一芯,由镁金属或镁合金所形成,该芯的粒径介于30~100 μm之间;及一改质层,覆盖于该芯的外表面,该改质层包含钙及磷。
因此,本发明的陶瓷颗粒通过覆盖于该芯的外表面的改质层,使该陶瓷颗粒所制成的植入物在植入生物体后,不仅不容易造成异常反应,更能够促进骨细胞攀爬于该植入物上,使该植入物能够紧密地与骨骼结合,为本发明的功效。再者,由于该陶瓷颗粒包括该改质层,由该陶瓷颗粒所成形的植入物的外表面无须额外形成抗腐蚀层,即能够具有良好的抗腐蚀效果,进而可以实现免除抗腐蚀层的繁琐工序的功效;并且,由于该植入物不具有该抗腐蚀层,更可以避免该抗腐蚀层在使用过程中发生整片脱落的情形,本发明可以实现提升植入物的使用便利性的功效。
本发明的陶瓷颗粒中,该改质层的厚度可以介于0.1~5μm之间;如此可以确保该芯的外表面存在有足够厚度的改质层,使该陶瓷颗粒能够具有良好的生物相容性及骨诱导性等性质。
本发明的陶瓷颗粒中,该改质层中的钙与磷的莫耳数比可以介于1.0~1.8之间,例如该改质层可以由磷酸氢钙、羟基磷灰石或磷酸钙所形成;如此可以使该陶瓷颗粒能够具有良好的生物相容性及骨诱导性等性质。
本发明的陶瓷颗粒的制造方法可以包括:提供一芯,该芯由镁金属或镁合金所形成,且该芯的粒径介于30~100μm之间;将一钙盐及一磷盐溶于一溶剂中,并于该溶剂中加入一螯合剂,以形成一改质溶液;及将该芯加入该改质溶液中,以于5~40℃的温度下,使一改质层形成于该芯的外表面,该改质层包含钙及磷。
因此,通过温度的控制,可以确保该改质层可以均匀地形成于该芯的外表面,因而使以所获得的陶瓷颗粒所制得的植入物在植入生物体后,不仅不容易造成异常反应,更能够促进骨细胞攀爬于该植入物上,使该植入物能够紧密地与骨骼结合,为本发明的功效。
本发明的陶瓷颗粒的制造方法中,该钙盐可以为硝酸钙、磷酸钙或硫酸钙,该磷盐可以为磷酸二氢钾、磷酸二氢钠或磷酸镁,该螯合剂可以为乙二胺四醋酸钠或乙二胺;如此通过选用合适的钙盐与磷盐,搭配合适的螯合剂,进而可以于该芯的外表面形成由特定化合物所形成的改质层,使该陶瓷颗粒能够具有良好的生物相容性及骨诱导性等性质。
附图说明
图1:本发明的一实施例的陶瓷颗粒的剖面图;
图2a:试验(A)中,以扫描电子显微镜所拍摄的陶瓷颗粒的芯的影像;
图2b:试验(A)中,以扫描电子显微镜所拍摄的陶瓷颗粒的影像;
图2c:图2b的R区域的放大影像;
图3:试验(B)中,各组样品的腐蚀速率折线图。
附图标记说明
【本发明】
1 陶瓷颗粒
11 芯
12 改质层
D 粒径
T 厚度。
具体实施方式
为让本发明的上述及其他目的、特征及优点能更明显易懂,下文特举本发明的较佳实施例,并配合附图,作详细说明如下:
请参照图1所示,本发明的一实施例的陶瓷颗粒1可以包括一芯11及一改质层12,该改质层12覆盖于该芯11的外表面。
详而言之,该芯11可以由镁金属或镁合金所形成,例如可以为包含钙、锌、锰、铈、钍或锆等金属的镁合金,借此可以提升该芯11的机械性质(例如,降伏强度、拉伸率等)。
又,该芯11能够通过气体雾化成形法(gas automization)所形成,将熔融的金属液,利用喷头形成小液滴,再冷却凝固所获得,如此能够使所获得的芯11具有较高的球形度(sphericity)。于本实施例中,该芯11的粒径D可以介于30~100μm之间。
该改质层12可以包含钙(Ca)及磷(P),较佳钙与磷的莫耳数比(Ca/P ratio)可以介于1.0~1.8之间。举例而言,该改质层12可以由磷酸氢钙(calcium monohydrogenphosphate,CaHPO4)、羟基磷灰石(hydroxypatitie,Ca5(PO4)3(OH))或磷酸钙(tricalciumdiphosphate,Ca3(PO4)2)等含钙、磷的化合物所形成,通过前述含钙、磷的化合物的生物相容性(biocompatibility)、骨诱导性(osteoinduction)等性质,使该陶瓷颗粒1所制成的植入物在植入生物体后,不容易造成异常反应,更能够促进骨细胞攀爬于该植入物上,使该植入物能够紧密地与骨骼结合。
于本实施例中,工者可以将一钙盐(calcium salt)及一磷盐(phosphorus salt)溶于一溶剂中,并于该溶剂中加入一螯合剂(chelating agent),以形成一改质溶液,并使该改质溶液的钙浓度及磷浓度均介于0.05~0.5 mol/L之间。举例而言,该钙盐可以为硝酸钙(calcium nitrate,Ca(NO3)2)、磷酸钙(calcium phosphate,Ca3(PO4)2)或硫酸钙(calcium sulfate,CaSO4)等,该磷盐可以为磷酸二氢钾(potassium dihydrogenphosphate,KH2PO4)、磷酸二氢钠(sodium dihydrogen phosphate,NaH2PO4)或磷酸镁(magnesium phosphate,Mg3(PO4)2)等,该螯合剂可以为乙二胺四醋酸钠(edetatedisodium,C10H14N2Na2O8)或乙二胺(ethylenediamine,C2H4(NH2)2)等,该溶剂可以为水等。此外,工者可以通过选择特定的钙盐、磷盐,并且调整该钙盐及该磷盐为一预定比例,即可以使特定的含钙、磷的化合物形成该改质层12。
接着,将该芯11加入该改质溶液中,并于5~40℃的温度下,搅拌5~30分钟,即可以于该芯11的外表面形成该改质层12而获得该陶瓷颗粒1,且该改质层的厚度T可以介于0.1~5 μm之间。
值得注意的是,本实施例的陶瓷颗粒1可以通过射出成形(injection molding)、粉末冶金(powder metallugy)、3D列印(3D printing)或热压成形(compression molding)等方式,成形为一植入物(例如,骨钉、牙科植体、骨板等),该植入物可以供植入生物体的体内,进而能够应用于生物体的牙齿、骨骼或关节等的重建。此时,由于该植入物以本实施例的陶瓷颗粒1所形成,因此无须额外于该植入物的外表面形成抗腐蚀层,即具有良好的抗腐蚀效果。
为证实通过该陶瓷颗粒1的制造方法确实能够制造该陶瓷颗粒1,且由该陶瓷颗粒1所形成的金属锭确实具有较佳的抗腐蚀效果,遂进行以下试验:
(A)以扫描电子显微镜所拍摄的影像图
本试验取由气体雾化成形法所成形的镁合金颗粒作为该芯11,接着于该芯11加入该改质溶液(含有硝酸钙、磷酸二氢钾及乙二胺四醋酸钠,并调整pH值为pH 4~6之间)中,以于该芯11的外表面形成该改质层12,经过滤及干燥后即获得该陶瓷颗粒1。
接着,以扫描电子显微镜(scanned electron microscope)拍摄该芯11及该陶瓷颗粒1的影像,其结果分别如图2a、图2b、图2c所示,显示该陶瓷颗粒1的外表面的粗糙度与该芯11的外表面的粗糙度不同,代表确实已于该芯11的外表面形成该改质层12。
(B)抗腐蚀能力的评估
本试验以该陶瓷颗粒1所形成的金属锭作为第B1组,及以该芯11所形成的金属锭作为第B0组,将第B0、B1组的金属锭分别置于模拟体液(simulated body fluid,简称SBF)中,并记录每天的产氢量,进而评估第B0、B1组的金属锭的抗腐蚀能力,其结果如图3所示,由该陶瓷颗粒1所形成的金属锭的产氢量显著低于由该芯所形成的金属锭,显示该陶瓷颗粒1所形成的金属锭具有较佳的抗腐蚀能力。
综上所述,本发明的陶瓷颗粒1通过覆盖于该芯的外表面的改质层,使该陶瓷颗粒1所制成的植入物在植入生物体后,不仅不容易造成异常反应,更能够促进骨细胞攀爬于该植入物上,使该植入物能够紧密地与骨骼结合,为本发明的功效。
再者,由于该陶瓷颗粒1包括该改质层,由该陶瓷颗粒1所成形的植入物的外表面无须额外形成抗腐蚀层,即能够具有良好的抗腐蚀效果,进而可以实现免除抗腐蚀层的繁琐工序的功效;并且,由于该植入物不具有该抗腐蚀层,更可以避免该抗腐蚀层在使用过程中发生整片脱落的情形,本发明可以实现提升植入物的使用便利性的功效。
又,本发明的陶瓷颗粒1的制造方法中,通过温度的控制,可以确保该改质层可以均匀地形成于该芯的外表面,因而使以所获得的陶瓷颗粒1所制得的植入物在植入生物体后,不仅不容易造成异常反应,更能够促进骨细胞攀爬于该植入物上,使该植入物能够紧密地与骨骼结合,为本发明的功效。
虽然本发明已利用上述较佳实施例揭示,然其并非用以限定本发明,任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围之内,相对上述实施例进行各种更动与修改仍属本发明所保护的技术范畴,因此本发明的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。

Claims (8)

1.一种陶瓷颗粒,其特征在于,包括:
一个芯,由镁金属或镁合金所形成,该芯的粒径介于30~100μm之间;及
一个改质层,覆盖于该芯的外表面,该改质层包含钙及磷。
2.如权利要求1所述的陶瓷颗粒,其特征在于,该改质层的厚度介于0.1~5μm之间。
3.如权利要求1所述的陶瓷颗粒,其特征在于,该改质层中的钙与磷的莫耳数比介于1.0~1.8之间。
4.如权利要求3所述的陶瓷颗粒,其特征在于,该改质层由磷酸氢钙、羟基磷灰石或磷酸钙所形成。
5.一种陶瓷颗粒的制造方法,其特征在于,包括:
提供一个芯,该芯由镁金属或镁合金所形成,且该芯的粒径介于30~100μm之间;
将一个钙盐及一个磷盐溶于一个溶剂中,并于该溶剂中加入一个螯合剂,以形成一个改质溶液;及
将该芯加入该改质溶液中,以于5~40℃的温度下,使一个改质层形成于该芯的外表面,该改质层包含钙及磷。
6.如权利要求5所述的陶瓷颗粒的制造方法,其特征在于,该钙盐为硝酸钙、磷酸钙或硫酸钙。
7.如权利要求5项所述的陶瓷颗粒的制造方法,其特征在于,该磷盐为磷酸二氢钾、磷酸二氢钠或磷酸镁。
8.如权利要求5项所述的陶瓷颗粒的制造方法,其特征在于,该螯合剂为乙二胺四醋酸钠或乙二胺。
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