С развитием общества керамика, благодаря своим уникальным свойствам, превратилась из простых контейнеров в конструкционные и функциональные материалы. Её применение простирается от повседневной жизни до различных аспектов общественной жизни и даже передовых технологий. Особенно широкие перспективы её применения открываются в таких областях, как производство искусственных зубов, искусственных костей и искусственных суставов. Эта керамика, используемая преимущественно в организме человека, называется «биокерамикой». Эта область представляет собой область, способную принести значительные социальные и экономические выгоды во всем мире. Производство высокоэффективной биокерамики часто требует использования сырья в виде мелкодисперсных, однородных и высокочистых порошков. Струйное измельчение, также известное как… струйное измельчение в псевдоожиженном слое, является важнейшей технологией для получения этого вида биокерамического порошка.
01 Возникновение
Биокерамика, как новый тип материала, играет всё более важную роль в производстве и повседневной жизни, находя всё более широкое применение. Биокерамика впервые была применена в клинической практике в XVIII веке. В 1808 году были изготовлены первые фарфоровые зубы для зубных вкладок. В 1871 году был искусственно синтезирован гидроксиапатит, а в 1971 году он был успешно разработан и внедрён в клиническую практику в качестве керамического материала для замены костной ткани. В настоящее время разработка биокерамики продолжается.
Использование фарфоровых зубов в качестве материалов для зубных вкладок ознаменовало первое международное клиническое применение биокерамики. Их появление ознаменовало появление биокерамики. Благодаря научно-техническому прогрессу, биокерамика прошла путь от первоначальной замены повреждённых зубов до современной биохимической биокерамики, став новым материалом, отличным от традиционной керамики.
02 Свойства материала
Биокерамика — это новый тип керамических материалов, связанный с биохимией. К ним относятся тонкая керамика, пористая керамика, некоторые виды стекла и монокристаллы. С одной стороны, керамика для биоимплантации предназначена для прямой имплантации в живые организмы для восстановления или улучшения их функций. С другой стороны, биотехнологическая керамика функционирует без прямого контакта с организмом, выполняя такие функции, как иммобилизация ферментов, разделение бактерий и вирусов, а также катализ биохимических реакций.
Производительность
В настоящее время большинство биокерамических материалов используется для замещения повреждённых тканей. Биокерамика, предназначенная для замещения тканей человека, должна обладать высокой биосовместимостью, механической прочностью, физико-химической стабильностью, сродством к биологическим тканям, антитромботическими свойствами и бактерицидными свойствами.
Сродство и долголетие
Высокая степень сродства к организмам означает, что продукты коррозии/разложения имплантированного керамического материала нетоксичны, не вызывают мутаций или некроза биологических клеток, не приводят к воспалению и образованию гранулём. Они обладают длительным действием и высокой стабильностью in vivo. В течение длительного срока службы (10–20 лет) их прочность не снижается, поверхность не разрушается, и они не оказывают канцерогенного воздействия на организмы. Они обеспечивают высокую скорость формования и обработки.
Стерилизация и термостойкость
Их легче стерилизовать. По сравнению с металлами, керамические материалы обладают более прочными ковалентными связями, что позволяет им сохранять хорошую химическую стабильность, низкий уровень отторжения и высокую долгосрочную эффективность в сложных биологических средах. По сравнению с органическими полимерными материалами, биокерамика обладает лучшей термостойкостью, что облегчает стерилизацию под высоким давлением.
03 История развития
Разработка
Исследования в области биокерамики продолжаются уже давно. История имплантационных материалов началась с природных ресурсов, таких как лоза и слоновая кость. Затем, по мере развития металлургии, они перешли к драгоценным металлам и совершили значительный скачок в середине XX века с появлением современных сплавов и клинических полимеров. В начале 1960-х годов, с началом новой технологической революции, материаловедение стремительно развивалось, привлекая всеобщее внимание к открытию и синтезу новых материалов, при этом исследования биокерамики и полимерных материалов стали одним из самых актуальных направлений.
Хронология
Биокерамика существует всего чуть более 60 лет, эволюционируя от первоначальной монокристаллической керамики на основе оксида алюминия к поликристаллическому оксиду алюминия, а затем к оксиду алюминия с коралловой структурой. В дальнейшем фокус исследований сместился на биоактивные керамические материалы, включая биостекло, гидроксиапатит и стеклокерамику. Биостекло обладает превосходной биосовместимостью и может связываться с костью, но его прочность невысока. Благодаря многолетним непрерывным исследованиям и усовершенствованиям современная биостеклокерамика сохраняет хорошие биологические свойства, обладая при этом повышенной механической прочностью и химической стабильностью, становясь перспективным новым поколением биоматериалов.
Перспективы
В настоящее время годовой оборот мировой индустрии биоматериалов составляет около 1412 млрд долларов США, при этом стоимость только восстановления и замены твёрдых тканей достигает 142,3 млрд долларов США. Во всём мире было проведено более 500 000 операций по замене тазобедренного сустава, и ежегодно их число увеличивается почти на 100 000. Несмотря на успешное применение биокерамики в твёрдых тканях человека, её применение по-прежнему сталкивается с множеством сложностей, что обусловливает всё более интенсивные исследования.
04 Типы материалов
Циркониевая керамика
Циркониевая керамика обладает хорошей биосовместимостью, износостойкостью и коррозионной стойкостью, широко применяется для реставрации полости рта и восстановления костей. Благодаря постоянному развитию нанотехнологий, наноциркониевая керамика имеет широкие перспективы применения в биокерамических материалах, и ожидается, что её превосходные свойства найдут применение в других областях.
Керамика из фосфата кальция
Керамика на основе фосфата кальция обладает хорошей биоразлагаемостью и биосовместимостью и является важным компонентом материалов для восстановления костей. В настоящее время исследования направлены на повышение скорости её биоразлагаемости и улучшение механических свойств для удовлетворения клинических потребностей.
Керамика из силиката кальция
Керамика на основе силиката кальция обладает хорошей биосовместимостью и биоразлагаемостью, что открывает широкие возможности для применения в тканевой инженерии и восстановлении костей. В последнее время исследования направлены на улучшение её механических свойств и биоактивности для соответствия требованиям клинического применения.
Керамика из карбоната кальция
Керамика на основе карбоната кальция обладает хорошей биосовместимостью и биоразлагаемостью, что потенциально важно для применения в костной пластике и тканевой инженерии. В настоящее время исследования направлены, главным образом, на улучшение её механических свойств и биоактивности для адаптации к клиническим требованиям.
Биостеклянная керамика
Биостеклокерамика — это новый тип биокерамического материала с хорошей биосовместимостью, биоразлагаемостью и механическими свойствами. В клинической практике она используется преимущественно для восстановления костей и тканевой инженерии, демонстрируя многообещающие перспективы развития.
Композитная биокерамика
Композитные биокерамические материалы представляют собой комбинацию двух или более биокерамических материалов для улучшения общих характеристик материала. В настоящее время исследования направлены на поиск подходящих композитных материалов и оптимизацию процессов их производства для удовлетворения клинических потребностей. В связи с непрерывным развитием материаловедения и биомедицины ожидается, что композитные биокерамические материалы найдут применение в более широком спектре областей.
Струйное фрезерование и его преимущества
Для производства высокоэффективной биокерамики часто требуется сырье в виде мелкодисперсных, однородных и высокочистых порошков. Струйное измельчение, также известное как измельчение в псевдоожиженном слое, является ключевой технологией для получения этого биокерамического порошка. В нём используются высокоскоростные струи сжатого воздуха или газа для придания частицам высокой кинетической энергии, что приводит к их столкновению и измельчению. Этот процесс происходит в закрытой системе, что сводит к минимуму загрязнение.
Основные преимущества струйного измельчения биокерамических порошков включают:
Сверхтонкие и контролируемые размеры частиц: возможность производства порошков в микронном и субмикронном диапазоне с узким распределением размеров частиц, что имеет решающее значение для характеристик спекания и конечной плотности биокерамики.
Высокая чистота и минимальное загрязнение: поскольку это сухой процесс, в котором обычно не используются измельчающие тела, исключается попадание примесей в результате износа, что крайне важно для материалов медицинского назначения.
Низкое термическое напряжение: эффект самоохлаждения за счет расширяющегося газа предотвращает деградацию термочувствительных материалов во время фрезерования.
Сферическая морфология частиц: Процесс с преобладанием столкновений может способствовать получению более сферических частиц, что улучшает текучесть порошка и плотность упаковки для последующих процессов формования, таких как прессование.
Подходит для твердых и хрупких материалов: идеально подходит для фрезерования различных керамических материалов, таких как диоксид циркония, гидроксиапатит и другие фосфаты кальция.
Эпическая Порошковая Машина
Эпическая Порошковая Машина — профессиональный производитель, занимающийся исследованиями, разработкой и производством высокопроизводительного оборудования для обработки порошков. Мы специализируемся на поставках современных струйных мельниц и комплексных системных решений, разработанных специально для нужд промышленности биоматериалов и высококачественной керамики. Наше оборудование разработано для точного контроля размера частиц, поддержания высокой чистоты продукта и обеспечения эксплуатационной эффективности, что делает его идеальным выбором для производства тонких порошков для высококачественной биокерамики. Компания Epic Powder Machinery, приверженная инновациям и качеству, поддерживает своих клиентов по всему миру в развитии технологий производства материалов для повышения качества жизни.