浅述二氧化锆陶瓷材料生物相容性
引言 胡明霞／文
氧化锆陶瓷里白色，含杂质时呈黄色或灰色，一般舍有氧化铪，不易分离。在常压下纯氧化
锆共有三种晶态。氧化锆陶瓷的生产要求制备高纯、分散性能好、粒子超细、粒度分布窄的粉体，
氧化锆超细粉末的制备方法很多，氧化锆的提纯主要有氮化和热分解法、碱金属氧化分解法，石
灰熔融法．等离子孤法．沉淀法、胶体法、水解法、喷雾热解法等。氧化锆陶瓷材料是目前能够 最大限度再现自然牙冠的形态．颜色和光泽（包括荧光和乳光）的口腔修复材料。如果能够开发
出氧化锆种植体，它将有效避免钛金属种植体产生的暗灰色和金属烤瓷牙冠引发的矛龈绝缘体。
金属对信号屏蔽强，预计５Ｇ时代 陶瓷和玻璃将成为终端结构件主流。产
能不足是陶瓷背板一大限制，行业公司 在５Ｇ启动前期纷纷加大氧化锆结构件
一 氧化锆陶瓷概述
１氧化锚简介
纯净的氧化锆为白色粉末，含有杂 投资，抢占发展高地，契合产业趋势， 项目投产后将大幅提振高端氧化锆需
求。预计高端氧化锆供给或出现严重不
足，后续涨价空间大。氧化锆陶瓷的发
质时略带黄色或灰色。在常压下纯氧化
锆共有三种晶态：单斜氧化锆、四方氧 １２００℃ ２３００℃ 展是时代的需要，更是消费结构的升级，
在医学行业的应用同时拓展了氧化锆的
需求量。氧化锆陶瓷的生物相容性成为
目前医学研究的方向。
化锆和立方氧化锆，三者之间的转化关 系如下：
单斜ｍ～ＺｒＯ２：— 四方ｔ－ＺｒＯ２＝—－◆立方ｃ－ＺｒＯ２
１０００℃ 单斜ｍ—ＺｒＯ 转变为四方ＺｒＯ 会 制品生产成本、提高陶瓷材料可靠性和 ２．１粉体制备 产生７％～８％的体积收缩，而逆向转变 生产可重复性不能逾越的环节，它包括 ２．１．１水热法 则会有相应的体积膨胀，实际生产过程 精细陶瓷材料的粉体制备工艺、成型工 反应方程式为：ＺｒＯＣｌ：＋Ｈ：Ｏ
中一般采用添加稳定剂（ＣａＯ、ＭｇＯ、 艺和烧结工艺。粉体制备、成型和烧结 一ＺｒＯ２＋ＨＣ１
Ｙ２０ 、ＣｅＯ：）的方法来制备氧化锆陶瓷。 这三者相互联系，相互制约，相辅相成。 ２．１．２共沉淀法
２氯化锆陶瓷的生产工艺 氧化锆精细陶瓷材料工艺较为广泛使用 见下图。 精细陶瓷材料制备工艺是降低陶瓷 的主要有下面几个步骤 ｊ。
■０＿ｌ－＿＿＿－＿＿＿＿一ｒ‘０＿＿＿・－＿＿＿＿’＿’■＿＿＿＿＿＿＿ｌ０１‘－一●＿－－＿＿＿－＿＿ｌ＿０ Ｉ竺兰 囤————－．．囹一圈
圈一卤一 回 水热法 圈圈
回一回一回一臣 咽
共沉淀法
中国粉体工业２０１７ Ｎｏ．１ Ｉ ＩＩ＿
２．１．３溶胶一凝胶法
圈一 臣丑咽咽一臣 悃
２．１．４水解沉淀法
．一 甲ＩＯ０￣Ｃ￣４８ｈ 圈圈
园一 圈一回
２．２成型工艺 ２。２．１千压成型
干压成型采用压力将陶瓷粉料压制 成一定形状的坯体。其实质是在外力作用
下，粉体颗粒在磨具内相互靠近，并借内
摩擦力牢固地结合起来，保持一定的形状。 干压生坯中主要的缺陷为层裂，这是由于
粉料之间的内摩擦以及粉料与模具壁之 间的摩擦，造成坯体内部的压力损失。
干压成型优点是坯体尺寸准确准 确，操作简单，便于实现机械化作业； 干压生坯中水分和结合剂含量较少，干
燥和烧成收缩较小。但模具磨损造成的 生产成本增高是干压成型的不足之处。
２．２．２热压铸成型 热压铸成型是在较高温度下
（６０℃～１００℃）使陶瓷粉体与粘结剂
混合，获得热压铸用的料浆，料浆在压
缩空气的作用下注入金属模具，保压冷 却，脱模得到蜡坯，蜡坯在惰性粉料保
护下脱蜡后得到素坯，素坯在经过高温
烧结成瓷。热压铸成型的生坯尺寸精确，
二 氧化锆陶瓷生物相容性简介
１生物相容性的简述 １．１生物相容性概念 生物相容性是生物医用材料与人体
之间相互作用产生各种复杂的生物、物
理、化学反应的一种概念，是生物材料
研究中始终贯穿的主题。按ＩＳＯ会议的 解释：生物相容性是指生命体组织对
非活性材料产生反应的一种性能。一般
是指材料与宿主之间的相容性，包括组 织相容性和血液相容性。
１．２生物相容性两大原则
生物安全性原则，目的在于消除生
物材料对人体器官的破坏性，比如细胞
毒性和致癌性，生物材料对于宿主是异 物，在体内必定会产生某种应答或出现
排异现象。生物材料如果要成功。至少
要使发生的反应被宿主接受，不产生有
害作用。因此要对生物材料进行生物安
■ Ｉ中国粉体工业２０１７ Ｎｏ．１ － 全性评价，即生物学评价。 生物功能性准则，是指其在特殊应
用中“能够激发宿主恰当地应答”的能
力。随着对生物材料生物相容性的深入
研究，人们发现不仅要对生物材料的毒 副作用要进行评价，还要进一步评价生
物材料对生物功能的影响。
１．３生物相容性分类 组织相容性：皮下或组织内药物释
放体系进入人体内某一部位时，局部的
组织对异物产生一种机体防御性反应。
当材料有毒性物质渗出时，局部炎症不
断加剧，严重时出现坏死。 血液相容性血管药物释放体系（抗
心律失常药物控释制剂，防治血管再狭
窄控制制剂），这些制剂中所用高分子
材料应该具有良好的血液相容性。主要
通过改变材料结构和表面性能提高材料 内部结构均匀，模具磨损较小，生产效
率高，适合各种原料。蜡浆和模具的温 度需严格控制，否则会引起欠注或变形，
因此不适合用来制造大型部件，同时两
步烧成工艺较为复杂，能耗较高 。 ２．３烧结工艺 氧化锆陶瓷可采用的烧结方法通常
有：无压烧结；热压烧结觉反应热压烧
结；热等静压烧结；微波烧结；超高压 烧结；放电等离子体烧结；原位加压成
型烧结等，常以无压烧结为主。
血液相容性 ’ 。
２氧化锆陶瓷生物相容性 ２．１氯化锆陶瓷生物相容性发展 氧化锆陶瓷是一种生物惰性陶瓷材
料，已有大量实验表明其具有优良的生 物学性能。２０世纪６０年代末，有学者
开始将氧化锆陶瓷作为生物学材料进
行研究和开发利用。１９６９年Ｈｅｌｅｒ和 Ｄｉｓｈｅｄ发表了第一篇关于氧化锆陶瓷
在生物学领域应用的文章，１９８８年，
Ｃｈｒｉｓｔｅｌ等首次报道了氧化锆陶瓷作为
骨头代替材料。在国内，学者也发现氧
化锆陶瓷无细胞毒性，具备体内应用的 生物安全基础，但作为牙种植基台研究
国内报道并不多，其应用于种植基台上
的生物学性能还需要进一步的验证。
２．２氧化锆陶瓷生物相容性的应用
目前氧化锆陶瓷主要应用于牙种 植，从１７７４年法国学者Ｄｕｃｈａｔｅａｕ 采用陶瓷做义齿开始，至今已有２００多
年。陶瓷材料质地致密、耐磨、表面光
洁、有良好的生物相容性和化学稳定性，
现在口腔硬组织修复领域备受青睐。
Ｔｏｋｓａｖｕｌ等认为近年来由于对美观要 求的增加以及对材料毒性和过敏反应的
考虑，全瓷冠的应用日益增多。牙科氧
化锆造粒粉具有应力诱发相变增韧性能
而被称为韧性陶瓷，而且强度高，生物
相容性好，是优于氧化铝的新型全瓷材
料。氧化锆专用于牙科陶瓷，通透性好、
透明度高、玉质感强，做出来的牙齿白、 亮、光洁、硬度高，成为市面上极其畅
销的产品。 ２，３氧化锆陶瓷作为牙科材料的特点
２．３．１审美性能 众所周知，前牙种植体修复不仅要
恢复功能，更重要的是兼顾其美学效果，
当前牙区种植体为钛金属时，种植体唇
面的牙龈会或多或少产生暗影或显灰色， 从而影响了其美学效应。一些学者认为
用烤瓷熔附金属全冠修复前牙时，龈染
色是容易出现的修复后并发症，表现为
龈缘或龈和黏膜组织呈青灰色或暗褐色。
因此，采用金属材料修复具有明显的不 足，而氧化锆陶瓷材料是目前能够最大
限度再现自然牙形态，颜色和光泽（包
括荧光和乳光）的人工材料。Ｍｉｃｈａｌａｌｄｓ
等认为以传统材料（金或钛）制作的桩核，
其外再配以全瓷冠，它的美学效果会因 为桩核的反射和不透光性而变得非常不
协调，而以氧化锆为桩核再配以ＩＰｓ— Ｅｍｐｒｅｓｓ全瓷冠是值得推广试用的。
２．３．２机械性能 在机械性能中，口腔陶瓷材料的特
点是压缩强度，硬度及耐磨度均非常 高。相较于氧化铝陶瓷来说，氧化锆
陶瓷显现出了更高的机械参数（抗弯
强度超过９００ ＭＰａ，断裂韧性约为７
ＭＰａ・ｉｎ ，是现在氧化铝陶瓷的２～３ 倍），极限负载能力强，三单位齿桥
上的承受力约为２０００ Ｎ。专家认为相
比较ＩＰＳ－Ｅｍｐｒｅｓｓ氧化锆陶瓷和Ｉｎ—
ｃｅｒａｍ氧化铝陶瓷的桥体而言，由氧化 锆陶瓷制作的桥体显示出了极佳的机械
性能和长时间的可靠性。而一些学者通 过临床研究认为，以氧化铝陶瓷制作３
个牙单位或以下的局部固定义齿和以氧
化锆陶瓷制作５个牙单位或以下的局部
固定义齿，都能适应临床要求，并且指
出氧化锆陶瓷修复体比氧化铝陶瓷修复
体力学性能更佳。Ｑｕｉｎｎ等研究了微 观结构、化学构成对牙科陶瓷力学性能
的影响，同样认为氧化锆陶瓷作为牙科
陶瓷力学性能更佳 。 ２．３．３化学稳定性 口腔陶瓷材料是口腔材料中化学性
能最稳定的材料，无论是植入体内或在
口腔中使用，均具有优良的生物性能。
其中氧化锆制成的陶瓷不仅具有人体应 用的生物安全基础，无细胞毒性而且能
在口腔内能稳定存在，不释放有害杂质，
并且不降解。专家研究了氧化锆相变增
韧陶瓷用于牙科嵌体、冠桥的化学稳定
性和低温老化性能，认为氧化锆相变增 韧陶瓷比其他牙科陶瓷有更好的力学性
能，化学稳定性也能够满足作为牙科陶
瓷材料的需求。氧化锆陶瓷由于其化学 性能稳定，在正常生埋代谢作用下能耐 受体液作用不发生变质，故可用于金属 植入材料涂层 。 ２．３．４生物相容性
有学者以氧化锆制成用于骨替代材
料的多孔骨架以承受载荷，表层上覆羟
磷灰石（ｈｙｄｒｏｘｙａｐａｔｉｔｅ，ＨＡ）起促 进骨传导性、提高材料生物活性的作用，
氧化锆陶瓷骨架与ＨＡ之间有一层氟磷
灰石以避免氧化锆陶瓷和ＨＡ发生化学
反应，体外细胞培养证明细胞对此种孔 状骨替代材料贴附眭良好，且细胞的碱
性磷酸酶滑胜高于在纯ＨＡ材料表面贴
附时，证明这是一种新型有良好生物学
活性的骨替代材料。此外，有学者还在
ＨＡ一氧化锆陶瓷复合材料中加入氟化 钙，其中的Ｆ一离子可以部分置换ＨＡ
中的羟基，形成热稳定性更好的氟磷灰
石，有效抑制了ＨＡ向磷酸三钙（ＴＣＰ）
的降解，从而获得致密度更高，强度韧
性更好的磷灰石～氧化锆陶瓷复合材
料，并通过体外细胞培养证明其对成骨 样细胞的诱导作用与ＨＡ材料相似 。
小结 随着科学技术的发展，人们对材料
的需求也在不断提高。当今世界新型陶
瓷的发展趋势是：原料超细化，材料多 功能化、轻质高强化和材料结构梯度化。
氧化锆陶瓷与其他新型的陶瓷一样，随
着新工艺、新技术的运用，进一步充分
发挥了它高熔点、比重大、耐腐蚀、耐
磨损、低导热等优良特点，氧化锆陶瓷 的生物相容性在牙体材料中得到广泛应
用，但在其他行业的应用有待于进一步 研究。
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中国粉体工业２０１７ Ｎｏ．１
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