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羟基磷灰石(hydroxyapatite, Ca10(PO4)6(OH)2, HA)是脊椎动物骨骼和牙齿的主要无机成分,在齿骨中约占97%,骨骼中占77%。HA具有优良的生物相容性、生物活性、骨传导作用和骨诱导作用等生物学性能,人体骨细胞可以和HA在HA表面形成化学键合,且结合强度高、稳定性好。研究表明,植入骨中的HA具有诱导骨细胞生长的作用,并逐步参与代谢,是可以完全与生物体骨、齿结合成一体的一类生物陶瓷,因此被广泛用作硬组织修复和替代材料。但HA本身强度低、脆性大且重复性差,只能被应用在牙槽脊增高、耳小骨替换以及颌面骨修复等非承重材料方面,而难以应用于承重骨方面,因此需要对HA进行增强增韧。以分析纯硝酸钙[Ca(NO3)2·4H2O]、磷酸氢二铵[(NH4)2HPO4]、尿素[CO(NH2)2]和正硅酸乙酯(TEOS)为起始原料,采用微波化学反应法制备出纳米Si-HA粉体,粉体在800℃热处理3 h。结果表明,所制备的Si-HA粉体的晶粒平均尺寸随Ca(NO3)2·4H2O溶液浓度的增加呈现先减小后增大的趋势,随反应时间的延长和反应温度的升高,晶粒平均尺寸随之减小；球磨反应原料或产物,均易于获得粒度较小的结晶产物；延长陈化时间,有利于形成与人体骨组织成分更接近的Si-HA粉体；反应产物用无水乙醇洗涤,有益于粉体的分散。以Si-HA粉体为原料,碳纤维为增强相,丙烯酸/衣康酸的缓冲液中加入柠檬酸钠为凝固剂作为固相,在室温条件下,将固、液两相均匀调和后制备出硅羟基磷灰石骨水泥(Cf/Si-HAC)生物材料。结果表明,Cf/Si-HAC的抗折强度随碳纤维体积含量、硅烷偶联剂KH-550质量含量和柠檬酸钠质量含量的增加均呈现先增大后减小的趋势。当碳纤维体积含量为30%、硅烷偶联剂KH-550质量含量为0.8%、柠檬酸钠质量含量为25%时,骨水泥的抗折强度达到极大值43.8 MPa。Cf/Si-HAC生物复合材料的孔隙率随Si含量的增加呈现先减小后增大(61%-63%)的趋势,和抗折强度的变化趋势正好相反,当Si含量为4wt%时,复合材料的孔隙率值最小,为49%。孔隙率随烧结温度的增加而增加(45%-68%),所制备复合材料的孔隙率均满足人体自然骨对孔隙率的要求,说明合成骨水泥材料所采用的工艺是合适的。Cf/Si-HAC复合材料的凝结时间随Si含量的增加近似呈线性增加,初凝时间从6min增加到15min。以聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)和Si-HA为反应原料,过硫酸钾(KPS)为引发剂,碳纤维纤维为增强相,采用悬浮聚合的方法,制备出Cf/Si-HAC/PMMA-PMA生物复合材料。结果表明,Cf/Si-HAC/PMMA-PMA生物复合材料的抗折强度和抗压强度均随复合材料中PMMA/PMA体积比、KPS引发剂质量含量、W/O体积比、溶液反应温度和碳纤维体积含量的增加呈现先增大后减小的趋势,抗压强度大于抗折强度,当PMMA/PMA体积比、KPS引发剂质量含量、W/O体积比、溶液反应温度和碳纤维体积含量分别为8/2、1.5%、3/1、80℃和1.5%时,复合材料的抗折强度和抗压强度分别达到最大值109.5MPa和239.8MPa、111.7MPa和240.5MPa、110.8MPa和240.6MPa、110.8MPa和240.2MPa以及110.9 MPa和240.8MPa。以壳聚糖和HA为原料,碳纤维为增强相,通过悬浮聚合的方法制备出Cf/Si-HAC/CS生物复合材料。结果表明,Cf/Si-HAC/CS生物复合材料的抗折强度和抗压强度均随复合材料中HA/CS体积比、戊二醛交联剂质量含量、溶液反应温度和碳纤维体积含量的增加呈现先增大后减小的趋势,抗压强度大于抗折强度,当Si-HA/CS体积比、戊二醛交联剂质量含量、溶液反应温度和碳纤维体积含量分别为2/20、0.4%、60℃和1.5%时,复合材料的抗折强度和抗压强度分别达到最大值65.57MPa和76.58MPa、70.10MPa和86.32MPa、70.08MPa和92.34MPa以及62.12 MPa和105.15MPa。Cf/Si-HAC/PMMA-PMA和Cf/Si-HAC/CS生物复合材料分别在模拟体液(simulated body fluid, SBF)中浸泡时,随浸泡时间的延长(1d-28d),两种复合材料的表面逐渐被沉积的HA所覆盖,同时复合材料的力学性能变化很小,以上两点说明所制备的生物复合材料不仅具有良好的生物活性,而且在SBF中的浸泡对其力学性能几乎没有影响。