一种能够低温烧结的牙科生物玻璃陶瓷材料及制备方法技术

本发明专利技术涉及一种能够低温烧结的牙科生物玻璃陶瓷材料及制备方法，属于陶瓷材料技术领域。本发明专利技术克服了Ca‑P牙科玻璃陶瓷在烧结温度上的困难，提供了一种能够在较低温度下制备，高化学稳定性、低膨胀系数、力学性能以及生物学性能优良的主晶相为磷灰石的玻璃陶瓷，使材料既有较低的线性膨胀系数，又能提升耐酸腐蚀能力。

Dental biological glass ceramic material capable of being sintered at low temperature and preparation method

The invention relates to a dental biological glass ceramic material capable of being sintered at low temperature and a preparation method thereof, belonging to the technical field of ceramic materials. The invention overcomes the difficulties of Ca P dental glass ceramics during the sintering temperature, provides a preparation at low temperature, high chemical stability, low expansion coefficient, excellent mechanical properties and biological properties of the main crystal phase of glass ceramics for apatite, the material not only has low linear expansion coefficient, but also enhance the ability of acid corrosion.

【技术实现步骤摘要】
一种能够低温烧结的牙科生物玻璃陶瓷材料及制备方法
本专利技术涉及一种能够低温烧结的牙科生物玻璃陶瓷材料及制备方法，属于陶瓷材料

技术介绍
玻璃陶瓷是一种将基质玻璃通过控制晶化，制得玻璃相和晶相均匀分布的多晶固体。通过热处理工艺使得晶相析出，陶瓷材料具有一定的强度和韧性，同时含有一定量的玻璃相，使其具有较好的透光性能，能够较好的模拟恢复天然牙的色泽和透光性。氟磷灰石晶体与天然牙釉质中的羟基磷灰石晶体相似，是很好的牙科材料。生物玻璃陶瓷的研究在近些年取得的进展，主要集中在提髙材料的生物活性，改善材料的机械、加工性能等，目前使用的生物玻璃陶瓷性能的稳定性、力学性能以及生物学性能方面仍然有待进一步提高。与其他生物陶瓷材料相比，生物活性玻璃陶瓷的显著优势在于，对材料不同的强度、加工性能以及生物相容性要求，可通过调整其组成和晶化制度来实现。磷灰石微晶玻璃晶化前的玻璃富含P2O5和CaO，属于磷酸盐玻璃，晶化后生成物是磷灰石类结晶，此类材料除可用于制作牙冠外，还可用于骨的植入材料。然而，目前制备的氟磷灰石生物微晶玻璃烧结温度普遍较高，加工工艺难度较大，对所用设备的要求较高，而且制备的氟磷灰石生物微晶玻璃的化学稳定性、力学性能以及生物学性能方面仍需要改善。
技术实现思路
本专利技术目的在于专利技术一种能够在较低温度下制备，高化学稳定性、低膨胀系数、力学性能以及生物学性能优良的主晶相为磷灰石的玻璃陶瓷。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种能够低温烧结的牙科生物玻璃陶瓷材料，包括以下重量份的组分：SiO256～65份、Li2O1.8～5.3份、K2O9～17.5份、ZnO9～16份、CaO3.5～10.5份、P2O52～6份、F0.5～1份、添加剂0～7份，所述添加剂包括Na2O、MgO、SrO、ZrO2、Al2O3、CeO2、Tb4O7中的一种或多种。作为优选，所述的能够低温烧结的牙科生物玻璃陶瓷材料包括以下重量份的组分：SiO258.5份，Li2O4.3份，K2O12.2份，ZnO10.6份，P2O53.5份，CaO6.1份，F0.5份，Na2O0.9份，MgO1.3份，Al2O30.3份，ZrO1.0份，CeO20.8份。作为优选，所述的能够低温烧结的牙科生物玻璃陶瓷材料包括以下重量份的组分：SiO256.5份，Li2O4.1份，K2O12.9份，ZnO10.0份，P2O53.3份，CaO5.8份，F0.4份，Al2O33.2份，ZrO3.8份。本专利技术的目的之二是提供一种能够低温烧结的牙科生物玻璃陶瓷材料的制备方法，本专利技术采用如下技术方案：能够低温烧结的牙科生物玻璃陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：(1)按照配方要求称量原料；(2)混料；(3)将原料在1200℃～1650℃条件下熔融；(4)将熔融的玻璃倒入水中，形成玻璃颗粒；(5)随后将颗粒过筛，过筛后粉末的尺寸要保持在1～450um之间；(6)将混合均匀的粉末压制成生坯，压力为100～200Mpa；(7)将生坯在450℃～800℃下保温30min～6h，得到主晶相为磷灰石的玻璃陶瓷。作为优选，所述步骤(2)中将原料放入刚玉球磨罐中，球磨1～4小时混合均匀，然后在干燥箱60～80℃的温度下烘干。作为优选，所述步骤(3)中将原料装入坩埚中，升温速率为10～20K/min，在1400℃～1600℃条件下保温1～3h。作为优选，所述步骤(4)中将熔融的玻璃倒入室温的水中，形成玻璃粉末。作为优选，所述步骤(7)中采用阶梯热处理制度，将生坯放入真空烧结炉中，升温速率40～50℃/min，在450℃保持1h，随后升温在750℃保持2h，随炉冷却，即得到所述的玻璃陶瓷。作为优选，所述步骤(7)中采用等温热处理方法，将生坯放入真空烧结炉中，升温速率40～50℃/min，在740℃保持1h，随炉冷却，即得到所述的玻璃陶瓷。本专利技术的有益效果1、本专利技术克服了Ca-P牙科玻璃陶瓷在烧结温度上的困难，提供了一种能够低温烧结的牙科生物玻璃陶瓷材料，本专利技术由于其配方特殊的组成，使制得的玻璃陶瓷材料烧结温度低于800℃，大大降低了烧结温度，减小了加工工艺难度和对设备的要求，制备工艺简单，易于操作，而且大大降低了加工成本。2、本专利技术制备的玻璃陶瓷，其抗弯折强度、弹性模量得到了较大提高，具有良好的力学性能，而且具有良好的生物活性、生物相容性和化学稳定性，有较低的线性膨胀系数，能与人体骨组织直接产生较强的化学键合，且对人体组织无任何毒害作用，是一种理想的齿科替代新型生物材料。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术作进一步说明。实施例1按照以下重量配比计算原料的用量，58.5％SiO2，4.3％Li2O，12.2％K2O，10.6％ZnO，3.5％P2O5，6.1％CaO，0.5％F，0.9％Na2O，1.3％MgO，0.3％Al2O3，1.0％ZrO，0.8％CeO2。原料按配方称量，放入刚玉球磨罐中，球磨2小时混合均匀，然后在干燥箱80℃的温度下烘干；将原料装入坩埚中，升温速率为15K/min，在1550℃下保温1.5h小时；保温时间到达后，用坩埚钳夹出坩埚，将熔融的玻璃倒入室温的水中，形成玻璃粉末；过筛粉末，使颗粒的尺寸小于90um，然后将混合均匀的粉末压制，压力为100～200Mpa。采用等温热处理制度，将生坯放入真空烧结炉中，升温速率50℃/min，在740℃保持1h，随炉冷却，得到热膨胀系数为9.96×10-6K-1的玻璃陶瓷。通过扫描电镜和XRD研究显示羟基磷灰石或氟磷灰石为本陶瓷的主晶相，磷灰石的形状为截面六边形的杆状晶体，并且尺寸维持在10um以下。玻璃陶瓷的光学性能受磷灰石晶体所控制。本陶瓷次晶相为钠、钙磷酸盐，它们以NaCaPO4的形式存在。玻璃液滴相的尺寸维持在20到400nm之内，本配方由于其特殊的组成，它不仅有高化学稳定性还有较低的烧结温度。将制得的玻璃陶瓷样品加工成所需尺寸，烧结坯的相对密度利用阿基米德原理进行测量，抗弯强度和弹性模量在万能试验机上测量，材料的断裂韧性的测量在HD9-45型硬度计上测量材料的硬度，载荷为100N，加载时间为15s，采用以下公式计算材料的维氏硬度：H＝1.8544P/d2，其中H为维氏硬度(HV)，P为压头载荷(N)，d为压痕对角线的平均值(um)；采用压痕法测量材料的断裂韧性，在500倍的XJP-200型金相显微镜下测量压痕的对角线长度和压痕裂纹的长度，采用下式计算材料的断裂韧性：KIC＝0.16Ha1/2(c/a)-3/2式中KIC为断裂韧性(MPa·m1/2),H为维氏硬度(GPa),a为压痕对角线的一半(um)，c为裂纹的平均长度(um)，以上维氏硬度和断裂韧性至均测量多次取平均值。测得抗弯强度为190MPa，弹性模量为31GPa，断裂韧性7.9MPa·m1/2，硬度10.2GPa，密度7.02g/cm3。将样品浸泡在37℃、pH值为7.4的模拟体液中，36h后取出，表面喷金后在JSM-5600LV型扫描电镜上进行微观形貌观察，发现在样品表面有大量生成物；然后，对样品表面的生成物在D/max-2500型高功率X射线衍射仪进行X射线分析，并结合EDAX微区成分分析结果，发现在样品表面的生成物为氟磷灰石，表明所得玻璃陶瓷具有本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种能够低温烧结的牙科生物玻璃陶瓷材料，其特征在于包括以下重量份的组分：SiO2 56~65份、Li2O 1.8~5.3份、K2O 9~17.5份、ZnO 9～16份、CaO 3.5~10.5份、P2O5 2~6份、F 0.5~1份、添加剂 0~7份，所述添加剂包括Na2O、MgO、SrO、ZrO2、Al2O3、CeO2、Tb4O7中的一种或多种。

【技术特征摘要】
1.一种能够低温烧结的牙科生物玻璃陶瓷材料，其特征在于包括以下重量份的组分：SiO256~65份、Li2O1.8~5.3份、K2O9~17.5份、ZnO9～16份、CaO3.5~10.5份、P2O52~6份、F0.5~1份、添加剂0~7份，所述添加剂包括Na2O、MgO、SrO、ZrO2、Al2O3、CeO2、Tb4O7中的一种或多种。2.如权利要求1所述的能够低温烧结的牙科生物玻璃陶瓷材料，其特征在于包括以下重量份的组分：SiO258.5份，Li2O4.3份，K2O12.2份，ZnO10.6份，P2O53.5份，CaO6.1份，F0.5份，Na2O0.9份，MgO1.3份，Al2O30.3份，ZrO1.0份，CeO20.8份。3.如权利要求1所述的能够低温烧结的牙科生物玻璃陶瓷材料，其特征在于包括以下重量份的组分：SiO256.5份，Li2O4.1份，K2O12.9份，ZnO10.0份，P2O53.3份，CaO5.8份，F0.4份，Al2O33.2份，ZrO3.8份。4.如权利要求1～3任一所述的能够低温烧结的牙科生物玻璃陶瓷材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）按照配方要求称量原料；（2）混料；（3）将原料在1200℃～1650℃条件下熔融；（4）将熔融的玻璃倒入水中，形成...

【专利技术属性】
技术研发人员：付坤，王守仁，王高琦，王砚军，王立虎，王鑫松，张晓东，薛传艺，
申请(专利权)人：济南大学，
类型：发明
国别省市：山东,37