一种齿科修复体用强韧性氧化锆陶瓷材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种齿科修复体用强韧性氧化锆陶瓷材料的制备方法包括以下步骤：球磨混合：将混合粉料、氧化锆球和无水乙醇湿法研磨成混合均匀的浆料；干燥过筛：将浆料放入烘干箱中，烘干成干粉后再经过200‑350目过筛处理，获得混合粉体；干压成型：将混合粉体放置于成型模具中，通过单轴压制成型工艺制成生坯；坯体烧结：生坯放置于氧化锆烧结炉中进行无压烧结，最高烧结温度为1200～1500℃；最后随炉冷却至室温，获得烧结体。掺杂电气石作为第二相具有增强增韧氧化锆力学性能的作用，兼具良好的远红外性能。烧结助剂的加入，有助于与坯体形成固溶体，降低烧结温度，促进致密化进程，保证烧结体的高致密度。

A preparation method of strong and tough zirconia ceramic material for dental prosthesis

The invention discloses a preparation method of a strong and tough zirconia ceramic material for dental prosthesis, which comprises the following steps: ball milling and mixing: wet grinding of mixed powder, zirconia ball and anhydrous ethanol to form a uniform slurry; drying and sieving: placing the slurry in a drying oven, drying and sieving into dry powder, and then passing through 200 350 meshes to obtain mixed powder; dry pressing forming: mixing and sieving. The powders are placed in the moulds, and the green compacts are made by uniaxial pressing process. The green compacts are sintered in zirconia sintering furnace without pressure. The maximum sintering temperature is 1200-1500 C. Finally, the sintered compacts are obtained by cooling the green compacts to room temperature. As the second phase, doped tourmaline can enhance the mechanical properties of toughened zirconia and has good far infrared properties. The addition of sintering additives helps to form solid solution with green body, reduce sintering temperature, promote densification process and ensure high density of sintered body.

【技术实现步骤摘要】
一种齿科修复体用强韧性氧化锆陶瓷材料的制备方法
本专利技术属于齿科修复体生物陶瓷材料领域，具体是一种齿科修复体用强韧性氧化锆陶瓷材料的制备方法。
技术介绍
德国化学家首先发现了氧化锆陶瓷材料，之后因其具有优良的力学性能、生物相容性、美学性能等已被应用到各个领域，特别是随着Garvie等发现t-m相变可提高氧化锆陶瓷材料的断裂韧性，使其应用更加广泛。氧化锆具有三种晶型单斜相(m相)、四方相(t相)和立方相(c相)，三者在不同温度下会发生晶型转变。如果t相氧化锆在室温下能够稳定存在，就可以利用t-m马氏体相变来提高氧化锆的韧性，通常可以通过加入Y2O3、CeO2、YbO等稀土稳定剂的方法来使t相氧化锆保存到室温并稳定存在。氧化锆作为应用于生物材料的陶瓷，不仅具有高强韧的特性，而且与生物组织有良好的相容性和优异的亲和性。当前，人们对有益于人体健康的功能化齿科陶瓷的需求日益迫切，随着齿科氧化锆陶瓷综合力学性能的提高和健康功能化的未来需求，氧化锆陶瓷在齿科领域应用将更加广泛。但齿科氧化锆本身的脆性及在口腔环境中力学性能下降等问题会影响其服役性能和可靠性。随着材料科学的发展，近年来功能复合陶瓷备受关注，将电气石掺杂在功能复合陶瓷中的开发研究也取得了较大进展。近年的研究还表明，电气石在生物陶瓷、易洁抗菌陶瓷、远红外复合陶瓷等功能陶瓷材料中有其独特的作用。电气石是一种非常复杂、晶体结构种类多、颜色多样的硼硅酸盐类非再生矿物，电气石属于三方晶系或六方晶系，因其独特的晶体结构，具有优异的远红外辐射、释放负离子、表面活性等诸多优良性能使其在人体保健、能源材料等诸多领域发挥着巨大作用。1989年日本学者Kubo首次发现电气石晶体周围存在永久性自发极化效应和静电场效应，并针对电气石晶体的电场效应展开了一系列的应用研究，引发了人们对电气石在人体保健、能源材料等各个领域应用研究的热潮。在齿科氧化锆修复体由于陶瓷本身的特点导致力学性能较低，通常采用晶须增韧、纤维增韧或细晶强化增韧等方式。研究发现，掺杂第二相削弱了相变增韧效果，一定程度上降低了致密度。现有采用原位法和物理混合法制备的氧化锆-莫来石复合陶瓷所需烧结温度高，且容易有破坏性烧结杂质产生，而对于添加电气石作为第二相如何增韧氧化锆同时降低烧结温度并且无破坏性杂质产生，少有研究和报道。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术拟解决的技术问题是，提供一种齿科修复体用强韧性氧化锆陶瓷材料的制备方法。本专利技术解决所述技术问题的技术方案是，提供一种齿科修复体用强韧性氧化锆陶瓷材料的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：(1)球磨混合：将混合粉料、氧化锆球和无水乙醇湿法研磨成混合均匀的浆料；所述混合粉料由氧化锆粉体、电气石和烧结助剂组成；混合粉料:氧化锆球:无水乙醇的质量比为1:1-5:1；所述烧结助剂是氧化镁、氧化钙、二氧化硅或二氧化钛；(2)干燥过筛：将步骤1)得到的浆料放入烘干箱中，烘干成干粉后再经过200-350目过筛处理，获得混合粉体；(3)干压成型：将步骤2)得到的混合粉体放置于成型模具中，通过单轴压制成型工艺制成生坯；(4)坯体烧结：将步骤3)得到的生坯放置于氧化锆烧结炉中进行无压烧结，最高烧结温度为1200～1500℃；最后随炉冷却至室温，获得具有莫来石晶须的烧结体。与现有技术相比，本专利技术有益效果在于：(1)该方法是将氧化锆、电气石、烧结助剂配比优化经球磨混合均匀后，通过单轴压制成型工艺、常规无压烧结技术制备成氧化锆陶瓷材料烧结体。氧化锆陶瓷材料通过阿基米德法、三点抗弯及压痕法分别测得其相对密度≥98.9％，抗弯强度≥800Mpa，断裂韧性≥9.5MPa·m-0.5。氧化锆陶瓷材料烧结体微观结构致密无明显缺陷，不仅具有优异的强韧特性，而且具有良好生物相容性及益于人体健康的特性，满足齿科修复体要求。(2)掺杂电气石作为第二相具有增强增韧氧化锆力学性能的作用，兼具良好的远红外性能。电气石强韧齿科氧化锆陶瓷的强度和韧性相比以氧化锆为原料的齿科氧化锆陶瓷强度和韧性分别提高了20-50％和15-45％。(3)无压烧结技术在1250-1350℃范围实现低温烧结，利于进行工业化生产加工。(4)本方法对混合粉体采用单轴压制成型的坯体形状有长方体、圆柱体、圆形薄片等。(5)将制得的烧结体通过后处理工艺制成具有较高强韧性的生物医用氧化锆陶瓷齿科修复体，其具有高强度、高韧性，有益于人体健康，提高了在生物口腔环境内的服役性能和可靠性。(6)烧结助剂的加入，有助于与坯体形成固溶体，降低烧结温度，促进致密化进程，克服了掺杂电气石第二相削弱了相变增韧效果、降低致密度的问题，保证烧结体的高致密度。(7)制备工艺过程易于操作、成本低。附图说明图1为本专利技术实施例1的烧结体的电镜图；图2为本专利技术实施例1的氧化锆陶瓷材料的压痕处的微观组织结构图；具体实施方式下面给出本专利技术的具体实施例。具体实施例仅用于进一步详细说明本专利技术，不限制本申请权利要求的保护范围。本专利技术提供了一种齿科修复体用强韧性氧化锆陶瓷材料的制备方法(简称方法)，其特征在于该方法包括以下步骤：(1)球磨混合：将混合粉料、氧化锆球和无水乙醇放入行星球磨机中，湿法研磨12～24小时磨成混合均匀的浆料，球磨速率为900-1000r/min；无水乙醇作为球磨介质使得浆料中的粉料达到亚微米级，同时将氧化锆粉体、电气石和烧结助剂在机械外力的作用下相互混合均匀；所述混合粉料由氧化锆粉体、电气石和烧结助剂组成，三者的质量分数为85～95wt％氧化锆粉体、1～10wt％电气石和0～5wt％烧结助剂，三者之和为100％；混合粉料:氧化锆球:无水乙醇的质量比为1:1-5:1；所述氧化锆是氧化钇稳定氧化锆(3Y-TZP)、氧化铈稳定氧化锆或氧化镁/氧化钙稳定氧化锆等；优选氧化钇稳定氧化锆；所述烧结助剂是氧化镁、氧化钙、二氧化硅或二氧化钛等，能够降低烧结温度，促进材料致密化；优选氧化镁。(2)干燥过筛：将步骤1)得到的浆料放入90-200℃烘干箱中，烘干成干粉后再经过200-350目过筛处理，获得良好粒径分布的亚微米级混合粉体；过筛处理尽可能获得单一粒径的混合粉体，有助于烧结过程中晶粒的致密化进程；(3)干压成型：将步骤2)得到的混合粉体放置于成型模具中，通过单轴压制成型工艺制成致密的生坯，其中单轴压力大小为15～20MPa，保压时间为3～5min，每个成型模具中混合粉体的重量为2.5±0.05g；(4)坯体烧结：将步骤3)得到的生坯放置于氧化锆烧结炉(本实施例为马弗炉)中进行常规无压烧结2～4小时，最高烧结温度为1200～1500℃；具体烧结工艺为：50～400℃，升温速率3～6℃/min，保温时间30～60min；400℃～最高烧结温度，升温速率2～5℃/min，保温时间1～3小时；最后随炉冷却至室温，获得具有莫来石晶须的烧结体，即强韧性氧化锆陶瓷材料；(5)后加工：将步骤4)得到的烧结体进行后处理加工，得到齿科修复体。后处理加工是将烧结体通过机械手段进行研磨切削和抛光加工，再经打磨和上釉处理得到齿科修复体。实施例1质量分数：氧化锆(3Y-TZP)粉体92.5％、电气石5％、烧结助剂MgO2.5％，优选氧化锆粉体的粒径为100～200nm，电气石粉体的粒径为50～1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种齿科修复体用强韧性氧化锆陶瓷材料的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：(1)球磨混合：将混合粉料、氧化锆球和无水乙醇湿法研磨成混合均匀的浆料；所述混合粉料由氧化锆粉体、电气石和烧结助剂组成；混合粉料:氧化锆球:无水乙醇的质量比为1:1‑5:1；所述烧结助剂是氧化镁、氧化钙、二氧化硅或二氧化钛；(2)干燥过筛：将步骤1)得到的浆料放入烘干箱中，烘干成干粉后再经过200‑350目过筛处理，获得混合粉体；(3)干压成型：将步骤2)得到的混合粉体放置于成型模具中，通过单轴压制成型工艺制成生坯；(4)坯体烧结：将步骤3)得到的生坯放置于氧化锆烧结炉中进行无压烧结，最高烧结温度为1200～1500℃；最后随炉冷却至室温，获得具有莫来石晶须的烧结体。

【技术特征摘要】
1.一种齿科修复体用强韧性氧化锆陶瓷材料的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：(1)球磨混合：将混合粉料、氧化锆球和无水乙醇湿法研磨成混合均匀的浆料；所述混合粉料由氧化锆粉体、电气石和烧结助剂组成；混合粉料:氧化锆球:无水乙醇的质量比为1:1-5:1；所述烧结助剂是氧化镁、氧化钙、二氧化硅或二氧化钛；(2)干燥过筛：将步骤1)得到的浆料放入烘干箱中，烘干成干粉后再经过200-350目过筛处理，获得混合粉体；(3)干压成型：将步骤2)得到的混合粉体放置于成型模具中，通过单轴压制成型工艺制成生坯；(4)坯体烧结：将步骤3)得到的生坯放置于氧化锆烧结炉中进行无压烧结，最高烧结温度为1200～1500℃；最后随炉冷却至室温，获得具有莫来石晶须的烧结体。2.根据权利要求1所述的齿科修复体用强韧性氧化锆陶瓷材料的制备方法，其特征在于步骤1)中，湿法研磨在行星球磨机中进行，球磨速率为900-1000r/min，球磨时间12～24小时。3.根据权利要求1所述的齿科修复体用强韧性氧化锆陶瓷材料的制备方法，其特征在于步骤1)中，混合粉料由85～95wt％氧化锆粉体、1～1...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱东彬，梁金生，张晓旭，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：天津,12