基于氧化锆的单相和多相材料制造技术

本发明专利技术涉及一种氧化锆材料和由该材料制成的烧结模制体，其中该氧化锆的70-99.9体积%以四方晶相存在，其中该四方晶相是经化学稳定化的，并含稀土元素的氧化物作为化学稳定剂。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利说明】基于氧化锆的单相和多相材料本专利技术涉及基于氧化锆的单相和多相材料的制备和应用。特别是本专利技术涉及基于氧化锆的单相多晶材料以及由该材料制得的烧结模制体，该烧结模制体在医学领域中例如可用作植入物或假牙。氧化锆陶瓷是生物相容性的，并可用通常的和标准化的加工方法来制备。在无损硬质加工性和所应用的使用领域或环境方面，其机械性能和耐水热老化性是相适配的。氧化锆陶瓷的主要应用领域在生物陶瓷范围。次要应用领域例如是牙修复体(齿坯(blanks)、齿桥和齿冠)、齿植入物、基牙，和脊柱植入物(椎体间融合器(Cage)、间隔件(Spacer))，以及需要具有无损硬质加工性的工业陶瓷的通用应用领域，例如在如磨、铣和钻的机械加工领域。与通常的金属材料相比，陶瓷材料由于其化学稳定性、其机械性能、物理性能和特别是可产生出色美感的光学性能，在牙科市场具有多个优点。在牙科陶瓷中的通常趋势是“全陶瓷体系”。但至今还经常是在金属支架上施加陶瓷作为贴面。牙科陶瓷可按其制备方法及其晶相进行分类。基本区分成金属-陶瓷体系和全陶瓷体系。自1960年以来已存在金属-陶瓷体系。为按照天然的牙齿获得美学上可接受的修复，在金属支架上施加贴面陶瓷。典型的贴面材料由通常基于白榴石晶体的长石玻璃构成。将白榴石晶体(KAlSi2O6)加入到长石玻璃结构中导致在支架和贴面的热膨胀系数方面的最佳性能。白榴石晶体通过在1150-1530°C之间的温度下的天然长石的不一致熔融而形成。通过改变玻璃中的白榴石晶体含量，可有针对性地控制热膨胀系数和适配于金属支架。长石玻璃中的白榴石晶体的典型含量通常为15-25体积％。因此该热膨胀系数小于金属的热膨胀系数，由此所施加的贴面在冷却后处于受压状态。通常在真空下烧结贴面陶瓷，以降低最终产品中的孔隙度。由于玻璃相，该基于白榴石晶体的玻璃(也称为牙科陶瓷)的机械性能，特别是强度和断裂韧性是牙医学中使用的所有陶瓷材料中最低的。直到2005年，仍有50 %的齿修复件用金属-陶瓷体系来制备。全陶瓷体系是不含金属的，并自30年来已可供使用。该工艺技术在不断发展(如热压制法、浆料浇注法、CAD/CAM加工法)。与金属-陶瓷体系的主要差别在于具有高得多的结晶相含量，该结晶相含量可在35-100体积％之间。机械性能有所改进，但不透明性也增加，这在所需的美学方面是不利的。存在多种对全陶瓷体系的耐用性具有影响的因素，如口腔环境、从酸至碱的波动的PH-值、循环负荷和咀嚼期间的最大负荷峰。具有较高玻璃相含量的全陶瓷体系经常表现出作为失效原因的应力裂纹腐蚀。由于Y-TZP-陶瓷(含100体积％结晶相的三氧化二钇-稳定的四方二氧化锆多晶)在低温下的水热老化，因此要求按标准进行测试，在该标准中要评定在人体环境中和在循环负荷下的耐用性。全陶瓷体系主要根据制备方法分类(例如热压制、干式压制和烧结、浆料浇注、CAD/CAM 加工)。在热压制时，首先使用结晶相比例为35-45体积％的基于白榴石晶体的玻璃。该基于白榴石晶体的玻璃的强度为约150 MPa，并因此比金属-陶瓷体系的基于白榴石晶体的玻璃高约一倍。多次加热可有利于白榴石结晶，并导致更高的强度。现今对热压制使用新型玻璃陶瓷。该材料由结晶相比例为65体积％的基于白榴石晶体的玻璃构成。伦琴射线照相研宄表明，除二硅酸锂(Li2Si2O5)夕卜，还有其它结晶相如硅酸锂(Li2S13)和方英石(S12)。与基于白榴石晶体的玻璃相比，强度高约一倍，且为约 250 MPa0自90年代初以来，已使用全陶瓷体系的干式压制和烧结。该制备以计算机辅助进行，并考虑了烧结时压制生坯的烧结收缩。作为支架材料，使用基于氧化铝的陶瓷和基于氧化锆的陶瓷(100体积％结晶相比例)，其中在该支架材料上还施加由玻璃陶瓷制成的贴面。氧化铝陶瓷的特征在于其弯曲强度为约600 MPa，并具有优异的体内性能。自90年代以来，已使用浆料浇注法。在此，借助于结晶相的浆料浇注制备多孔生坯体，接着进行烧结和渗入基于镧的玻璃。在牙科用材市场上可得到下列玻璃陶瓷:氧化铝(Al2O)、尖晶石(MgAl2O4)或12Ce-TZP/Al203-复合物。该经玻璃渗入的氧化铝的机械性能与基于二硅酸锂的玻璃陶瓷相当，但有稍微较高的不透明性。该经玻璃渗入的尖晶石具有明显更高的半透明性和与基于二硅酸锂的玻璃陶瓷相当的机械性能。该经玻璃渗入的氧化锆/氧化铝-复合物在所有浆料浇注的牙科陶瓷中表现出最高的强度和断裂韧性。自70年代初以来，实行了陶瓷块或坯料的计算机控制的CAD/CAM加工，并由Duret引入。那时是对密烧结过的坯料进行加工。现今主要用预烧结的坯料加工。玻璃陶瓷由于其非常好的可加工性，适合在密烧结状态下的CAD/CAM-加工。早期基于理想的可加工性曾使用典型的基于云母晶体的玻璃。而现今使用含透长石晶体、白榴石晶体或二硅酸锂晶体的长石玻璃。但对密烧结的玻璃陶瓷的CAD/CAM-加工显示出明显的工具磨损。表面缺陷可对体内特性产生不利影响。玻璃陶瓷通常可进行非常好的加工。但由于晶体和玻璃基质不同的热膨胀系数，会在冷却时沿相界产生微裂纹。此外，该结晶相具有非常好的沿纵向(特别是沿晶体学(001)面的云母)的可劈性。因此该结晶相不应具有在玻璃结构中的优选取向。由工具带来的裂纹沿劈面分布或也可沿晶体和玻璃基质之间的相界分布。由此，在加工时不断使该裂纹转向，并且仅表面上小的区域从工件上剥落。这种增益机理也在术语裂纹偏转下已知。自2001年以来，实现了对预烧结的氧化锆-坯料的CAD/CAM的加工。该加工既容易又快速，并且与密-烧结的氧化锆-坯料的硬质加工相比，产生更小的工具磨损。但接着需对所加工完的工件进行密烧结。伴随尺寸偏差出现的烧结收缩中的波动以及由牙科技师手工修正加工导致增加的氧化锆受损风险。几乎所有可得到的氧化锆-坯料均由Tosoh-原料制成。作为支架材料的氧化锆具有至今最好的机械性能。但由于在支架和贴面之间的界面上额外需要贴面陶瓷，所以会由于四方氧化锆相的相变而出现裂纹。一段时间以来，已有多个已公开的3-年-体内-研宄和5-年-体内-研宄。这些研宄的结果是优异的成功率，但具有低的存活率并伴随并发症如龋齿病或贴面剥落。实际的硏发趋势明确指向氧化锆/氧化铝-复合材料，目的在于改进耐水热老化性和机械性能。因此，本专利技术的目的在于提供一种基于氧化锆的经改进的陶瓷材料，特别是用于牙科陶瓷领域的陶瓷材料，其兼具好的机械性能与较小硬度以及改进的损伤容限，并可借助于常用方法进行加工。该目的是通过独立权利要求的材料和烧结模制体实现的。因此，本专利技术的氧化锆材料包含达70-100体积％的呈四方晶相的氧化锆，其中该氧化锆的四方晶相是经化学稳定化的，并含稀土元素的氧化物作为化学稳定剂。在本专利技术范围内，术语“材料”意指完成烧结的陶瓷。如无另行定义，所描述的组合物是指陶瓷烧结体。本专利技术涉及基于四方氧化锆的单相或多相的陶瓷材料。该氧化锆的四方晶相通过使用稀土元素的氧化物作为添加剂来稳定化。优选的稀土元素的氧化物是氧化铈(CeO2),特别优选氧化钐(Sm2O3)和氧化钆(Gd2O3)。该氧化锆相是主要成分，并在该材料中基本上占70-100 %的体当前第1页1 2 3 本文档来自技高网...

【技术保护点】
氧化锆材料，其中该氧化锆的70‑100 体积%以四方晶相存在，其特征在于，该四方晶相是经化学稳定化的，并含稀土元素的氧化物作为化学稳定剂。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：M孔茨，K弗里德里希，L戈特维克，A莫尔哈特，J埃尔利希，
申请(专利权)人：陶瓷技术有限责任公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE