一种牙科钛合金及其制备方法技术

本发明专利技术属于义齿制作领域，具体涉及一种牙科钛合金及其制备方法。具体技术方案为：一种钛合金，包括35～45份纯钛和55～65份钛合金；所述纯钛中各元素的质量分数为：Fe≤0.3％，C≤0.1％，N≤0.05％，H≤0.015％，O≤0.25％，其余杂质≤0.4％，余量为Ti；所述钛合金中各元素的质量分数为：5.5％≤Al≤6.75％，3.5≤V≤4.5％，Fe≤0.3％，C≤0.08％，N≤0.05％，H≤0.015％，O≤0.2％，其余杂质≤0.4％，余量为Ti。该合金材料的顶端为纯钛材料，机械强度低，用于制作义齿的切端及咬合面，与对颌接触，对天然牙的磨损较小。中部及底部具有较大强度，作为义齿的主体结构，机械性能良好，能承受较大咬合力；生物相容性好。

A Dental Titanium Alloy and Its Preparation Method

The invention belongs to the field of denture manufacture, in particular to a dental titanium alloy and a preparation method thereof. Specific technical scheme is: a titanium alloy, including 35-45 pure titanium and 55-65 pure titanium alloys; the mass fraction of each element in the pure titanium is: Fe < 0.3%, C < 0.1%, N < 0.05%, H < 0.015%, O < 0.25%, the remaining impurities < 0.4%, and Ti; the mass fraction of each element in the titanium alloy is: 5.5% < Al < 6.75%, 3.5 < V < 4.5%, Fe < 0.3%, C. The remaining impurities are less than 0.08%, N less than 0.05%, H less than 0.015%, O less than 0.2%, and Ti less than 0.4%. The top of the alloy material is pure titanium material with low mechanical strength. It is used to make the incisor and occlusal surface of denture, contact with the jaw, and wear natural teeth less. As the main structure of the denture, the middle and the bottom of the denture have high strength, good mechanical properties, can withstand greater occlusal force, and good biocompatibility.

【技术实现步骤摘要】
一种牙科钛合金及其制备方法
本专利技术属于义齿制作领域，具体涉及一种牙科钛合金及其制备方法。
技术介绍
目前用于口腔义齿修复的金属材料主要是钴铬合金，纯钛及钛合金。钴铬合金因为价格较低，同时该材料用于义齿生产时，采用的常规工艺——铸造工艺，较为简单且失败率较低，同时钴铬合金能够和现有的瓷粉形成良好的结合，所以在口腔行业得到了大量的应用。但是钴铬合金由于其含有镍等有害元素、密度高、铸造工艺粗糙等原因，导致其生物相容性不好，口内异物感强，边缘不密合等情况的发生。纯钛及钛合金材料由于良好的生物相容性，较低的密度，良好的可加工性能在牙科的应用范围不断扩大。纯钛及钛合金材料最初用于义齿制作时，采用的是铸造工艺来制作金属全解剖冠或者是金属内冠(外层做烤瓷工艺处理)。但是钛合金的熔点非常高，同时熔融的钛液化学性质非常活泼，容易与其他物质发生反应而失去原来的物理化学特性，由于化学反应带来了更多的杂质，生物相容性降低。另外，由于铸造工艺本身的不准确，钛及其合金跟现有瓷粉之间的结合强度较低，且该上瓷操作比较复杂，后期口内崩瓷情况较为严重。钛合金的强度高，硬度较天然牙高出很多，对对颌的天然牙产生较大的磨耗。以上原因导致钛及其合金材料在牙科的应用受到了较大的抑制。牙科钛合金由于其良好的生物相容性，耐腐蚀，密度小等特点，应用于医疗行业的优势是其他很多材料都无法取代的，市场和行业并没有选择放弃。但是我们急需一种能够应用高精度加工工艺，更加符合人体需要的钛材来改变现状。CAD/CAM技术被引入到牙科为这一改变奠定了良好的基础。借助于机械行业，数控切削机床的原理。市场出现了牙科纯钛盘，牙科钛合金盘。将钛及钛合金材料做成能够被数控切削机床夹持的圆形盘状结构，再将通过CAD设计之后的牙齿三维数据导入到切削软件中，进行排版、计算，然后进行切削。由于成熟精确的数控工艺，能够真实地将虚拟的三维数据转换为实物。此方法解决了由于铸造工艺带来的精度差，和口内原有牙齿不匹配的问题。但是这种牙科钛材料，每一个规格型号都是由同一种牌号的钛材制成。市场主流的主要是牌号为TA2的纯钛和牌号为TC4的钛合金。根据不同的需求选择不同的材料。纯钛由于纯度非常高，杂质含量很低，其生物相容性很好，同时其硬度和强度低，韧性好，主要适用于活动支架和全解剖金属冠。钛合金由于添加了铝，钒等元素，提高了材料的机械强度，适用于受力更大的金属冠桥类、杆卡、桥架类修复类型，但由于其硬度同时增加，对天然牙的磨耗同时增加。综上，行业急需一种生物相容性好，密度低，异物感弱，既能承受较大的咬合力，同时对天然牙的磨耗又低的钛材料。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种牙科钛合金及其制备方法。为实现上述专利技术目的，本专利技术所采用的技术方案是：一种钛合金，以总重量为100份计，包括35～45份纯钛和55～65份钛合金；所述纯钛和钛合金的粒径为100～120nm；所述纯钛中各元素的质量分数为：Fe≤0.3％，C≤0.1％，N≤0.05％，H≤0.015％，O≤0.25％，其余杂质≤0.4％，余量为Ti；所述钛合金中各元素的质量分数为：5.5％≤Al≤6.75％，3.5≤V≤4.5％，Fe≤0.3％，C≤0.08％，N≤0.05％，H≤0.015％，O≤0.2％，其余杂质≤0.4％，余量为Ti。优选的，所述的纯钛中，除Ti外，其余元素占比总量≤0.01％。优选的，所述钛合金中，5.5％≤Al≤6.5％，3.5≤V≤4％，余量为Ti。相应的，一种制备所述钛合金的方法，包括如下步骤：(1)总质量按100份计，分别称取20～24份的纯钛和33～34.2份钛合金，作为原料1、2；称取剩余的纯钛和钛合金混匀后作为过渡层原料；(2)将上述原料按原料2、过渡层原料、原料1的顺序，依次放入模具内，在50～60吨压力保持0.5h以上，将各原料初步压制成所需形状的合金材料；(3)再将所述合金材料密封，放入液体中，对该液体施加200～230吨的压力，保持1h以上；(4)再将所述合金材料放入到真空退火炉中，以10℃/m速度升温至960～1200℃，保温4～6小时，自然冷却后根据所需进行机械加工即可。优选的，步骤(1)所述过渡层原料的具体制备方法为：称取5～7份纯钛和5～7份钛合金，且纯钛与钛合金等量，混匀后作为原料3；称取5～7份纯钛和7.5～10.5份钛合金，按质量比，纯钛：钛合金＝1:1.5，混匀后作为原料4；称取5～7份纯钛和9.5～13.3份，按质量比，纯钛：钛合金＝1:1.9，混匀后作为原料5；放入模具的顺序依次为：原料2、原料5、原料4、原料3、原料1。优选的，按质量份数，将所述原料3分为1:3的两份，分别为原料31和原料32；将原料4分为1:1:2的三份，分别为原料41、原料42和原料43；将原料5分为1:3的两份，分别为原料51和原料52；分别将原料31、41、42、51倒入模具中，使用10～20吨压力保持5～10min，分别压制成第一衔接层、第二衔接层、第三衔接层和第四衔接层，所述各衔接层上下面各至少设置一个衔接结构；放入模具的顺序依次为：原料2、第四衔接层、原料5、第三衔接层、原料4、第二衔接层、原料3、第一衔接层、原料1。优选的，所述各衔接层为鱼骨状。优选的，所述混匀的具体方法为：将粉末倒入至少两倍体积于粉末总量的液体介质中，超声震荡≥10min后，再一边超声震荡一边在≤65℃的环境中干燥，去除全部液体介质后，即得所需的混匀原材料；所述液体介质既不与纯钛及钛合金反应、也不溶解纯钛及钛合金。优选的，所述液体介质为去离子水。本专利技术具有以下有益效果：1、钛及钛合金虽然具有较好的生物相容性，同时还具有耐腐蚀、密度小等优点，但纯钛存在硬度和强度较低等问题，应用场所有限。而在纯钛中增加了铝、钒等元素的钛合金，机械性能良好，克服了纯钛的部分缺陷，但同时因为其强度较大，也存在对天然牙齿磨耗增加等问题。本专利技术配方简单，只使用普通纯钛和钛合金，在未添加其它特殊材料的情况下，即提供了一种软硬度兼具的牙科用钛合金，同时满足了义齿复杂且相互矛盾的要求；且本专利技术的制备工艺也非常简单容易实现。最终得到的合金材料的顶端为纯钛材料，机械强度低，用于制作义齿的切端及咬合面，与对颌接触，对天然牙的磨损较小。中部及底部具有较大强度，作为义齿的主体结构，机械性能良好，能承受较大咬合力；生物相容性好。2、现有技术中，对牙科用钛合金进行改进，或者对金属合金进行改进，都是提供一种各元素分布均匀的合金，都希望各元素分布越均匀越好，但这样的合金势必只具有单一的特性，无法同时兼具多种性能。本专利技术克服了本领域的技术偏见，创造性地提供了一种各元素分布不均匀的合金材料，使该合金材料在不同位置具有不同的特性。3、如果将纯钛和钛合金进行简单结合，就会出现结合处断层的情况，结合处结合不紧密，容易在使用过程中出现性能断点。本专利技术还提供了一种将纯钛和钛合金进行良好过渡结合的方法，将纯钛和钛合金的交界处从二维扩大到三维，从单面扩大到立体，有效避免了结合处的断层问题。同时，结合部位的纯钛和钛合金形成了一种新的过渡材料，不仅兼具纯钛和钛合金的特性，还具有一定的缓冲效果。附图说明图1为本专利技术的一种衔接层结构示意图；图2为本专利技术的优选衔接层结构示意图；图3为本专利技术合金材料层间结构本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钛合金，其特征在于：以总重量为100份计，包括35～45份纯钛和55～65份钛合金；所述纯钛和钛合金的粒径为100～120nm；所述纯钛中各元素的质量分数为：Fe≤0.3％，C≤0.1％，N≤0.05％，H≤0.015％，O≤0.25％，其余杂质≤0.4％，余量为Ti；所述钛合金中各元素的质量分数为：5.5％≤Al≤6.75％，3.5≤V≤4.5％，Fe≤0.3％，C≤0.08％，N≤0.05％，H≤0.015％，O≤0.2％，其余杂质≤0.4％，余量为Ti。

【技术特征摘要】
1.一种钛合金，其特征在于：以总重量为100份计，包括35～45份纯钛和55～65份钛合金；所述纯钛和钛合金的粒径为100～120nm；所述纯钛中各元素的质量分数为：Fe≤0.3％，C≤0.1％，N≤0.05％，H≤0.015％，O≤0.25％，其余杂质≤0.4％，余量为Ti；所述钛合金中各元素的质量分数为：5.5％≤Al≤6.75％，3.5≤V≤4.5％，Fe≤0.3％，C≤0.08％，N≤0.05％，H≤0.015％，O≤0.2％，其余杂质≤0.4％，余量为Ti。2.根据权利要求1所述的钛合金，其特征在于：所述的纯钛中，除Ti外，其余元素占比总量≤0.01％。3.根据权利要求1或2所述的钛合金，其特征在于：所述钛合金中，5.5％≤Al≤6.5％，3.5≤V≤4％，余量为Ti。4.一种制备权利要求1所述钛合金的方法，其特征在于：包括如下步骤：(1)总质量按100份计，分别称取20～24份的纯钛和33～34.2份钛合金，作为原料1、2；称取剩余的纯钛和钛合金混匀后作为过渡层原料；(2)将上述原料按原料2、过渡层原料、原料1的顺序，依次放入模具内，在50～60吨压力保持0.5h以上，将各原料初步压制成所需形状的合金材料；(3)再将所述合金材料密封，放入液体中，对该液体施加200～230吨的压力，保持1h以上；(4)再将所述合金材料放入到真空退火炉中，以10℃/m速度升温至960～1200℃，保温4～6小时，自然冷却后根据所需进行机械加工即可。5.根据权利要求4所述的一种制备权利要求1所述钛合金的方法，其特征在于：步骤(3)所述液体为可生物降解液压油。6.根据权利要求4所述的一种制备权利要求1所述钛合金的方法，其特征在于：步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：王昌健，冯崇敬，张登凯，冯弘，刘帅，
申请(专利权)人：成都贝施美生物科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51