一种氧化锆陶瓷及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于生物材料技术领域，具体涉及一种氧化锆陶瓷及其制备方法和应用。本发明专利技术提供了一种氧化锆陶瓷，包括以下质量份数的制备原料：72～78份纳米氧化锆，22～28份氧化锆纤维，13～17份粘结剂，8～12份表面活性剂和73～78份润滑剂。在本发明专利技术中，所述氧化锆纤维起间隔阻裂作用，当氧化锆陶瓷受到外力时，外力扩散于整个氧化锆陶瓷，从而增强了氧化锆陶瓷的抗弯强度。同时氧化锆纤维还能够吸收破坏的能量抑制裂纹的形成和扩展，起到纤维增韧的作用，提高了氧化锆陶瓷的断裂韧性。

【技术实现步骤摘要】
一种氧化锆陶瓷及其制备方法和应用
本专利技术属于生物材料
，具体涉及一种氧化锆陶瓷及其制备方法和应用。
技术介绍
近年来，因为生物材料可以对人体机体组织进行修复、替代或再生，受到研究人员的广泛关注，人体硬组织替代材料最早使用的是体骨和动物骨，后来使用不锈钢和塑料。但是体骨，动物骨不稳定，生物相容性差；不锈钢存在溶析、腐蚀与疲劳问题；塑料稳定性差，强度低。随着科技的发展陶瓷材料的出现改善了上述材料的不足。氧化锆陶瓷具有高韧性、高抗弯强度、高耐磨性，优异的隔热性能、热稳定性，良好的生物相容性等特点，是最常用的替代人体硬组织的陶瓷材料。公开号为CN109336592A的中国专利公开了一种氧化锆陶瓷骨植入假体及其制备方法，该专利以氧化锆粉、稳定剂、酸性硅溶胶和铝溶胶为原料制备得到氧化锆陶瓷骨植入假体。该专利制备得到的氧化锆陶瓷骨虽然具有一定的抗弯强度，但是断裂韧性较低，其断裂韧性最高为11.8MPa.m0.5。人体硬组织主要包括骨骼和牙齿，其中骨骼是人体重要的支撑器官，起到运动、支撑和保护的作用，因此，人工骨替代材料需具备较高的强度和韧性，因此，需要提升氧化锆陶瓷的整体性能，以使其更难好的满足人工骨的使用需求。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种氧化锆陶瓷，本专利技术提供的氧化锆陶瓷具有较高的抗弯强度和较高的断裂韧性。本专利技术提供了一种氧化锆陶瓷，包括以下质量份数的制备原料：优选的，所述氧化锆纤维的平均长度为1～2μm，长径比为2～3:1。优选的，所述纳米氧化锆的平均粒径为1～2nm。优选的，所述粘结剂包括高密度聚乙烯或聚丙烯；所述表面活性剂包括硬脂酸；所述润滑剂包括石蜡。本专利技术还提供了上述技术方案所述氧化锆陶瓷的制备方法，包括以下步骤：将氧化锆纤维、纳米氧化锆、粘结剂、表面活性剂和润滑剂混合，得到混料；将所述混料依次进行成型、脱脂和定型，得到所述氧化锆陶瓷。优选的，所述成型的温度为147～153℃，压力为78～82MPa。优选的，所述脱脂为将所述成型得到的生坯在煤油中进行浸泡；所述浸泡的温度为35～45℃，时间为7.8～8.3h。优选的，所述定型为烧结定型，所述烧结定型的温度为1395～1405℃，时间为2.7～3.3h。优选的，所述混合包括以下步骤：将氧化锆纤维和纳米氧化锆混合，得到氧化锆混料；将所述氧化锆混料、粘结剂、表面活性剂和润滑剂混合，得到所述混料。本专利技术还提供了上述技术方案所述氧化锆陶瓷或上述技术方案所述制备方法制备得到的氧化锆陶瓷在人工骨中的应用。本专利技术提供了一种氧化锆陶瓷，包括以下质量份数的制备原料：72～78份纳米氧化锆，22～28份氧化锆纤维，13～17份粘结剂，8～12份表面活性剂和73～78份润滑剂。在本专利技术中，所述氧化锆纤维起间隔阻裂作用，当氧化锆陶瓷受到外力时，外力扩散于整个氧化锆陶瓷，从而增强了氧化锆陶瓷的抗弯强度。同时氧化锆纤维还能够吸收破坏的能量抑制裂纹的形成和扩展，起到纤维增韧的作用，提高了氧化锆陶瓷的断裂韧性。本专利技术还提供了上述技术方案所述氧化锆陶瓷的制备方法，包括以下步骤：将氧化锆纤维、纳米氧化锆、粘结剂、表面活性剂和润滑剂混合，得到混料；将所述混料依次进行成型、脱脂和定型，得到所述氧化锆陶瓷。本专利技术提供的制备方法简单易操作，可快速且自动地对复杂形状产品进行批量生产。具体实施方式本专利技术提供了一种氧化锆陶瓷，包括以下质量份数的制备原料：以质量份数计，本专利技术提供的氧化锆陶瓷的制备原料包括72～78份纳米氧化锆，优选为75份。在本专利技术中，所述纳米氧化锆的平均粒径优选为1～2nm，更优选为1.5～1.8nm。本专利技术限定纳米氧化锆的粒径在上述范围利于增强氧化锆陶瓷的强度；同时纳米氧化锆能够降低氧化锆陶瓷的密度。以所述纳米氧化锆的质量份数为基准，本专利技术提供的氧化锆陶瓷的制备原料包括22～28份氧化锆纤维，优选为25份。在本专利技术中，所述氧化锆纤维的平均长度优选为1～2μm，更优选为1.5～1.8μm；长径比优选为2～3:1，更优选为3:1。本专利技术限定氧化锆纤维的平均长度在上述范围内能够增强氧化锆陶瓷的强度和断裂韧性。在本专利技术中，所述氧化锆纤维起间隔阻裂作用，当氧化锆陶瓷受到外力时，外力扩散于整个氧化锆陶瓷，从而增强了氧化锆陶瓷的抗弯强度。同时氧化锆纤维还能够吸收破坏的能量抑制裂纹的形成和扩展，起到纤维增韧的作用，提高了氧化锆陶瓷的断裂韧性。以所述纳米氧化锆的质量份数为基准，本专利技术提供的氧化锆陶瓷的制备原料包括13～17份粘结剂，优选为15份。在本专利技术中，所述粘结剂优选包括高密度聚乙烯(HDPE)或聚丙烯(PP)，更优选为高密度聚乙烯(HDPE)。以所述纳米氧化锆的质量份数为基准，本专利技术提供的氧化锆陶瓷的制备原料包括8～12份表面活性剂，优选为10～11份。在本专利技术中，所述表面活性剂优选包括硬脂酸(SA)。在本专利技术中，所述表面活性剂能够提高原料混合均匀性，进一步提高氧化锆陶瓷的性能。以所述纳米氧化锆的质量份数为基准，本专利技术提供的氧化锆陶瓷的制备原料包括73～78份润滑剂，优选为74～75份。在本专利技术中，所述润滑剂优选包括石蜡(PW)。本专利技术还提供了上述技术方案所述氧化锆陶瓷的制备方法，包括以下步骤：将氧化锆纤维、纳米氧化锆、粘结剂、表面活性剂和润滑剂混合，得到混料；将所述混料依次进行成型、脱脂和定型，得到所述氧化锆陶瓷。本专利技术将氧化锆纤维、纳米氧化锆、粘结剂、表面活性剂和润滑剂混合，得到混料。在本专利技术中，所述氧化锆纤维优选通过制备得到，所述氧化锆纤维的制备方法优选为等离子火炬法或喷吹法。在本专利技术中，所述等离子火炬法优选包括以下步骤：利用等离子火炬加热氧化锆粉末，得到熔化的氧化锆；将熔化的氧化锆进行拉丝制备得到氧化锆纤维。本专利技术对所述等离子火炬法的具体参数无特殊限定，采用本领域常规的制备工艺即可。在本专利技术中，所述等离子火炬法无毒安全，节能环保，功耗小，降低了高强度高韧性人造骨的生产成本。在本专利技术中，所述喷吹法优选包括以下步骤：将氧化锆粉末装入螺杆挤出机中，进行加热熔化，得到熔化的氧化锆；利用高温高速气流喷吹熔化的氧化锆，得到氧化锆纤维。本专利技术对所述喷吹法无特殊要求，采用本领域常规的制备工艺即可。在本专利技术中，所述喷吹法制备得到的初级氧化锆纤维表面良好，无明显的析晶现象，利于得到高强度的氧化锆陶瓷。在本专利技术中，当利用等离子火炬法或喷吹法制备得到的氧化锆纤维的平均长度不满足“1～2μm”的要求时，本专利技术优选将所述氧化锆纤维进行研磨。在本专利技术中，所述研磨优选为球磨，所述球磨的转速优选为345～355r/min，更优选为350r/min，时间优选为2.2～2.8h，更优选为2.5h。本专利技术对所述球磨的装置无特殊限定，在本专利技术的实施例中具体采用行星式球磨机。在本专利技术中，所述混合优选包括以下步骤：将氧化本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氧化锆陶瓷，其特征在于，包括以下质量份数的制备原料：/n

【技术特征摘要】
1.一种氧化锆陶瓷，其特征在于，包括以下质量份数的制备原料：





2.根据权利要求1所述氧化锆陶瓷，其特征在于，所述氧化锆纤维的平均长度为1～2μm，长径比为2～3:1。


3.根据权利要求1所述氧化锆陶瓷，其特征在于，所述纳米氧化锆的平均粒径为1～2nm。


4.根据权利要求1所述氧化锆陶瓷，其特征在于，所述粘结剂包括高密度聚乙烯或聚丙烯；所述表面活性剂包括硬脂酸；所述润滑剂包括石蜡。


5.权利要求1～4任一项所述氧化锆陶瓷的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将氧化锆纤维、纳米氧化锆、粘结剂、表面活性剂和润滑剂混合，得到混料；
将所述混料依次进行成型、脱脂和定型，得到所述氧化锆陶瓷。


6.根据权利要求5所述制...

【专利技术属性】
技术研发人员：李爱军，茅思佳，谢洪宾，贾林涛，
申请(专利权)人：上海大学绍兴研究院，上海大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33