一种高强度和高透性二硅酸锂玻璃陶瓷及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种高强度和高透性二硅酸锂玻璃陶瓷及其制备方法和应用，本发明专利技术通过优化原料配比、调控热处理条件制备得到以二硅酸锂为主晶相，以偏硅酸锂、磷酸锂或石英为杂相的二硅酸锂玻璃陶瓷，其中二硅酸锂晶体的尺寸大于700nm，长径比不少于3；所述二硅酸锂玻璃陶瓷的三点弯曲强度为450～750MPa，断裂韧性高于3.5MPa

【技术实现步骤摘要】
一种高强度和高透性二硅酸锂玻璃陶瓷及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于微晶玻璃
，具体涉及一种玻璃陶瓷及其制备方法和应用，尤其涉及一种高强度和高透性二硅酸锂玻璃陶瓷及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]二硅酸锂玻璃陶瓷是一种结晶相和玻璃相均匀分布、结构致密的微晶玻璃。由于结晶形成的二硅酸锂晶体的折射率(1.55)与玻璃基质的折射率(1.50)具有良好的光学匹配性，使其具有优异的半透光性，能够最大程度地模拟自然牙齿的色泽和透光特性，因而具有优异的美学效果。此外，由于具有良好的力学性能和玻璃基质极易被HF所酸蚀的固有特性，使其能较好地解决在牙齿修复中的咬合和粘接问题，从而成为前牙美学修复的首选材料。
[0003]目前，临床上将二硅酸锂玻璃陶瓷用作牙齿修复的产品主要有Ivoclar
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Vivadent公司的IPS系列和Dentsply Sirona的ZLS(zirconia
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reinforced lithium silicate)系列。但由于其三点弯曲强度普遍在360～440Mpa之间，从而在实际咬合过程中极易因对颌牙的磨损或接触到坚硬的食物而导致崩裂或折断，给患者造成极大的隐患和额外的经济投入。所以大量的研究都致力于提升其强度和改善其可靠性和服役寿命。
[0004]如CN109824351A公开了一种高强度齿科修复用陶瓷复合材料，该复合材料通过在玻璃陶瓷组分中加入ZrSiO4，使其热处理过程中分解并原位生成ZrO2微晶体；由于ZrO2微晶在冷却过程中会发生从四方相到单斜相之间的相转变而出现体积膨胀，从而对周围的二硅酸锂晶体形成挤压作用，利用这种挤压作用所形成的压应力将二硅酸锂玻璃陶瓷的弯曲强度提升到420～479MPa；US09676656B2公开了一种含方石英晶体的高强度美观二硅酸锂微晶玻璃及其制备方法，通过加入高含量的SiO2，制备出以二硅酸锂为主晶相、石英为第二相的玻璃陶瓷，然后利用热处理过程中石英的热膨胀系数(10.9
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‑6/℃)大于玻璃基质，易于形成压应力的特点将玻璃陶瓷的弯曲强度提升到380～440MPa；CN104108883A公开了一种高强度二硅酸锂玻璃陶瓷及其制备方法，该方法通过在组分中加入较高含量的MgO和Al2O3，然后进行热处理使MgO与Al2O3、SiO2充分反应，形成以二硅酸锂为主晶相、镁铝硅酸盐和β
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石英为杂相的玻璃陶瓷，进而通过内在的压应力将玻璃陶瓷强度提升到705MPa；但上述方法虽然从一定程度上提高了弯曲强度，但提升的强度有限，且引入的第二相(杂相)的折射率与玻璃基质不匹配，易造成光透性降低的问题，使其在实际应用中只能用于后牙位置的桥体修复。
[0005]CN108069611A公开了一种高透性的硅酸锂微晶玻璃和二硅酸锂微晶玻璃、其制备方法及用途，该方法通过调节组分中SiO2与Li2O的质量比，从而控制二硅酸锂晶体尺寸小于200nm，由于晶体尺寸低于可见光380～780nm的范围，使制备得到的玻璃陶瓷显示出较高的光透性，但是细小的晶体尺寸无法形成良好的三维交织和晶粒互锁的微观结构，造成强度仍维持在现有水平，即360～450MPa。
[0006]此外，高断裂韧性也是评价玻璃陶瓷可靠性和抵抗崩裂或易折断风险的重要指标
之一。Ivoclar
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Vivadent公司的IPS系列的断裂韧性为2.0～2.5MPa
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，根据ISO6872可知，当断裂韧性高于3.0MPa
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时，可以有效地作为前牙三单位桥体使用；当断裂韧性高于3.5MPa
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时，能用作后牙三单位桥体，而当前大部分玻璃陶瓷的断裂韧性很难达到这一要求。
[0007]因此，研发出同时具有高强度、高透性和高断裂韧性的二硅酸锂玻璃陶瓷，有效降低修复体崩缺的风险和较好地模拟自然牙齿的坚韧和透光性，在牙科修复领域具有十分重要的意义。

技术实现思路

[0008]针对现有技术存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种高强度和高透性二硅酸锂玻璃陶瓷及其制备方法和应用，所述二硅酸锂玻璃陶瓷通过优化组成配比，调控热处理过程中的反应条件，使制备得到的二硅酸锂晶粒尺寸可控，三点弯曲强度达450～750MPa，1mm厚样品在550nm处的光学透过率在10％～80％内可调节，有效地降低修复体崩缺的风险和较好地模拟了自然牙齿的坚韧和透光性。
[0009]为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0010]第一方面，本专利技术提供了一种高强度和高透性二硅酸锂玻璃陶瓷，所述二硅酸锂玻璃陶瓷的原料组成包括：SiO
2 63～75wt％，例如63wt％、65wt％、67wt％、69wt％、71wt％、73wt％或75wt％等；Li2O 13～18wt％，例如13wt％、14wt％、15wt％、16wt％、17wt％或18wt％等；Al2O
3 1～6wt％，例如1wt％、2wt％、3wt％、4wt％、5wt％或6wt％等；K2O 1～10wt％，例如1wt％、3wt％、5wt％、7wt％或10wt％等；P2O
5 2～6wt％，例如2wt％、3wt％、4wt％、5wt％或6wt％等；添加剂0～4wt％，例如0、1wt％、2wt％、3wt％或4wt％等；着色剂0～10wt％，例如0、2wt％、4wt％、6wt％、8wt％或10wt％等，上述数值的选择并不仅限于所列举的数值，在各自的数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0011]所述二硅酸锂玻璃陶瓷的主晶相为二硅酸锂晶体，杂相为偏硅酸锂、磷酸锂或石英中的任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：偏硅酸锂和磷酸锂的组合，磷酸锂和石英的组合等；所述二硅酸锂晶体的尺寸大于700nm，例如710nm、800nm、900nm、1000nm、1100nm、1200nm或1300nm等；长径比不小于3，例如3、4、5或6等，上述数值的选择并不仅限于所列举的数值，在各自的数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0012]本专利技术中，二硅酸锂晶体的尺寸大于700nm，长径比不小于3，其中二硅酸锂晶体的形貌呈梭状。所述“二硅酸锂晶体的尺寸”即指梭状晶体长轴的长度，长径比是指长度与宽度的比值。
[0013]本专利技术中，通过增加二硅酸锂晶体的尺寸，使其接近或大于可见光最大波长(380nm～780nm)范围的方法来提高二硅酸锂玻璃陶瓷的强度、断裂韧性和透光性，这有别于现有技术中所认为的只有当晶体尺寸小于可见光最小波长时，才具有良好的透光性。这是由于晶体的尺寸越大，在一定空间内所具有的晶体数就会减少，玻璃基质与二硅酸锂晶体间的晶界相应也会减少，从而晶界对光的散射作用也越小，使得透光性提高。
[0014]以下作为本专利技术优选的技术方案，但不作为本专利技术提供的技术方案的限制，通过以下技术方案，可以更好本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高强度和高透性二硅酸锂玻璃陶瓷，其特征在于，所述二硅酸锂玻璃陶瓷的原料组成包括：SiO
2 63～75wt％、Li2O 13～18wt％、Al2O
3 1～6wt％、K2O 1～10wt％、P2O
5 2～6wt％、添加剂0～4wt％和着色剂0～10wt％；所述二硅酸锂玻璃陶瓷的主晶相为二硅酸锂晶体，杂相为偏硅酸锂、磷酸锂或石英中的任意一种或至少两种的组合；所述二硅酸锂晶体的尺寸大于700nm，长径比不小于3。2.根据权利要求1所述的二硅酸锂玻璃陶瓷，其特征在于，所述二硅酸锂玻璃陶瓷的原料组成包括：SiO
2 65～70wt％、Li2O 14～16wt％、Al2O
3 2～5wt％、K2O 2～8wt％、P2O
5 3～5wt％、添加剂1～3wt％和着色剂2～5wt％；优选地，所述二硅酸锂玻璃陶瓷的原料组成还包括CaO 0～6wt％、BaO 0～5wt％、B2O
3 0～10wt％、ZrO2或HfO
2 0～10wt％中的任意一种或至少两种的组合，但均不包含0。3.根据权利要求1或2所述的二硅酸锂玻璃陶瓷，其特征在于，所述添加剂包括一价金属氧化物和二价金属氧化物；优选地，所述一价金属氧化物包括Na2O、Rb2O或Cs2O中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述二价金属氧化物包括MgO、SrO或ZnO中的任意一种或至少两种的组合。4.根据权利要求1
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3任一项所述的二硅酸锂玻璃陶瓷，其特征在于，所述着色剂包括Fe2O3、TiO2、CeO2、CuO、Cr2O3、MnO、SeO2、V2O5、In2O3或稀土氧化物中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述稀土氧化物包括La2O3、Nd2O3、Tb2O3、Pr6O
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或Er2O3中的任意一种或至少两种的组合。5.根据权利要求1
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4任一项所述的二硅酸锂玻璃陶瓷，其特征在于，所述二硅酸锂晶体呈梭状；优选地，所述二硅酸锂晶体具有三维交织和晶粒互锁的微观结构。6.根据权利要求1
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5任一项所述的二硅酸锂玻璃陶瓷，其特征在于，所述二硅酸锂晶体的尺寸大于700...

【专利技术属性】
技术研发人员：张佳新，聂全义，赵丽佳，周生刚，虞勇，王晓俊，
申请(专利权)人：爱迪特秦皇岛科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：