玻璃渗透氧化锆陶瓷及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种玻璃渗透氧化锆陶瓷的制备方法，及由其制备的玻璃渗透氧化锆陶瓷，进一步涉及由该玻璃渗透氧化锆陶瓷制备的骨植入假体。入假体。

【技术实现步骤摘要】
玻璃渗透氧化锆陶瓷及其制备方法


[0001]本专利技术涉及玻璃渗透氧化锆陶瓷的制备方法，进一步涉及由该方法制备的玻璃渗透氧化锆陶瓷。

技术介绍

[0002]采用人工假体来替换受损的关节(包括髋关节、膝关节、肘关节、腕关节或踝关节等)已经成为临床上治疗关节疾病的首要选择。目前，临床上用来替换受损髋关节或膝关节的人工假体有金属对聚乙烯型、金属对金属型、陶瓷对聚乙烯型和陶瓷对陶瓷型。其中，陶瓷对聚乙烯型和陶瓷对陶瓷型由于显著降低的磨损量而得到越来越普遍的应用。采用的陶瓷材料主要是氧化铝陶瓷、氧化锆陶瓷、和氧化铝
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氧化锆陶瓷。
[0003]氧化锆陶瓷有三种晶相：单斜相、四方相和立方相。当四方相转变为单斜相时，不仅伴随着能量的消耗，而且伴随着3
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5％的体积膨胀。体积膨胀会导致压应力的产生。这种能量消耗和形成压应力的协同作用，有效地阻碍了裂纹的扩展，从而显著提高了氧化锆陶瓷的断裂韧性，使得四方相氧化锆陶瓷获得了“陶瓷钢”的美誉。
[0004]纯的氧化锆在1170℃以下时以单斜相存在，在1170～2370℃时以四方相形式存在，高于2370℃时以立方相形式存在。所以，人们为了在室温获得四方相氧化锆陶瓷，往往在氧化锆陶瓷中添加稳定剂，使得四方相能够保持到室温。常见的稳定剂有Y2O3、CeO2、MgO等。其中，Y2O3稳定的四方相氧化锆陶瓷(以下简称为“Y
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TZ”)，由于具有极高的断裂强度和断裂韧性，而得到了最广泛的应用。
[0005]随着科技的发展，人们进一步发现，现有的Y
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TZ四方相氧化锆陶瓷在100～400℃的水热环境下，会自发地转变成单斜相。这种自发相变不仅会导致氧化锆陶瓷中出现亚微米裂纹，而且由于相变伴随的3
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5％的体积变化，会导致氧化锆陶瓷的表面粗糙度发生改变。这一现象限制了3Y
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TZ四方相氧化锆陶瓷的进一步应用。
[0006]为了解决这一问题，以德国CeramTec公司为代表的研究人员研制了氧化铝
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氧化锆陶瓷，其中氧化锆作为次要成分，含量大约15wt％，既利用其相变增韧的优点，又利用主要成分——氧化铝基质的钉扎作用(力学方式)，防止氧化锆在水热环境中的自发相变。这种思路取得了一定的效果，但是临床经验表明，氧化锆的自发相变仍然存在。
[0007]本专利技术则另辟蹊径，通过在高温下向烧结致密的氧化锆陶瓷表面渗入玻璃至数微米的深度，将该深度内的氧化锆陶瓷中已有的裂纹、气孔和晶界封合，从而切断水进入氧化锆陶瓷内部的途径，阻止氧化锆陶瓷在水热环境下的自发相变，获得了在水热环境中具有优异耐久性的玻璃渗透氧化锆陶瓷。

技术实现思路

[0008]本专利技术涉及玻璃渗透氧化锆陶瓷的制备方法，包括：1)将氧化锆粉体在30～100MPa的压力下干压成型制成坯体，或者干压后在150～250MPa压力下冷等静压成型，制成坯体；2)将坯体放入空气气氛或真空气氛的烧结炉中，在1350～1500℃烧结1
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5小时，得到
致密的氧化锆陶瓷；3)将镧
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铝
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硅
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硼玻璃粉用水调成粉浆，均匀地涂覆在氧化锆陶瓷表面；4)将涂覆有玻璃粉浆的氧化锆陶瓷放入烧结炉中，于1100～1170℃保温1～4小时，得到玻璃渗透氧化锆陶瓷。
[0009]本专利技术进一步涉及玻璃渗透氧化锆陶瓷，包含在表面≤10微米深度，优选≤5微米深度，的玻璃渗透层。
[0010]根据本专利技术的实施方案，本专利技术的玻璃渗透氧化锆陶瓷中，氧化锆是含有2.0～4.0mol％，优选3.0mol％氧化钇(Y2O3)的四方相氧化锆，氧化锆的晶粒度≤0.5微米，优选≤0.4微米。
[0011]根据本专利技术的实施方案，本专利技术的玻璃渗透氧化锆陶瓷中，玻璃是熔点≤1200℃，优选≤1170℃的镧
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铝
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硅
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硼玻璃。
[0012]本专利技术还涉及由玻璃渗透氧化锆陶瓷制备的骨植入假体，包括髋关节假体、膝关节假体、肘关节假体、腕关节假体和踝关节假体等等。
[0013]本专利技术的玻璃渗透氧化锆陶瓷也可以用于其它工业用途。
[0014]在本申请中，氧化锆除了含有氧化钇以外，还可以含有0.15～0.5wt％的氧化铝，优选含有0.15～0.35％的氧化铝，更优选含有0.20～0.25wt％的氧化铝。
[0015]在自然界中，铪(Hf)和锆元素是以固溶体的形式存在，难以分离，所以在本申请中，“氧化锆(ZrO2)”中含有≤5wt％氧化铪。
[0016]在本申请中，“水热处理”是指在高压釜中在134
±
2℃的温度、0.2MPa的压力下暴露于水蒸气中，具体可以参见ISO 13356
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2015的第4.8小节。
[0017]在本申请中，“vol％”是指体积百分比，“wt％”是指质量百分比，“mol％”是指摩尔百分比。
[0018]在本申请中，采用X射线衍射分析(简称为“XRD”，Cukα，30KV，15mA)来确定晶相含量。所以，得到的晶相含量是指XRD分析中X射线所穿透的表层中的晶相含量。
[0019]在本申请中，室温是指
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20℃～40℃。
具体实施方式
[0020]通过以下实施例进一步具体地阐述本专利技术，但本专利技术不限于这些实施例。
[0021]实施例1a 制备氧化锆陶瓷
[0022]取市售的含有3mol％氧化钇的、平均粒度为50微米的四方相氧化锆造粒粉体200克，经50MPa压力下干压成型，然后在空气气氛的高温炉中以3℃/分的速率升温至1400℃并保温2小时。以1℃/分的速率冷却到300℃并炉冷到室温后，得到致密的氧化锆陶瓷。
[0023]X射线衍射分析该氧化锆陶瓷中，含有98.2vol％的四方相氧化锆和1.8vol％的单斜相氧化锆。
[0024]在SEM(扫描电子显微镜)下分析，该氧化锆陶瓷中氧化锆的晶粒度为0.31μm。在力学试验机进行四点抗弯强度测试，抗弯强度为1100MPa。
[0025]该氧化锆陶瓷经0.2MPa的压力于水蒸气134℃水热处理5小时后，其抗弯强度为1108MPa，氧化锆中单斜相和四方相氧化锆含量分别为2.9vol％和97.1vol％，单斜相含量略有增加。
[0026]该氧化锆陶瓷经0.2MPa的压力于水蒸气134℃水热处理10小时后，其抗弯强度为
1112MPa，单斜相氧化锆含量变为9.8vol％，四方相含量为90.2vol％。单斜相含量增加明显。
[0027]该氧化锆陶瓷经0.2MPa的压力于水蒸气134℃水热处理20小时后，其抗弯强度为1020MPa，氧化锆中单斜相含量变为21.8vol％，四方相含量变为78.2vol％。单斜相含量进一步明显增加。
[0028]实施例1b 制备氧化锆陶瓷
[0029]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.玻璃渗透氧化锆陶瓷的制备方法，包括：1)将氧化锆粉体压制成型，制成坯体；2)将坯体放入空气气氛或真空气氛的烧结炉中，在1350～1500℃烧结1～5小时，得到致密的氧化锆陶瓷；3)将镧
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铝
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硅
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硼玻璃粉用水调成粉浆，均匀地涂覆在氧化锆陶瓷表面；4)将涂覆有玻璃粉浆的氧化锆陶瓷放入烧结炉中，于1100～1170℃保温1～4小时，得到玻璃渗透氧化锆陶瓷。2.根据权利要求1的制备方法，其中所述压制成型为在30～100MPa的压力下干压后，再于150～250MPa压力下冷等静压成型。3.根据权利要求1的制备方法，其中所述氧化锆陶瓷含有2.0～4.0mol％氧化钇。4.根据权利要求3的制备方法，其中所述氧化锆陶瓷含有3.0mol％氧化钇。5.根据权利要求3的制备方法，其中所述氧化锆陶瓷还含有0.15～0.35wt％氧化铝。6.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹小刚，张琳，
申请(专利权)人：苏州宸泰医疗器械有限公司，
类型：发明
国别省市：