玻璃陶瓷及其制备方法技术

本发明专利技术公开了玻璃陶瓷，其包含Al2O3和稀土氧化物、氧化钇和/或碱土氧化物。所述玻璃陶瓷的用途包括牙科制品、矫正器具、磨粒、切割工具、红外窗和陶瓷轴承。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关专利申请的交叉引用本专利申请要求2011年6月28日提交的美国临时专利申请第61/502172号的权益，该专利申请的公开内容以引用方式全文并入本文。
技术介绍
虽然性能和耐久性是例如牙科置换和修补工作高度需要的特性，但它们不单是医生和患者的唯一关注点。美学价值或者牙科材料和制品以及矫正器具在口内看起来也是同样可取的。例如，在其中量身定制更换牙或修复体以匹配在牙结构中或上的假牙修制术和修复牙科学中，存在其中在口张开时可从短距离外看到修复或修补的情况。因此在这些情况下，牙科材料与相邻的牙结构几乎没有区别是高度需要的。装补学和修复牙科学涵盖例如修复体、更换牙、镶嵌物、高嵌体、镶面、全牙冠和部分牙冠、牙桥、植入物和牙桩的制造和安装。用来制作牙科假体的常规材料包括金、陶瓷、汞合金、瓷和复合材料。在美学价值方面，据认为，瓷、复合材料和陶瓷看起来比汞合金和金属要好，因为自这些非金属制得的修复体更好地与相邻天然牙的颜色匹配或交融。对于矫正器具(通常是托架，其为用于固定曲弓丝的小开槽体；和相关的牙带，如果使用了带状附接的话)，不锈钢为理想的材料，因为其坚固、不吸收、可焊接并且较容易成形和加工。然而，金属器具的一个显著缺点涉及患者微笑时的美容学外观。经历正畸治疗的成人和大龄儿童常因金属带和托架的“金属笑容”外观而困窘，近年来，该问题已导致各种改进。—个改进领域涉及到使用非金属材料。塑料和陶瓷材料二者均在口中呈现出改进的外观，并且通常唯一显著可见的金属部件是美容上可接受的细弓丝。塑料不是理想的材料，因为其缺乏金属的结构强度并且易于发生染色及其它问题。陶瓷如蓝宝石或其它透明结晶材料具有不期望的棱镜效果。另外，单晶氧化铝器具在正畸治疗过程中发生的载荷下将发生开裂。其它陶瓷在很大程度上不透明，使得它们或与牙齿颜色不匹配或需要着色。玻璃和玻璃陶瓷也已被用于牙科置换和修补工作。成型牙科产品的制造中采用的二硅酸锂基玻璃陶瓷是已知的。例如，一些组合物基于的是SiO2 (57-80重量％)和Li2O(11-19重量％)以及微量A1203、La203、MgO, ZnO, K2O, P2O5和其它材料。其它实例为可模制的陶瓷-玻璃组合物，其包含50-99重量份的氧化铝和/或氧化锆粉和I至50重量份的玻璃粉。陶瓷的数字化加工(通常称为CAD/CAM铣削)是用于产生可用牙科形状的一种方法。然而，由于刀具迅速磨损，故要把完全致密化的结构陶瓷如Al2O3和ZrO2加工成复杂的牙科几何形状将是困难的。为此，已开发出涉及加工生坯陶瓷体的方法(例如，可例如以商品名“LAVA”得自明尼苏达州圣保罗的3M公司(3M Company, St.Paul, MN))。
技术实现思路
在一个方面，本专利技术描述了第一玻璃陶瓷，其包含基于所述玻璃陶瓷的总重量计至少20(在一些实施例中，至少25、30、35、40、45、50或甚至至少55 ;在一些实施例中，在20至60、25至60、30至60、35至60、40至60或甚至25至45的范围内)重量％的氧化铝和总共至少15 (在一些实施例中，至少20、25、30、35、40、45、50或甚至至少55 ;在一些实施例中，在15至60、20至60、25至60、30至60、35至60、40至60或甚至40至50的范围内)重量％的稀土氧化物、氧化钇和碱土氧化物(在一些实施例中包含(a)零碱土氧化物和总共至少15重量％的稀土氧化物和氧化钇(理解为指在一些实施例中可有至少15重量％的稀土氧化物和零氧化钇，反之亦然);或(b)至少15%的碱土氧化物和总共为零的稀土氧化物和氧化宇乙)，其中所述稀土选自La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd以及它们的组合,其中所述碱土氧化物选自BaO、CaO、SrO, MgO以及它们的组合，其中氧化铝与总共的稀土氧化物、氧化钇和碱土氧化物的摩尔比为最高3.2(在一些实施例中，最高3.1、3、2.9,2.8,2.7,2.6,2.5,2.4或甚至最高2.3 ;在一些实施例中，在I至3.2、1.2至3.2、1.5至3.2、2至3或甚至2.3至2.9的范围内)，并且其中所述玻璃陶瓷具有在8GPa至12GPa (在一些实施例中，8GPa至IlGPa)的范围内的平均硬度和至少500MPa (在一些实施例中，至少550MPa、600MPa、650MPa、700MPa、750MPa、lGPa、l.25GPa、l.5GPa、l.75GPa、2GPa、2.25GPa 或甚至至少 2.5GPa)的平均弯曲强度。在一些实施例中，对于所述第一玻璃陶瓷，基于所述玻璃陶瓷的总体积，所述氧化铝和稀土氧化物中的至少一部分以至少20 (在一些实施例中，至少25、30、35、40、45、50或甚至至少55 ;在一些实施例中，在20至60、30至60或甚至40至60的范围内)体积％的ReAlO3存在，其中Re选自La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd以及它们的组合。在另一方面，本专利技术描述了第二玻璃陶瓷，其包含基于所述玻璃陶瓷的总重量计至少20(在一些实施例中，至少25、30、35、40、45、50或甚至至少55 ;在一些实施例中，在20至60、25至60、30至60、35至60、40至60或甚至25至45的范围内)重量％的氧化铝和至少15 (在一些实施例中，至少20、25、30、35、40、45、50或甚至至少55 ;在一些实施例中，在15至60、20至60、25至60、30至60、35至60、40至60或甚至40至50的范围内)重量％的稀土氧化物，其中所述稀土选自La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd以及它们的组合,其中氧化招与稀土氧化物的摩尔比为最高3.2 (在一些实施例中，最高3.1、3、2.9,2.8,2.7,2.6,2.5,2.4或甚至最高2.3 ;在一些实施例中，在2至3.2、2至3或甚至2.3至2.9的范围内)，其中所述氧化铝和稀土氧化物中的至少一部分以至少30 (在一些实施例中，至少35、40、45、50或甚至至少55 ;在一些实施例中，在30至60、35至60或甚至40至60的范围内)体积％的ReAlO3存在，其中Re选自La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd以及它们的组合，并且其中所述玻璃陶瓷具有至少1.5GPa(至少在一些实施例中至少1.75GPa、2GPa、2.25GPa或甚至至少2.5GPa)的平均弯曲强度。在一些实施例中，所述第二玻璃陶瓷具有在8GPa至12GPa (在一些实施例中，8GPa至IlGPa)的范围内的平均硬度。在一些实施例中，所述玻璃陶瓷还包含例如最高15重量％的选自BaO、CaO、SrO, MgO以及它们的组合的碱土氧化物。在一些实施例中，本文所述的玻璃陶瓷是光学半透明的。在本专利申请中:“无定形材料”指源自熔体和/或蒸汽相的材料，如通过X-射线衍射测定，其无任何长程晶体结构，和/或如通过DTA (差热分析)测定，如通过本文中所述的标题为“差热分析”的试验测定， 其具有与无定形材料的结晶对应的放热峰；“陶瓷”包括无定形材料、玻璃、结晶陶瓷、玻璃陶瓷以及它们的组合；“复合金属氧化物”指包含两种或更多种不同金属元素和氧的金属氧化物(例如，CeAl11O18 和 Dy3Al5O12 以及 Y本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种玻璃陶瓷，包含基于所述玻璃陶瓷的总重量计至少20重量%的氧化铝和总共至少15重量%的稀土氧化物、氧化钇和碱土氧化物，其中所述稀土选自La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd以及它们的组合，其中所述碱土氧化物选自BaO、CaO、SrO、MgO以及它们的组合，其中所述氧化铝与所述总共的稀土氧化物、氧化钇和碱土氧化物的摩尔比为最高3.2，并且其中所述玻璃陶瓷具有在8GPa至12GPa的范围内的平均硬度和至少500的平均弯曲强度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.06.28 US 61/502,1721.一种玻璃陶瓷，包含基于所述玻璃陶瓷的总重量计至少20重量％的氧化铝和总共至少15重量％的稀土氧化物、氧化钇和碱土氧化物，其中所述稀土选自La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu,Gd以及它们的组合，其中所述碱土氧化物选自BaO、CaO、SrO、MgO以及它们的组合，其中所述氧化铝与所述总共的稀土氧化物、氧化钇和碱土氧化物的摩尔比为最高3.2，并且其中所述玻璃陶瓷具有在8GPa至12GPa的范围内的平均硬度和至少500的平均弯曲强度。2.根据权利要求1所述的玻璃陶瓷，其中基于所述玻璃陶瓷的总体积，所述氧化铝和稀土氧化物中的至少一部分以至少20体积％的ReAlO3存在，并且其中Re选自La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd以及它们的组合。3.根据权利要求1或2所述的玻璃陶瓷，所述玻璃陶瓷是光学半透明的。4.根据前述权利要求中任一项所述的玻璃陶瓷，还包含基于所述玻璃陶瓷的总重量计总共至少5重量％的氧化锆或二氧化铪中的至少一者，其中氧化铝与所述总共的稀土氧化物、氧化钇和碱土氧化物的摩尔比为最高3。5.根据前述权利要求中任一项所述的玻璃陶瓷，其中所述玻璃陶瓷为牙科制品。6.一种制备权利要求1至4中任一项所述的玻璃陶瓷的方法，所述方法包括对玻璃进行热处理从而得到所述玻璃陶瓷，所述玻璃具有Tx，并且所述玻璃包含基于所述玻璃陶瓷的总重量计至少20重量％的氧化铝和总共至少15重量％的稀土氧化物、氧化钇和碱土氧化物，其中所述稀土选自La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd以及它们的...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·Z·罗森弗兰兹，J·A·谭格曼，
申请(专利权)人：三M创新有限公司，
类型：
国别省市：