專利名稱：一種牙科氧化鋯/白榴石復合烤瓷粉及其制備方法
技術領域：
本發明涉及一種新型氧化鋯/白榴石復合陶瓷及其制備方法，主要應用于牙科烤瓷修復領域。
背景技術：
牙科烤瓷材料自臨床應用以來，由于其具有良好的生物相容性、耐磨耐腐蝕性以及色澤 自然、逼真等優點，已成為治療牙缺失的最主要方法。其中應用最廣泛的金屬基烤瓷材料是 高溫烤燒制成的金屬和陶瓷材料的復合體，這種材料既具有金屬材料強度和韌性高、邊緣密 合好等特點，又具有陶瓷色澤逼真、耐腐蝕和耐磨損性好、自潔作用強等優點，是臨床上修 復牙體、牙列缺陷常用和理想的修復材料。但是，我國目前所用烤瓷材料大多依靠國外進口， 其原因在于國產烤瓷粉與金屬基底不匹配，包括烤瓷粉的力學性能、熱膨脹系數、金-瓷結合 力和色澤等方面。
普通陶瓷存在脆性大(易產生裂紋)、韌性強度不高、均勻性差等缺點。其熱膨脹系數 一般都小于9xlO—6/K，而我國應用最為廣泛的鎳鉻合金的熱膨脹系數約為(13 14)xlO力K， 二者差異很大。因此，必須要加入具有優良力學性能且與金屬基底相匹配的高熱膨脹系數的 材料來改性現有烤瓷粉。使烤瓷粉在力學性能、生物相容性、顏色、烤瓷溫度等方面滿足要 求。 一般而言，烤瓷材料與其它陶瓷材料類似。所含的助熔成分越少，烤瓷溫度越高，其強 度和韌性也就越好。另一方面，烤瓷材料的金屬基體要求烤瓷溫度越低越好，這樣可以避免 或減少佘屬基體在烤瓷時的變形和氧化，如果僅僅靠增加助熔成分來降低烤瓷材料的烤瓷溫 度，則烤瓷材料的力學性能又不能很好地滿足使用要求。
白榴石存在兩種晶型，高溫立方晶型和低溫四方晶型。其中，低溫四方相有較高的熱膨 脹系數((20-30)xl0勺K)。同時，白榴石具有良好的力學性能，而且在冷卻過程中，白榴石晶 體從立方相向四方相的晶型轉變，伴隨有12%的體積收縮，這會導致瓷層承受壓應力，有利 于金-瓷結合。另外，氧化鋯屬于生物惰性材料，不會與生物組織和口腔分泌物反應，具有很 好的生物相容性，在口腔內能穩定存在，不釋放有害雜質，并且不降解。氧化鋯還具有優異 的機械性能(彎曲強度可達1000MPa，斷裂韌性達15MPa)和美觀性。因此，本發明添加納米氧化鋯粉體，通過氧化鋯良好的生物相容性和強度，加入到牙科烤瓷材料中能夠起到增強 增韌的效果，可以使牙科烤瓷材料的烤瓷溫度降低，強度和韌性增加，并能降低金屬基和烤 瓷層的熱應力，減少金屬基體的變形和氧化。同時利用白榴石的高熱膨脹和氧化鋯的低熱膨 脹系數來調節烤瓷材料的熱膨脹系數，提高烤瓷材料的力學性能的同時降低烤瓷溫度。
發明內容
本發明的目的旨在克服目前牙科長石質生物陶瓷材料的不足，通過在原料中添加一定量 的納米四方氧化鋯一次性合成一種晶粒分布均勻、性能優良的氧化鋯/白榴石復合烤瓷粉。
本發明選用優質鉀長石、碳酸鉀和納米四方氧化鋯為原料，其質量百分組成為鉀長石 65 75%、碳酸鉀15 25%和納米氧化鋯2 15% 。其制備方法包括以下幾個步驟
a、 分別稱取優質鉀長石、碳酸鉀和納米氧化鋯等原料，以無水乙醇為球磨介質，原料 與無水乙醇的質量比值為1 2，混合置于球磨機中球磨時間為5 10小時；
b、 原料球磨干燥后，放入剛玉坩堝中煅燒，以5 8。C/min升溫到800 90(TC，然后以 2 4'C/min升溫到1000°C 1300°C，保溫時間為30 90min，自然冷卻得烤瓷塊。
c、 把烤瓷塊進行粉碎球磨24 36小時，分級過篩，制成平均粒度為10 30pm的牙用 氧化鋯/白榴石復合烤瓷粉。
本發明與現有的技術相比，具有如下優點和效果
(1) 通過配方設計，采用一次燒結合成工藝，減少了烤瓷材料合成工藝程序。
(2) 本發明采用鉀長石、碳酸鉀、納米四方氧化鋯為原料， 一次性合成氧化鋯/白榴石 復合烤瓷粉，其熱膨脹系數為(12 16)xlO力K、抗彎強度為90 130MPa。這種烤瓷粉的掃 描電鏡圖(SEM)如下，其中氧化鋯和白榴石晶相分布均勻，通過氧化鋯的增強增韌的作用， 提高烤瓷粉的力學性能和金-瓷匹配性。
圖1:氧化鋯/白榴石復合烤瓷粉實施例1#的掃描電鏡照片實施例1
(1) 將73g優質鉀長石、20g碳酸鉀和7g納米四方氧化鋯放入球磨罐中，加入乙醇和球磨 子，放入行星球磨機中球磨5h;
(2) 將經過步驟(1)的粉料放入烘箱中干燥6h，球磨后過篩；
(3) 將步驟(2)的粉料放入剛玉坩堝中，把坩堝放入高溫電阻爐中以6'C/min升到90(TC， 然后以4°C/min升到1 IOO'C,保溫60min，自然冷卻得瓷塊；
(4) 把步驟(3)中的瓷塊搗碎后放入瑪瑙球磨罐中，加入乙醇和球磨子，放入行星球磨機 中球磨24h得瓷粉；
(5) 取出步驟(4)中的瓷粉在研缽中研磨、過篩得到烤瓷粉。
(6) 通過測試該磁粉的相關性能，得到其平均粒徑為20pm、熱膨脹系數為14.5xlO—6/K、抗 彎強度為112MPa。
實施例2
(1) 將73g優質鉀長石、20g碳酸鉀和7g納米四方氧化鋯放入球磨罐中，加入乙醇和球磨 子，放入行星球磨機中球磨5h;
(2) 將經過步驟(1)的粉料放入烘箱中干燥6h，球磨后過篩；
(3) 將步驟(2)的粉料放入剛玉坩堝中，把坩堝放入高溫電阻爐中以6。C/min升到90(TC， 然后以4°C/min升到120(TC ，保溫60min，自然冷卻得瓷塊；
(4) 把步驟(3)中的瓷塊搗碎后放入瑪瑙球磨罐中，加入乙醇和球磨子，放入行星球磨機 中球磨24h得瓷粉；
(5) 取出步驟(4)中的瓷粉在研缽中研磨、過篩得到烤瓷粉。
(6) 通過測試該磁粉的相關性能，得到其平均粒徑為2(Vm、熱膨脹系數為15xlO勺K、抗 彎強度為124MPa。
實施例3
(1) 將73g優質鉀長石、20g碳酸鉀和7g納米四方氧化鋯放入球磨罐中，加入乙醇和球磨 子，放入行星球磨機中球磨5h;
(2) 將經過步驟(1)的粉料放入烘箱中干燥6h，球磨后過篩；
(3) 將步驟(2)的粉料放入剛玉坩堝中，把坩堝放入高溫電阻爐中以6。C/min升到90(TC，然后以4°C/min升到1300°C ，保溫60min，自然冷卻得瓷塊；(4) 把步驟(3)中的瓷塊搗碎后放入瑪瑙球磨罐中，加入乙醇和球磨子，放入行星球磨機 中球磨24h得瓷粉；(5) 取出步驟(4)中的瓷粉在研缽中研磨、過篩得到平均粒徑為30pm的烤瓷粉。(6) 通過測試該磁粉的相關性能，得到其平均粒徑為20pm，熱膨脹系數為13xlO力K、抗 彎強度為93MPa。
權利要求
1、一種牙用氧化鋯/白榴石復合烤瓷粉，其特征在于包括有質量百分比為50～60％SiO2，10～20％Al2O3，16～30％K2O，2～5％Na2O，2～15％ZrO2；這種烤瓷粉的熱膨脹系數為(12～16)×10-6/K、抗彎強度為90～130MPa。
2、 牙用氧化鋯/白榴石基烤瓷粉的制備方法，其特征在于包括以下幾個步驟(1) 選用一級礦物鉀長石粉，氧化物的質量百分比Si02為65 70%，八1203為15 25%，K20為8 13%， Na20為2 4%;(2) 以鉀長石為65 75%、碳酸鉀為15 25%和納米四方氧化鋯為2 15%的質量百分比進行配料，以無水乙醇為球磨介質，配料與球磨介質的質量比值為1 2，混合原料置于球 磨機中，球磨時間為5 10小時；(3) 粉料球磨干燥后，放入剛玉坩堝中煅燒，煅燒制度為先以5 8"C/min升溫到800 900°C，然后，以2 4。C/min升溫到1000。C 1300。C，保溫時間為30 90min，自然冷卻， 破碎球磨，分級過篩，即得到粒徑為10 30pm的牙用氧化鋯/白榴石復合烤瓷粉。
全文摘要
本發明涉及了一種牙用氧化鋯/白榴石復合烤瓷粉及其制備方法。該材料的各組分包括SiO<sub>2</sub>為50～60％，Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>為10～20％，K<sub>2</sub>O為16～30％，Na<sub>2</sub>O為2～5％，ZrO<sub>2</sub>為2～15％。該材料的制備方法為選用一級礦物鉀長石粉，加入一定量的碳酸鉀和納米四方氧化鋯粉體與乙醇在球磨機中混合均勻，經干燥得到原料粉；把原料粉放在剛玉坩堝中于1000～1300℃煅燒，保溫時間為30～90min，自然冷卻，球磨粉碎后即得到粒徑為10～30μm的氧化鋯/白榴石復合烤瓷粉。這種烤瓷粉中氧化鋯和白榴石晶相分布均勻，其熱膨脹系數為(12～16)×10<sup>-6</sup>/K，抗彎強度為90～130MPa，且具有遮色性能好，斷裂韌性高等特點，為口腔烤瓷修復的臨床應用打下基礎。
文檔編號A61K6/02GK101229100SQ200810044838
公開日2008年7月30日 申請日期2008年2月27日 優先權日2008年2月27日
發明者姚亞東, 尹光福, 明 康, 康云清, 廖曉明, 肖守春, 堃 陳, 黃忠兵 申請人:四川大學