專利名稱：采用溶膠凝膠過程制備半透明陶瓷的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于陶瓷材料，尤其是致密的半透明生物陶瓷的制備方法技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
高致密度的陶瓷是陶瓷材料能夠獲得優(yōu)異力學(xué)性能的基本條件，在密度大于75% 的范圍內(nèi)，彈性模量與燒結(jié)密度呈線性關(guān)系。除了作為裝飾及建筑材料等用途外，在一些其他的特殊用途方面，致密的陶瓷也有很強(qiáng)的應(yīng)用性，比如致密的生物陶瓷顆粒幾乎是不被吸收的，也能防止骨質(zhì)吸收，可以用于口腔頌面外科，作為增高萎縮的牙槽脊，修復(fù)牙槽骨缺損及骨空腔的骨填充材料。當(dāng)致密度達(dá)到98%以上時，致密陶瓷制品就會成半透明甚至透明狀態(tài)，除了可以應(yīng)用于普通致密陶瓷的應(yīng)用領(lǐng)域外，還可以應(yīng)用于光學(xué)元件等領(lǐng)域。目前，半透明陶瓷一般都是通過高壓壓制之后再通過各種燒結(jié)方法(如等離子燒結(jié)，微波燒結(jié)，等靜壓燒結(jié)等)進(jìn)行燒結(jié)得到。這種方法不但需要高壓機(jī)等復(fù)雜的大型設(shè)備，生產(chǎn)成本較高，而且一般只能得到形狀簡單的塊材，難以制備出形狀復(fù)雜的半透明陶瓷。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于現(xiàn)有技術(shù)的以上缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種制備半透明陶瓷制品的方法，該種制備方法工藝簡單、操作方便，可制備復(fù)雜形狀的半透明陶瓷制品；制品的致密化程度高，強(qiáng)度硬度好，工藝過程引人雜質(zhì)少，尤其適用于生物陶瓷材料制品的制備。本發(fā)明的目的是通過如下的手段實現(xiàn)的。致密球形陶瓷顆粒制備方法，包括以下主要的工藝步驟(1)按3份重量的甲殼素、120 150份重量的微/納米陶瓷粉末以及500份重量的用于溶解甲殼素的含5% (重量)氯化鋰的N，N-二甲基乙酰胺溶劑配置成陶瓷粉末/甲殼素泥漿；(2)將(1)步制得的陶瓷粉末/甲殼素泥漿置入真空裝置中經(jīng)去氣處理后進(jìn)行后續(xù)工藝制備(或者倒入模具后再置入真空裝置中進(jìn)行去氣處理，然后通入含水分的空氣， 使含微/納米陶瓷粉末的泥漿在水分子的作用下發(fā)生原位凝膠化過程而固化賦形)，在水中充分清洗除去水溶性的溶劑等雜質(zhì)，經(jīng)干燥工藝(40°C)后得到含微/納米陶瓷粉末的甲殼素制品，用作供后續(xù)工藝用的初坯；(3)由⑵步制得的含微/納米陶瓷粉末的初坯，在300°C溫度下焙燒2小時進(jìn)行退火處理，隨后在i2oo°c下燒結(jié)池使坯體充分致密化。(4)將(3)制得的致密化陶瓷制品在1000°C，150MP條件下進(jìn)行池的熱等靜壓燒結(jié)得到半透明的陶瓷制品。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是(1)由于初始泥漿具有流動性，可以很好地填充到各種形狀復(fù)雜的模具中，因此可以得到各種形狀復(fù)雜的半透明陶瓷制品；(2)通過控制水分實現(xiàn)原味迅速凝膠化固形過程，不僅是陶瓷粉末均勻分散在甲殼素膠體中，而且很小比例的甲殼素(甲殼素濃度不大于1重量百分比)即可形成很好強(qiáng)度的高陶瓷粉末含量的初坯。
具體實施例方式下面結(jié)合實例對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述，以下敘述中，各物質(zhì)均為化學(xué)純等級。陶瓷粉末所用原料為粒徑小于10微米的陶瓷(如微/納米級的羥基磷灰石、磷酸三鈣、雙相磷酸鈣)。去氣處理采用真空度為KT1Mpa以下條件下去氣10分鐘。實施例一(1)取5g氯化鋰溶于IOOml N, N-二甲基乙酰胺中，加入0. 6g甲殼素，充分溶解后形成溶膠，然后加入24g微/納米羥基磷灰石粉末，磁力攪拌3天使其分散均勻。(2)將上述混合體經(jīng)在真空裝置中進(jìn)行去氣處理后迅速加入到液體石蠟中，攪拌形成球形顆粒后加入200ml的去離子水，攪拌30分鐘后靜置至各相分離，濾出石蠟，加去離子水洗滌清除剩余石蠟及其他水溶性雜質(zhì)。經(jīng)40°C干燥后得到含微/納米羥基磷灰石粉末的顆粒初坯。(3)初坯即含羥基磷灰石漿料的甲殼素球形顆粒在300°C下焙燒2小時退除應(yīng)力， 隨后在箱式爐1200°C條件下燒結(jié)2小時，隨爐降溫得到結(jié)構(gòu)致密的球形羥基磷灰石顆粒生物陶瓷材料制品。(4)將致密的球狀羥基磷灰石顆粒在1000°C，150MPa條件下進(jìn)行熱等靜壓處理池，得到半透明球狀羥基磷灰石顆粒。實施例二(1)取5g氯化鋰溶于IOOml N, N-二甲基乙酰胺中，加入0. 6g甲殼素，充分溶解后形成溶膠，然后加入28g微/納米羥基磷灰石粉末，磁力攪拌3天使其分散均勻。(2)將上述混合體經(jīng)在真空裝置中進(jìn)行去氣處理后迅速加入到液體石蠟中，攪拌形成球形顆粒后加入200ml的去離子水，攪拌30分鐘后靜置至各相分離，濾出石蠟，加去離子水洗滌清除剩余石蠟及其他水溶性雜質(zhì)。經(jīng)40°C干燥后得到含微/納米羥基磷灰石粉末的顆粒初坯。(3)初坯即含羥基磷灰石漿料的甲殼素球形顆粒在300°C下焙燒2小時退除應(yīng)力， 隨后在箱式爐1200°C條件下燒結(jié)2小時，隨爐降溫得到結(jié)構(gòu)致密的球形羥基磷灰石顆粒生物陶瓷材料制品。(4)將致密的球狀羥基磷灰石顆粒在1000°C，150MPa條件下進(jìn)行熱等靜壓處理池，得到半透明球狀羥基磷灰石顆粒。實施例三(1)取5g氯化鋰溶于IOOml N, N-二甲基乙酰胺中，加入0. 6g甲殼素，充分溶解后形成溶膠，然后加入24g微/納米羥基磷灰石粉末，磁力攪拌3天使其分散均勻。(2)將上述混合體經(jīng)在真空裝置中進(jìn)行去氣處理后使用注射裝置將混合體噴入去離子水中，加去離子水洗滌清除水溶性雜質(zhì)。經(jīng)40°C干燥后得到含微/納米羥基磷灰石粉末的纖維初坯。(3)初坯即含羥基磷灰石漿料的甲殼素纖維在300°C下焙燒2小時退除應(yīng)力，隨后在箱式爐1200°C條件下燒結(jié)2小時，隨爐降溫得到結(jié)構(gòu)致密的纖維狀羥基磷灰石生物陶瓷材料制品。
(4)將致密的羥基磷灰石纖維在1000°C，150MPa條件下進(jìn)行熱等靜壓處理池，得到半透明羥基磷灰石纖維。實施例四(1)取5g氯化鋰溶于IOOml N, N-二甲基乙酰胺中，加入0. 6g甲殼素，充分溶解后形成溶膠，然后加入24g微/納米磷酸三鈣粉末，磁力攪拌3天使其分散均勻。(2)將上述混合體經(jīng)在真空裝置中進(jìn)行去氣處理后迅速加入到液體石蠟中，攪拌形成球形顆粒后加入200ml的去離子水，攪拌30分鐘后靜置至各相分離，濾出石蠟，加去離子水洗滌清除剩余石蠟及其他水溶性雜質(zhì)。經(jīng)40°C干燥后得到含微/納米磷酸三鈣粉末的顆粒初坯。(3)初坯即含羥基磷灰石漿料的甲殼素球形顆粒在300°C下焙燒2小時退除應(yīng)力， 隨后在箱式爐1200°C條件下燒結(jié)2小時，隨爐降溫得到結(jié)構(gòu)致密的球形磷酸三鈣顆粒生物陶瓷材料制品。(4)將致密的球狀磷酸三鈣顆粒在1000°C，150MPa條件下進(jìn)行熱等靜壓處理2h， 得到半透明球狀磷酸三鈣顆粒。實施例五(1)取5g氯化鋰溶于IOOml N, N-二甲基乙酰胺中，加入0. 6g甲殼素，充分溶解后形成溶膠，然后加入24g微/納米磷酸三鈣粉末，磁力攪拌3天使其分散均勻。(2)將上述混合體經(jīng)在真空裝置中進(jìn)行去氣處理后使用注射裝置將混合體噴入去離子水中，加去離子水洗滌清除水溶性雜質(zhì)。經(jīng)40°C干燥后得到含微/納米磷酸三鈣粉末的纖維初坯。(3)初坯即含羥基磷灰石漿料的甲殼素纖維在300°C下焙燒2小時退除應(yīng)力，隨后在箱式爐1200°C條件下燒結(jié)2小時，隨爐降溫得到結(jié)構(gòu)致密的纖維狀磷酸三鈣生物陶瓷材料制品。(4)將致密的磷酸三鈣纖維在1000°C，150MPa條件下進(jìn)行熱等靜壓處理池，得到半透明磷酸三鈣纖維。實施例六(1)取5g氯化鋰溶于IOOml N，N-二甲基乙酰胺中，加入0. 6g甲殼素，充分溶解后形成溶膠，然后加入Mg微/納米級的雙相磷酸鈣(羥基磷灰石與磷酸三鈣質(zhì)量比為1 1) 粉末，磁力攪拌3天使其分散均勻。(2)將上述混合體倒入可拆卸的U形管中，然后置入真空裝置中進(jìn)行去氣處理后通入含水分的空氣，加去離子水洗滌清除水溶性雜質(zhì)。經(jīng)40°C干燥后，拆除模具得到含微/ 納米雙相磷酸鈣粉末的U形初坯。(3)初坯即含羥基磷灰石漿料的甲殼素纖維在300°C下焙燒2小時退除應(yīng)力，隨后在箱式爐1200°C條件下燒結(jié)2小時，隨爐降溫得到結(jié)構(gòu)致密的U型雙相磷酸鈣生物陶瓷材料制品。(4)將致密的U型雙相磷酸鈣樣品在1000°C，150MPa條件下進(jìn)行熱等靜壓處理池，得到半透明U型雙相磷酸鈣制品。與傳統(tǒng)的陶瓷工藝法相比，本發(fā)明比較容易成型，可用于各種形狀復(fù)雜的半透明陶瓷的制備，而且無需高壓機(jī)等復(fù)雜的大型設(shè)備，只要簡單的裝置即可。另外，由于避免了容易污染產(chǎn)品高壓壓制等工藝過程，使產(chǎn)品的純度也容易得到保證。總之，本發(fā)明中的陶瓷粉末，指一切粒子小于10微米的陶瓷粉末。本發(fā)明制得半透明陶瓷制品致密度大于98%，可廣泛應(yīng)用于人體顱骨、鞍鼻、頌骨等骨骼部位的填充修復(fù)以及裝飾、建筑材料等。
權(quán)利要求
1.采用溶膠凝膠過程制備半透明陶瓷的方法，主要用于制備人體組織修復(fù)材料、人體組織填充材料、裝飾材料等，包括以下主要的工藝步驟(1)按3份重量的甲殼素、120 150份重量的微/納米陶瓷粉末以及500份重量的用于溶解甲殼素的含5%重量份氯化鋰的N，N-二甲基乙酰胺溶劑配置成陶瓷粉末/甲殼素泥漿；(2)將(1)步制得的陶瓷粉末/甲殼素泥漿置入真空裝置中經(jīng)去氣處理后進(jìn)行后續(xù)工藝在水中充分清洗除去水溶性的溶劑等雜質(zhì)，經(jīng)干燥后得到含微/納米陶瓷粉末的甲殼素制品，用作供后續(xù)工藝用的初坯；(3)由( 步制得的含微/納米陶瓷粉末的初坯，退火處理后在1200°C下燒結(jié)池使坯體充分致密化；(4)將⑶制得的致密化陶瓷制品在1000°C，150MP條件下進(jìn)行池的熱等靜壓燒結(jié)得到目標(biāo)半透明的陶瓷制品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述之采用溶膠凝膠過程制備半透明陶瓷的方法，其特征在于，所述陶瓷漿料所用原料為粒徑小于10微米的微/納米級陶瓷粉末。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述之采用溶膠凝膠過程制備半透明陶瓷的方法，其特征在于，所述去氣處理為真空度為IO-IMPa以下條件下去氣10分鐘。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述之采用溶膠凝膠過程制備半透明陶瓷的方法，其特征在于，所述退火處理在300°C溫度下焙燒2小時。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述之采用溶膠凝膠過程制備半透明陶瓷的方法，其特征在于，在常壓下高溫?zé)Y(jié)后進(jìn)行熱等靜壓處理。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述之采用溶膠凝膠過程制備半透明陶瓷的方法，其特征在于，在所述步驟( 中采用陶瓷粉末/甲殼素泥漿倒入模具后再置入真空裝置中進(jìn)行去氣處理， 然后通入含水分的空氣，使含納米陶瓷粉末的泥漿在水分子的作用下發(fā)生原位凝膠化過程而固化賦形；然后再進(jìn)行所述后續(xù)工藝。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種采用溶膠凝膠過程制備半透明陶瓷的方法，主要用于制備人體組織修復(fù)材料、人體組織填充材料、裝飾材料等，包括以下主要的工藝步驟3份重量的甲殼素、120～150份重量的微/納米陶瓷粉末以及500份重量的用于溶解甲殼素的含5％重量份氯化鋰的N，N-二甲基乙酰胺溶劑配置成陶瓷粉末/甲殼素泥漿；填入模具經(jīng)去氣處理后通入含水空氣使泥漿發(fā)生原位凝膠化過程而固化賦形，濾除雜質(zhì)后獲得凝膠狀初坯，然后經(jīng)干燥、退火處理以及高溫?zé)Y(jié)制得致密陶瓷制品，再經(jīng)熱等靜壓工藝即獲得半透明陶瓷制品。本發(fā)明可制備復(fù)雜形態(tài)半透明陶瓷制品，易于成型，產(chǎn)品致密度和強(qiáng)度高且無需高壓機(jī)等復(fù)雜的大型設(shè)備。
文檔編號C04B35/624GK102503401SQ20111032541
公開日2012年6月20日 申請日期2011年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月24日
發(fā)明者智偉, 朱德貴, 李金雨, 段可, 汪建新, 羅會濤, 翁杰 申請人:西南交通大學(xué)