CN103263302B - 口腔正畸用的高透明陶瓷托槽制备方法 - Google Patents

Abstract

口腔正畸用的高透明陶瓷托槽，包括底板及底板上设置的槽翼、槽沟和结扎翼沟，所述陶瓷托槽为钇铝石榴石陶瓷托槽、镁铝尖晶石陶瓷托槽或尖晶石型氮氧化铝陶瓷托槽，其直线透过率大于70%。上述高透明陶瓷托槽的制备方法：（1）制备浆料：原料为透明陶瓷粉体、复合烧结助剂、聚丙烯酸和去离子水，复合烧结助剂为所述透明陶瓷粉体重量的0.1%～0.6%，聚丙烯酸为所述透明陶瓷粉体重量的1%～5%，透明陶瓷粉体、复合烧结助剂、聚丙烯酸的总重量与去离子水重量之比为1:4～8，以Al₂O₃球为球磨介质，球磨时间为24～48小时；所述透明陶瓷粉体为钇铝石榴石陶瓷粉体、镁铝尖晶石陶瓷粉体或尖晶石型氮氧化铝陶瓷粉体；（2）成型与素坯处理；（3）烧结。<!--1-->

Description

口腔正畸用的高透明陶瓷托槽制备方法

技术领域

本发明涉及口腔正畸技术所使用的陶瓷托槽及其制备方法。

背景技术

托槽是口腔正畸技术中必须使用的一种器件，理想的托槽不仅应具有生物相容性，高的强度和耐磨性，而且应与人的牙齿色泽匹配。陶瓷托槽在颜色、色泽、耐磨性和生物相容性等方面具有其它材料托槽无法比拟的优势，自1986年陶瓷托槽被引入口腔正畸领域后，多种类型的陶瓷托槽广泛用于正畸临床。目前牙齿正畸陶瓷托槽主要用Al₂O₃陶瓷或ZrO₂陶瓷制备。由于Al₂O₃和ZrO₂材料结构的各向异性等因素，使得这类陶瓷托槽很难做到高透明，因此在牙齿正畸的临床过程中不得不考虑托槽和牙齿色泽的匹配问题。但由于每个人的牙齿都不尽相同，因而由这些材料制作的托槽难于达到和患者牙齿色泽完全匹配。

中国专利ZL03234387.6公开了一种“口腔用的正畸托槽”，所述托槽采用含量在95% 以上的高纯度Al₂O₃陶瓷或ZrO₂陶瓷加微量的色料制备而成，通过色料的调配达到与人牙色泽接近。中国专利ZL200510035081.X公开了一种“透明氧化铝托槽及其制备方法”，所述Al₂O₃陶瓷托槽的三点弯曲强度虽然较高，但直线透光率为10～70%，其透明度需进一步提高。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种口腔正畸用的高透明陶瓷托槽及其制备方法，以在满足强度和耐磨性的基础上进一步提高陶瓷托槽的透明度。

本发明所述口腔正畸用的高透明陶瓷托槽，包括底板及底板上设置的槽翼、槽沟和结扎翼沟，所述陶瓷托槽为钇铝石榴石陶瓷托槽、镁铝尖晶石陶瓷托槽或尖晶石型氮氧化铝陶瓷托槽，其直线透过率大于70%。

上述口腔正畸用的高透明陶瓷托槽，所述钇铝石榴石陶瓷托槽的平均晶粒尺寸为2微米～4微米，所述镁铝尖晶石陶瓷托槽的平均晶粒尺寸为2微米～4微米，所述尖晶石型氮氧化铝陶瓷托槽的平均晶粒尺寸为80微米～90微米。

本发明所述口腔正畸用的高透明陶瓷托槽制备方法，工艺步骤依次如下：

（1）制备浆料

原料为纯度≥99.0%的透明陶瓷粉体、复合烧结助剂、聚丙烯酸和去离子水，复合烧结助剂为所述透明陶瓷粉体重量的0.1%～0.6%，聚丙烯酸为所述透明陶瓷粉体重量的1%～5%，透明陶瓷粉体、复合烧结助剂、聚丙烯酸的总重量与去离子水重量之比为1︰4～8，

采用球磨法制备浆料，球磨介质为Al₂O₃球，透明陶瓷粉体、复合烧结助剂、聚丙烯酸的总重量与Al₂O₃球重量之比为1︰2～4，球磨时间为24小时～48小时，

所述透明陶瓷粉体为钇铝石榴石陶瓷粉体、镁铝尖晶石陶瓷粉体或尖晶石型氮氧化铝陶瓷粉体；

（2）成型与素坯处理

将步骤（1）制备的浆料通过石膏托槽模具形成托槽素坯，然后将托槽素坯从所述模具中取出，经干燥、排除残留有机物后装入密封袋抽真空并密封后进行冷等静压，所述冷等静压的压力为30MPa～50MPa，保压时间为3分钟～10分钟；

（3）烧结

将冷等静压后的托槽素坯在真空条件或氮气氛围下于1700℃～1900℃保温3小时～5小时，然后降温至1400℃～1700℃保温2小时～6小时，继后将温度降至室温，即得到高透明陶瓷托槽。

上述口腔正畸用的高透明陶瓷托槽制备方法，当透明陶瓷粉体为钇铝石榴石陶瓷粉体时，所述复合烧结助剂由MgO和SiO₂组成，当透明陶瓷粉体为镁铝尖晶石陶瓷粉体时，所述复合烧结助剂由LiF和TiO₂组成，当透明陶瓷粉体为尖晶石型氮氧化铝陶瓷粉体时，所述复合烧结助剂由Y₂O₃和La₂O₃组成，组成上述复合烧结助剂的两种组分的比例为任意比例均可。

上述口腔正畸用的高透明陶瓷托槽制备方法，通过石膏托槽模具形成托槽素坯是将所述浆料倒入石膏模具中，待水分失重85%～95%后得到托槽素坯。

上述口腔正畸用的高透明陶瓷托槽制备方法，所述托槽素坯的干燥温度为40℃～60℃，干燥时间为24小时～48小时，干燥后排除托槽素坯中的残留有机物是在流动氧气气氛或空气气氛下加热至500℃~600℃保温20小时～40小时。

上述口腔正畸用的高透明陶瓷托槽制备方法，所述钇铝石榴石陶瓷粉体的平均粒径优选30纳米～80纳米，镁铝尖晶石陶瓷粉体的平均粒径优选20纳米～50纳米，尖晶石型氮氧化铝陶瓷粉体的平均粒径优选0.8微米～2微米。

上述口腔正畸用的高透明陶瓷托槽制备方法，将烧结所得高透明陶瓷托槽用数控精密加工技术进行二次加工，以提高所述托槽的尺寸精度，满足临床需要。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于︰

1、本发明方法采用高透明的钇铝石榴石陶瓷粉体、镁铝尖晶石陶瓷粉体和尖晶石型氮氧化铝陶瓷粉体为原料制备口腔正畸用的陶瓷托槽，因而制得的陶瓷托槽透明度高，直线透过率在70%以上。

2、本发明方法采用复合烧结助剂，利用其在烧结中形成液相来降低烧结温度和抑制晶粒生长，因而制得的高透明陶瓷托槽晶粒尺寸较小，晶粒不易脱落，三点弯曲强度可达360MPa，在具有高透明度的同时保证了较高的强度。

3、本发明方法工艺简单，操作方便，易于工业化生产。

附图说明

图1为本发明所述口腔正畸用的高透明陶瓷托槽的结构示意图。

图中，1—槽沟，2—槽翼，3—结扎翼沟，4—底板。

图2为实施例1制备的口腔正畸用的高透明陶瓷托槽的扫描电镜（SEM）图。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明所述口腔正畸用的高透明陶瓷托槽的制备作进一步说明。下述实施例中，制备浆料所用球磨机为变频行星球磨机，型号︰XQM-4，生产企业︰南京科析实验仪器研究所；排除托槽素坯中的有机物和残留水分使用管式气氛电阻炉，型号︰KXG-4-12A，生产企业︰中国上海科析试验仪器厂；托槽素坯冷等静压使用冷等静压机，型号︰LDJ300，生产企业︰四川航空工业川西机器有限责任公司；烧结使用气氛烧结炉，型号︰CXZT-25-20，生产企业︰上海晨鑫电炉有限公司。所制备的高透明陶瓷托槽的平均晶粒尺寸通过扫描电镜（型号︰S-4800，Hitachi，日本）测定，三点弯曲强度采用维氏硬度计（型号︰FV-700，Future-Tech，日本）测定，直线透过率采用紫外分光光度计（型号︰UV-1700 Pharmaspec，Shimadzu，日本）测定。

实施例1

本实施例中制备口腔正畸用的高透明陶瓷托槽的工艺步骤依次如下︰

（1）制备钇铝石榴石（YAG）透明陶瓷粉体

以纯度≥99.0%的Y(NO₃)₃和纯度≥99.5%的 NH₄Al(SO₄)₂?12H₂O为原料，所述Y(NO₃)₃与NH₄Al(SO₄)₂?12H₂O的摩尔比为0.6︰1，以NH₄HCO₃为沉淀剂，所述NH₄HCO₃与NH₄Al(SO₄)₂?12H₂O的摩尔比为1︰0.1；将按上述摩尔比计量的Y(NO₃)₃和NH₄Al(SO₄)₂?12H₂O溶于去离子水中，配制成Y³⁺浓度为0.1mol/L的混合盐溶液；将按上述摩尔比计量的NH ₄HCO₃溶于去离子水中，配制成NH₄HCO₃浓度为0.4mol/L的沉淀剂溶液；在常压、18℃下，以220 ml/小时的滴速将所配制的混合盐溶液滴入所配制的沉淀剂溶液中，滴定时不断搅拌，滴定结束后，在18℃陈化20小时，将陈化后的混合液进行抽滤得到沉淀物，将所述沉淀物用去离子水清洗3次去除杂质离子，再用无水乙醇清洗2次去除水分，然后在70℃烘干箱里干燥24小时得到YAG前驱体。将所述YAG前驱体在常压、1200℃下焙烧2小时，然后使之自然冷却到室温，得到洁白蓬松的YAG粉体，研磨后用分样筛筛分，即得到纯度大于99.0% 、平均粒径尺寸为80纳米的钇铝石榴石透明陶瓷粉体；

（2）制备浆料

原料为步骤（1）制备的纯度≥99.0%的钇铝石榴石透明陶瓷粉体、复合烧结助剂、聚丙烯酸和去离子水，复合烧结助剂由SiO₂和MgO组成，SiO₂与MgO的重量比为5︰1，复合烧结助剂为钇铝石榴石透明陶瓷粉体重量的0.2%，聚丙烯酸为钇铝石榴石透明陶瓷粉体重量的2%，钇铝石榴石透明陶瓷粉体、复合烧结助剂、聚丙烯酸的总重量与去离子水重量之比为1︰8，采用球磨法制备浆料，球磨介质为Al₂O₃球，钇铝石榴石透明陶瓷粉体、复合烧结助剂、聚丙烯酸的总重量与Al₂O₃球重量之比为1︰2，将钇铝石榴石透明陶瓷粉体、复合烧结助剂、聚丙烯酸和去离子水加入球磨机的聚胺酯球磨罐中，球磨机转速300转/分钟，球磨时间为24小时，即形成浆料；

（3）成型与素坯处理

将步骤（2）制备的浆料倒入石膏模具中，待水分失重90%后得到钇铝石榴石托槽素坯，然后将所述托槽素坯从所述模具中取出放入烘箱，在50℃下干燥36小时，干燥结束后，再将干燥后的托槽素坯放入管式气氛电阻炉，在流动氧气气氛下加热至600℃保温40小时，以排除托槽素坯中的有机物和残留水分，然后将托槽素坯装入橡胶密封袋，抽真空并密封后放入冷等静压机中，以10MPa/分钟的速率加压到40MPa保压5分钟，再以80MPa/分钟的速率降压到空气压力后，将装有托槽素坯的密封袋从冷等静压机中取出；

（4）烧结

将冷等静压后的钇铝石榴石托槽素坯从密封袋中取出，放入气氛烧结炉内进行真空烧结，真空度为1×10^-3 Pa，烧结程序如下︰以10℃/分钟的速率手动升温至600℃，然后改程序控制，以10℃/分钟的升温速率从600℃升至1700℃，在1700℃保温4小时后，以50℃/分钟的降温速率从1700℃降至1400℃，在1400℃保温5小时后，以10℃/分钟的速率从1400℃降至室温，即得到钇铝石榴高透明石陶瓷托槽；

（5）二次加工

将烧结所得钇铝石榴石陶瓷托槽用数控精密加工制作技术进行二次加工。

本实施例所制备的钇铝石榴石陶瓷托槽的形状和结构见图1，其平均晶粒尺寸为2.1微米（见图2），三点弯曲强度220MPa，直线透过率78%。

实施例2

本实施例中制备口腔正畸用的高透明陶瓷托槽的工艺步骤依次如下︰

（1）制备钇铝石榴石（YAG）透明陶瓷粉体

此制备方法与实施例1中步骤（1）的制备方法的不同之处在于︰将所述YAG前驱体在1100℃下焙烧4小时，制得的钇铝石榴石透明陶瓷粉体平均晶粒尺寸为50纳米。

（2）制备浆料

原料为步骤（1）制备的纯度≥99.0%的钇铝石榴石透明陶瓷粉体、复合烧结助剂、聚丙烯酸和去离子水，复合烧结助剂由SiO₂和MgO组成，SiO₂与MgO的重量比为4︰1，复合烧结助剂为钇铝石榴石透明陶瓷粉体重量的0.28%，聚丙烯酸为钇铝石榴石透明陶瓷粉体重量的3%，钇铝石榴石透明陶瓷粉体、复合烧结助剂、聚丙烯酸的总重量与去离子水重量之比为1︰4，采用球磨法制备浆料，球磨介质为Al₂O₃球，钇铝石榴石透明陶瓷粉体、复合烧结助剂、聚丙烯酸的总重量与Al₂O₃球重量之比为1︰2，将钇铝石榴石透明陶瓷粉体、复合烧结助剂、聚丙烯酸和去离子水加入球磨机的聚胺酯球磨罐中，球磨机转速为250转/分钟，球磨时间为30小时，即形成浆料；

（3）成型与素坯处理

将步骤（2）制备的浆料倒入石膏模具中，待水分失重90%后得到钇铝石榴石托槽素坯，然后将所述托槽素坯从所述模具中取出放入烘箱，在40℃下干燥48小时，干燥结束后，再将干燥后的托槽素坯放入管式气氛电阻炉，在流动氧气气氛下加热至600℃保温30小时，以完全排除托槽素坯中的有机物和残留水分，然后将托槽素坯装入橡胶密封袋，抽真空并密封后放入冷等静压机中，以5MPa/分钟的速率加压到30MPa保压8分钟，再以60MPa/分钟的速率降压到空气压力后，将装有托槽素坯的密封袋从冷等静压机中取出；

（4）烧结

将冷等静压后的钇铝石榴石托槽素坯从密封袋中取出，放入气氛烧结炉内进行真空烧结，真空度为1×10^-3 Pa，烧结程序如下︰以10℃/分钟的速率手动升温至600℃，然后改程序控制，以10℃/分钟的升温速率从600℃升至1750℃，在1750℃保温3小时后，以50℃/分钟的降温速率从1750℃降至1400℃，在1400℃保温4小时后，以10℃/分钟的速率从1400℃降至室温，即得到钇铝石榴高透明石陶瓷托槽；

（5）二次加工

将烧结所得钇铝石榴石陶瓷托槽用数控精密加工制作技术进行二次加工。

本实施例所制备的钇铝石榴石陶瓷托槽的平均晶粒尺寸为3.2微米，三点弯曲强度210MPa，直线透过率73%。

实施例3

本实施例中制备口腔正畸用的高透明陶瓷托槽的工艺步骤依次如下︰

（1）制备镁铝尖晶石（MgAl₂O₄）透明陶瓷粉体

以纯度≥99.0%的MgSO₄?7H₂O和纯度≥99.5%的NH₄Al(SO₄)₂?12H₂O为原料，所述MgSO₄?7H₂O与NH₄Al(SO₄)₂?12H₂O的配比按Mg与Al的摩尔比为1︰2称量。将称量好的MgSO₄?7H₂O和NH₄Al(SO₄)₂?12H₂O放入石英杯中，加去离子水搅拌形成混合溶液（去离子水的量淹过MgSO₄?7H₂O和NH₄Al(SO₄)₂?12H₂O即可），将混合溶液放置于马弗炉中，以10℃/分钟的速率加热至1100℃焙烧4小时，然后自然冷却到室温，得到洁白蓬松的MgAl₂O₄粉体，研磨后用分样筛筛分，即得到纯度大于99% 、平均粒径尺寸为42纳米的镁铝尖晶石透明陶瓷粉体。

（2）制备浆料

原料为步骤（1）制备的纯度≥99.0%的镁铝尖晶石透明陶瓷粉体、复合烧结助剂、聚丙烯酸和去离子水，复合烧结助剂由LiF和TiO₂组成，LiF与TiO₂ 的重量比为1︰2，复合烧结助剂为镁铝尖晶石透明陶瓷粉体重量的0.3%，聚丙烯酸为镁铝尖晶石透明陶瓷粉体重量的5%，镁铝尖晶石透明陶瓷粉体、复合烧结助剂、聚丙烯酸的总重量与去离子水重量之比为1︰8，采用球磨法制备浆料，球磨介质为Al₂O₃球，镁铝尖晶石透明陶瓷粉体、复合烧结助剂、聚丙烯酸的总重量与Al₂O₃球重量之比为1︰2.5，将镁铝尖晶石透明陶瓷粉体、复合烧结助剂、聚丙烯酸和去离子水加入球磨机的聚胺酯球磨罐中，球磨机转速为250转/分钟，球磨时间为36小时，即形成浆料；

（3）成型与素坯处理

将步骤（2）制备的浆料倒入石膏模具中，待水分失重95%后得到镁铝尖晶石托槽素坯，然后将托槽素坯从所述模具中取出放入烘箱，在40℃下干燥48小时，干燥结束后，再将干燥后的托槽素坯放入管式气氛电阻炉，在流动氧气气氛下加热至600℃保温20小时，以完全排除托槽素坯中的有机物和残留水分，然后将托槽素坯装入橡胶密封袋，抽真空并密封后放入冷等静压机中，以5MPa/分钟的速率加压到30MPa保压3分钟，再以60MPa/分钟的速率降压到空气压力，将装有托槽素坯的密封袋从冷等静压机中取出。

（4）烧结

将冷等静压后的镁铝尖晶石托槽素坯从密封袋中取出，放入气氛烧结炉内进行真空烧结，真空度为1×10^-3 Pa，烧结程序如下︰以10℃/分钟的速率手动升温至600℃，然后改程序控制，以10℃/分钟的升温速率从600℃升至1750℃，在1750℃保温3小时后，以50℃/分钟的降温速率从1750℃降至1600℃，在1600℃保温2小时后，以10℃/分钟的速率从1600℃降至室温，即得到镁铝尖晶石高透明石陶瓷托槽；

（5）二次加工

将烧结所得镁铝尖晶石陶瓷托槽用数控精密加工制作技术进行二次加工。

本实施例所制备的镁铝尖晶石陶瓷托槽的平均晶粒尺寸为2.5微米，三点弯曲强度172MPa，直线透过率75%。

实施例 4

本实施例中制备口腔正畸用的高透明陶瓷托槽的工艺步骤依次如下︰

（1）制备镁铝尖晶石（MgAl₂O₄）透明陶瓷粉体

此制备方法与实施例2中步骤（1）的制备方法的不同之处在于︰以10℃/分钟的速率加热至1150℃焙烧4小时，制得的镁铝尖晶石透明陶瓷粉体平均晶粒尺寸为50纳米。

（2）制备浆料

原料为步骤（1）制备的纯度≥99.0%的镁铝尖晶石透明陶瓷粉体、复合烧结助剂、聚丙烯酸和去离子水，复合烧结助剂由LiF和TiO₂组成，LiF与TiO₂ 的重量比为8︰1，复合烧结助剂为镁铝尖晶石透明陶瓷粉体重量的0.4%，聚丙烯酸为镁铝尖晶石透明陶瓷粉体重量的2%，镁铝尖晶石透明陶瓷粉体、复合烧结助剂、聚丙烯酸的总重量与去离子水重量之比为1︰6，采用球磨法制备浆料，球磨介质为Al₂O₃球，镁铝尖晶石透明陶瓷粉体、复合烧结助剂、聚丙烯酸的总重量与Al₂O₃球重量之比为1︰3，将镁铝尖晶石透明陶瓷粉体、复合烧结助剂、聚丙烯酸和去离子水加入球磨机的聚胺酯球磨罐中，球磨机转速为200转/分钟，球磨时间为40小时，即形成浆料；

（3）成型与素坯处理

将步骤（2）制备的浆料倒入石膏模具中，待水分失重85%后得到镁铝尖晶石托槽素坯，然后将托槽素坯从所述模具中取出放入烘箱，在60℃下干燥24小时，干燥结束后，再将干燥后的托槽素坯放入管式气氛电阻炉，在流动氧气气氛下加热至600℃保温24小时，以完全排除托槽素坯中的有机物和残留水分，然后将托槽素坯装入橡胶密封袋，抽真空并密封后放入冷等静压机中，以5MPa/分钟的速率加压到30MPa保压5分钟后，再以60MPa/分钟的速率降压到空气压力，将装有托槽素坯的密封袋从冷等静压机中取出；

（4）烧结

将冷等静压后的镁铝尖晶石托槽素坯从密封袋中取出，放入气氛烧结炉内进行真空烧结，真空度为1×10^-3 Pa，烧结程序如下︰以10℃/分钟的速率手动升温至600℃，然后改程序控制，以10℃/分钟的升温速率从600℃升至1780℃，在1780℃保温5小时后，以50℃/分钟的降温速率从1780℃降至1600℃，在1600℃保温4小时后，以10℃/分钟的速率从1600℃降至室温，即得到镁铝尖晶石高透明石陶瓷托槽；

（5）二次加工

将烧结所得镁铝尖晶石陶瓷托槽用数控精密加工制作技术进行二次加工。

本实施例所制备的镁铝尖晶石陶瓷托槽的平均晶粒尺寸为3.2微米，三点弯曲强度158MPa，直线透过率72%。

实施例 5

本实施例中制备口腔正畸用的高透明陶瓷托槽的工艺步骤依次如下︰

（1）制备尖晶石型氮氧化铝（AlON）透明陶瓷粉体

以纯度>99.9%的微米级Al粉和纯度>99.9%的纳米级Al₂O₃粉为原料，按AlON的配比称量Al粉和Al₂O₃粉放入滚筒式球磨机进行球磨干混24小时，球磨容器为聚胺酯球磨罐，球磨介质为球径5毫米的Al₂O₃磨球和球径2毫米的Al₂O₃磨球，球径5毫米的Al₂O₃磨球与球径2毫米的Al₂O₃磨球的个数比为1︰20，球料比为3︰1；为防止球磨过程中的Al粉的氧化，聚胺酯球磨罐密封并充N₂气氛保护；将混合好的粉体装入高纯刚玉坩埚然后放入烧结炉中，在氮气气氛保护下以10℃/分钟的速率加热至1680℃保温3小时，保温时间结束后，以20℃/分钟的速率降温至室温，得到洁白蓬松的AlON粉体，研磨后用分样筛筛分，即得到纯度大于99% 、平均晶粒尺寸为1.2微米的尖晶石型氮氧化铝透明陶瓷粉体；

（2）制备浆料

原料为步骤（1）制备的纯度≥99.0%的尖晶石型氮氧化铝透明陶瓷粉体、复合烧结助剂、聚丙烯酸和去离子水，复合烧结助剂由Y₂O₃和La ₂O₃组成，Y₂O₃与La₂O₃的重量比为1︰1，复合烧结助剂为尖晶石型氮氧化铝透明陶瓷粉体重量的0.1%，聚丙烯酸为尖晶石型氮氧化铝透明陶瓷粉体重量的2%，尖晶石型氮氧化铝透明陶瓷粉体、复合烧结助剂、聚丙烯酸的总重量与去离子水重量之比为1︰7，采用球磨法制备浆料，球磨介质为Al₂O₃球，尖晶石型氮氧化铝透明陶瓷粉体、复合烧结助剂、聚丙烯酸的总重量与Al₂O₃球重量之比为1︰4，将尖晶石型氮氧化铝透明陶瓷粉体、复合烧结助剂、聚丙烯酸和去离子水加入球磨机的聚胺酯球磨罐中，球磨机转速为200转/分钟，球磨时间为48小时，即形成浆料；

（3）成型与素坯处理

将步骤（2）制备的浆料倒入石膏模具中，待水分失重90%后得到尖晶石型氮氧化铝托槽素坯，然后将托槽素坯从所述模具中取出放入烘箱，在60℃下干燥24小时，干燥结束后，再将干燥后的托槽素坯放入管式气氛电阻炉，在流动空气气氛下加热至500℃保温24小时，以完全排除托槽素坯中的有机物和残留水分，然后将托槽素坯装入橡胶密封袋，抽真空并密封后放入冷等静压机中，以5MPa/分钟的速率加压到50MPa保压10分钟后，以100MPa/分钟的速率降压到空气压力，将装有托槽素坯的密封袋从冷等静压机中取出；

（4）烧结

将冷等静压后的尖晶石型氮氧化铝托槽素坯从密封袋中取出，放入气氛烧结炉内在流动氮气气氛下对其进行加热烧结，烧结程序如下︰以10℃/分钟的速率手动升温至600℃，然后改程序控制，以10℃/分钟的升温速率从600℃升至1900℃，在1900℃保温5小时后，以50℃/分钟的降温速率从1900℃降至1700℃，保温6小时后，以10℃/分钟的速率从1700℃降至室温，即得到尖晶石型氮氧化铝高透明石陶瓷托槽；

（5）二次加工

将烧结所得尖晶石型氮氧化铝陶瓷托槽用数控精密加工制作技术进行二次加工。

本实施例所制备的尖晶石型氮氧化铝透明陶瓷托槽的平均晶粒尺寸为85微米，三点弯曲强度360MPa，直线透过率74%。

实施例 6

本实施例中制备口腔正畸用的高透明陶瓷托槽的工艺步骤依次如下︰

（1）制备尖晶石型氮氧化铝（AlON）透明陶瓷粉体

此制备方法与实施例5中步骤（1）中的制备方法的不同之处在于︰以10℃/分钟加热到1720℃保温3小时，制得的尖晶石型氮氧化铝透明陶瓷粉体的平均晶粒尺寸为2微米。

（2）制备浆料

原料为步骤（1）制备的纯度≥99.0%的尖晶石型氮氧化铝透明陶瓷粉体、复合烧结助剂、聚丙烯酸和去离子水，复合烧结助剂由Y₂O₃和La ₂O₃组成，Y₂O₃与La₂O₃的重量比为4︰1，复合烧结助剂为尖晶石型氮氧化铝透明陶瓷粉体重量的0.6%，聚丙烯酸为尖晶石型氮氧化铝透明陶瓷粉体重量的1%，尖晶石型氮氧化铝透明陶瓷粉体、复合烧结助剂、聚丙烯酸的总重量与去离子水重量之比为1︰8，采用球磨法制备浆料，球磨介质为Al₂O₃球，尖晶石型氮氧化铝透明陶瓷粉体、复合烧结助剂、聚丙烯酸的总重量与Al₂O₃球重量之比为1︰3.5，将尖晶石型氮氧化铝透明陶瓷粉体、复合烧结助剂、聚丙烯酸和去离子水加入球磨机的聚胺酯球磨罐中，球磨机转速为300转/分钟，球磨时间为48小时，即形成浆料；

（3）成型与素坯处理

将步骤（2）制备的浆料倒入石膏模具中，待水分失重85%后得到尖晶石型氮氧化铝托槽素坯，然后将托槽素坯从所述模具中取出放入烘箱，在60℃下干燥24小时，干燥结束后，再将干燥后的托槽素坯放入管式气氛电阻炉，在流动空气气氛下加热至500℃保温30小时，以完全排除托槽素坯中的有机物和残留水分，然后将托槽素坯装入橡胶密封袋，抽真空并密封后放入冷等静压机中，以5MPa/分钟的速率加压到50MPa保压10分钟后，以100MPa/分钟的速率降压到空气压力，将装有托槽素坯的密封袋从冷等静压机中取出；

（4）烧结

将冷等静压后的尖晶石型氮氧化铝托槽素坯从密封袋中取出，放入气氛烧结炉内在流动氮气气氛下对其进行加热烧结，烧结程序如下︰以10℃/分钟的速率手动升温至600℃，然后改程序控制，以10℃/分钟的升温速率从600℃升至1900℃，在1900℃保温5小时后，以50℃/分钟的降温速率从1900℃降至1700℃，在1700℃保温6小时后，以10℃/分钟的速率从1700℃降至室温，即得到尖晶石型氮氧化铝陶瓷托槽；

（5）二次加工

将烧结所得尖晶石型氮氧化铝陶瓷托槽用数控精密加工制作技术进行二次加工。

本实施例制备的尖晶石型氮氧化铝陶瓷托槽的平均晶粒尺寸为90微米，三点弯曲强度343MPa，直线透过率71%。

Claims (8)

1.一种口腔正畸用的高透明陶瓷托槽制备方法，其特征在于工艺步骤依次如下：

(1)制备浆料

原料为复合烧结助剂、聚丙烯酸、去离子水和纯度≥99.0％的透明陶瓷粉体，复合烧结助剂为所述透明陶瓷粉体重量的0.1％～0.6％，聚丙烯酸为所述透明陶瓷粉体重量的1％～5％，透明陶瓷粉体、复合烧结助剂、聚丙烯酸的总重量与去离子水重量之比为1:4～8，

采用球磨法制备浆料，球磨介质为Al₂O₃球，透明陶瓷粉体、复合烧结助剂、聚丙烯酸的总重量与Al₂O₃球重量之比为1:2～4，球磨时间为24小时～48小时，

所述透明陶瓷粉体为钇铝石榴石陶瓷粉体、镁铝尖晶石陶瓷粉体或尖晶石型氮氧化铝陶瓷粉体；

(2)成型与素坯处理

将步骤(1)制备的浆料通过石膏托槽模具形成托槽素坯，然后将托槽素坯从所述模具中取出，经干燥、排除残留有机物后装入密封袋抽真空并密封后进行冷等静压，所述冷等静压的压力为30MPa～50MPa，保压时间为3分钟～10分钟；

(3)烧结

将冷等静压后的托槽素坯在真空条件或氮气氛围下于1700℃～1900℃保温3小时～5小时，然后降温至1400℃～1700℃保温2小时～6小时，继后将温度降至室温，即得到高透明陶瓷托槽。

2.根据权利要求1所述口腔正畸用的高透明陶瓷托槽制备方法，其特征在于当透明陶瓷粉体为钇铝石榴石陶瓷粉体时，所述复合烧结助剂由MgO和SiO₂组成；当透明陶瓷粉体为镁铝尖晶石陶瓷粉体时，所述复合烧结助剂由LiF和TiO₂组成；当透明陶瓷粉体为尖晶石型氮氧化铝陶瓷粉体时，所述复合烧结助剂由Y₂O₃和La₂O₃组成。

3.根据权利要求1或2所述口腔正畸用的高透明陶瓷托槽制备方法，其特征在于通过石膏托槽模具形成托槽素坯是将所述浆料倒入石膏托槽模具中，待水分失重85％～95％后得到托槽素坯。

4.根据权利要求1或2所述口腔正畸用的高透明陶瓷托槽制备方法，其特征在于所述托槽素坯的干燥温度为40℃～60℃，干燥时间为24小时～48小时，干燥后排除托槽素坯中的残留有机物是在流动氧气气氛或空气气氛下加热至500℃～800℃保温20小时～40小时。

5.根据权利要求3所述口腔正畸用的高透明陶瓷托槽制备方法，其特征在于所述托槽素坯的干燥温度为40℃～60℃，干燥时间为24小时～48小时，干燥后排除托槽素坯中的残留有机物是在流动氧气气氛或空气气氛下加热至500℃～600℃保温20小时～40小时。

6.根据权利要求1或2所述口腔正畸用的高透明陶瓷托槽制备方法，其特征在于所述钇铝石榴石陶瓷粉体的平均粒径为30～80纳米，镁铝尖晶石陶瓷粉体的平均粒径为20～50纳米，尖晶石型氮氧化铝陶瓷粉体的平均粒径为0.8～2微米。

7.根据权利要求5所述口腔正畸用的高透明陶瓷托槽制备方法，其特征在于所述钇铝石榴石陶瓷粉体的平均粒径为30～80纳米，镁铝尖晶石陶瓷粉体的平均粒径为20～50纳米，尖晶石型氮氧化铝陶瓷粉体的平均粒径为0.8～2微米。

8.根据权利要求1或2所述口腔正畸用的高透明陶瓷托槽制备方法，其特征在于将烧结所得高透明陶瓷托槽用数控精密加工技术进行二次加工。