CN103553598B - 一种仿牙色氧化钇和氧化镨共稳定四方相氧化锆纳米陶瓷粉体的制备方法 - Google Patents

一种仿牙色氧化钇和氧化镨共稳定四方相氧化锆纳米陶瓷粉体的制备方法 Download PDF

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Abstract

一种仿牙色氧化钇和氧化镨共稳定四方相氧化锆纳米陶瓷粉体的制备方法,其特征是包括以下步骤:(1)按照(Pr6O11)x(Y2O3)y(ZrO2)1-6x-2y(其中0.0020≤x+y≤ 0.1500, 10-6 ≤x≤ 0.0200)中各金属元素的化学计量比,分别称取八水合氯氧化锆,镨原料和钇原料,将镨原料和钇原料溶解转化成相应硝酸盐的混合溶液,并将八水合氯氧化锆完全溶入其中;(2)向步骤(1)所得到的混合溶液中分别加入可溶性盐和有机燃料,加热溶解,再加热浓缩至粘稠状,放入400~1000℃的加热炉腔体中引燃;(3)产物经洗涤、过滤,干燥。本发明制备的粉体颗粒为球形,大小均匀,分散性好,粒径在2~6nm,其比表面积可达318m2 ?g-1。本发明具有制备工艺简单,设备要求低,合成时间短,一步成相,能耗和成本低的特点。

Description

一种仿牙色氧化钇和氧化镨共稳定四方相氧化锆纳米陶瓷粉体的制备方法
技术领域
本发明属于生物陶瓷领域,特别涉及仿牙色钇锆氧化物纳米陶瓷粉体的制备方法。
背景技术
ZrO2陶瓷牙科修复体,因其良好的生物相容性、在口腔环境中的化学稳定性,与及与自然牙相似的热导率和自然牙釉相似的磨损率,近年来受到了极大的关注。特别是3mol%Y2O3掺杂的ZrO2陶瓷,因其良好的力学性能而广泛应用于口腔修复材料中。对于口腔修复材料,除了要考虑材料的机械性能外,还必须重视材料的颜色性能。但是氧化锆底层冠的颜色单一,只有一种白垩色,与其它全齿材料的基底颜色相比,显得单一。如In-Ceram的氧化铝基底瓷有四种颜色,IPS-Emperess热压铸造陶瓷的底层冠也有五种基本色。基底冠色泽单一,使得遮色瓷的使用必不可少,而为了获得更好的层次感和更好的美观效果,饰面瓷的厚度会增加,这使得牙备量增加,对牙科组织的保护不利。
现在临床上主要采用染色液浸泡和粉体混合本体着色两种方法,但二者均存在着色不均匀,重复性差,着色剂易在烧结时挥发等缺点。本方法采用溶液燃烧的方法,因为在反应过程中有大量气体生成,容易冲破粉体间的团聚,有利于得到比表面积较大的产物,提高烧结特性,而且由于其在液态环境下反应,原料之间易于均匀混和,着色稀土氧化物能够均匀的掺入到ZrO2晶格当中,并且产物瞬间就达到很高的温度,也能够促进产物的成相,其中稀土离子不仅可以对ZrO2粉体进行着色,还能够起到稳定ZrO2四方相的功能,提高ZrO2陶瓷的力学性能。
发明内容
本发明目的提供一种制备方法简单,着色均匀,条件温和,合成时间短,无污染耗能少,比表面积超大,一步成相的仿牙色锆基氧化物纳米粉体。
一种仿牙色氧化钇和氧化镨共稳定四方相氧化锆纳米陶瓷粉体的制备方法,具体包括以下步骤。
(1)根据制备目标产物的量,按照(Pr6O11)x(Y2O3)y(ZrO2)1-6x-2y(其中0.0020≤x+y≤ 0.1500, 10-6 ≤x≤ 0.0200)中各金属元素的化学计量比,分别称取八水合氯氧化锆,镨原料和钇原料,将镨原料和钇原料溶解转化成相应硝酸盐的混合溶液,并将八水合氯氧化锆完全溶入其中,即配成目标产物所含金属的混合盐溶液。
(2)向步骤(1)所得到的混合溶液中分别加入可溶性盐和有机燃料,加热溶解得到混合溶液,继续加热混合溶液浓缩至粘稠状,放入温度为400~1000℃的加热炉腔体中引燃,燃烧完成后取出粉体。
(3)步骤(2)得到的产物经洗涤、过滤,干燥,即得到最终产物。
步骤(1)中,所述的镨原料为氧化镨、硝酸镨、氢氧化镨或碳酸镨,钇原料为氧化钇、硝酸钇、氢氧化钇或碳酸钇。
步骤(2)中,所述的可溶性盐为NaCl、KCl、LiCl、CaCl2中一种或两种以上,所加可溶性盐的摩尔数为目标产物中金属离子摩尔数总和的0.5~7.0倍。
步骤(2)中,所述的有机燃料为甘氨酸和尿素中的一种或两种,所加的有机燃料摩尔数为所得产物中金属离子摩尔总数的0.5~5倍。
步骤(3)中,所述的洗涤是指用去离子水洗至洗涤液的电导率低于10 μs/cm2
本发明在氧化还原反应混合溶液中引入惰性可溶性盐,并在合适温度下的加热炉腔内引发自蔓延燃烧反应,通过调节盐量和燃料量可得到比表面积高达318 m2·g-1,粒度在2~6nm的仿牙色粉体,比表面积比不加盐条件下的10 m2·g-1增加30倍以上。此方法合成时间短,实施简单、原料易得、成本低廉,可一步反应得到稳定的四方相,由于粉体比表面积大,粒度小,其陶瓷烧结温度降低,烧结密度增大,陶瓷烧结体的力学性能大为改善,因此,本发明有很好的应用前景。
附图说明
图1是对比例1所得样品的X射线衍射图谱,其JCPDS卡号为49-1642,由图1可知,对比例1得到的(Pr6O11)0.0025 (Y2O3)0.03(ZrO2)0.925粉体为四方相。
图2是对比例1所得样品的透射电镜照片,由图2可知,对比例1得到的(Pr6O11)0.0025 (Y2O3)0.03(ZrO2)0.925晶粒大(40~60nm),且团聚严重。
图3是实施例3所得样品的X射线衍射图谱,其JCPDS卡号为49-1642,由图3可知,实施例3得到的(Pr6O11)0.0025 (Y2O3)0.03(ZrO2)0.925粉体为四方相,通过谢乐公式计算得到的粉体平均晶粒度为3.3nm。
图4是实施例3所得样品的透射电镜照片,如图4所示,实施例3得到的(Pr6O11)0.0025 (Y2O3)0.03(ZrO2)0.925粒子在3nm左右,大小均匀,分散性好,与谢乐公式计算得到的粉体平均晶粒度一致。
图5是实施例3所得样品的电子衍射图片,如图5所示,实施例3得到的(Pr6O11)0.0025 (Y2O3)0.03(ZrO2)0.925粉体为多晶。
图6是实施例4所得样品的X射线衍射图谱,其JCPDS卡号为49-1642,由图分析表明,实施例4得到的(Pr6O11)0.0025 (Y2O3)0.03(ZrO2)0.925粉体为四方相,通过谢乐公式计算得到的粉体平均粒度为6.1nm。
图7是实施例5所得样品的X射线衍射图谱,其JCPDS卡号为49-1642,由图分析表明,实施例5得到的(Pr6O11)0.0025 (Y2O3)0.03(ZrO2)0.925粉体为四方相,通过谢乐公式计算得到的粉体平均粒度为4.0nm。
具体实施方式
本发明将通过以下实施例作进一步说明。
对比例1。
称取2.9831g ZrOCl2·8H2O,0.0677g Y2O3和0.0255g Pr6O11,加入过量1:1的硝酸加热溶解Y2O3和Pr6O11,至形成硝酸钇和硝酸镨的澄清溶液,将称取的ZrOCl2·8H2O完全溶入其中,得到目标产物所含金属的混合盐溶液,再往该溶液中加入1.0385g尿素,加热完全溶解后,再浓缩混合溶液至粘稠状,放入设定温度为500℃定温腔体内引燃,燃烧完成后,取出样品,再经洗涤,过滤,干燥,即得到比表面积为10 m2·g-1的(Pr6O11)0.0025 (Y2O3)0.03(ZrO2)0.925淡黄色粉体。
实施例1。
称取3. 1137g ZrOCl2·8H2O,0.0339g Y2O3和0.0077g Pr6O11,加入过量1:1的硝酸加热溶解Y2O3和Pr6O11,至形成硝酸钇和硝酸镨的澄清溶液,将称取的ZrOCl2·8H2O完全溶入其中,得到目标产物所含金属的混合盐溶液,再往该溶液中加入1.7532g NaCl和1.7113g甘氨酸,加热完全溶解后,再浓缩混合溶液至粘稠状,放入设定温度为500℃定温腔体内引燃,燃烧完成后,取出样品,再经洗涤,过滤,干燥,即得到比表面积为128 m2·g-1的(Pr6O11)0.00075 (Y2O3)0.015(ZrO2)0.9655淡黄色粉体。
实施例2。
称取3.0992g ZrOCl2·8H2O,0.0677g Y2O3和0.0153g Pr6O11加入过量1:1的硝酸加热溶解Y2O3和Pr6O11,至形成硝酸钇和硝酸镨的澄清溶液,将称取的ZrOCl2·8H2O完全溶入其中,得到目标产物所含金属的混合盐溶液,再往该溶液中加入1.7532g NaCl和1.7009g甘氨酸,加热完全溶解后,再浓缩混合溶液至粘稠状,放入设定温度为500℃定温腔体内引燃,燃烧完成后,取出样品,再经洗涤,过滤,干燥,即得到比表面积为127 m2·g-1的(Pr6O11)0.0015 (Y2O3)0.015(ZrO2)0.961淡黄色粉体。
实施例3。
称取2.9831g ZrOCl2·8H2O,0.0677g Y2O3和0.0255g Pr6O11加入过量1:1的硝酸加热溶解Y2O3和Pr6O11,至形成硝酸钇和硝酸镨的澄清溶液,将称取的ZrOCl2·8H2O完全溶入其中,得到目标产物所含金属的混合盐溶液,再往该溶液中加入2.2365 g KCl和0.5193g尿素,加热完全溶解后,再浓缩混合溶液至粘稠状,放入设定温度为500℃定温腔体内引燃,燃烧完成后,取出样品,再经洗涤,过滤,干燥,即得到比表面积为318 m2·g-1的(Pr6O11)0.0025 (Y2O3)0.03(ZrO2)0.925淡黄色粉体。
实施例4。
称取2.9831g ZrOCl2·8H2O,0.0677gY2O3和0.0255g Pr6O11加入过量1:1的硝酸加热溶解Y2O3和Pr6O11,至形成硝酸钇和硝酸镨的澄清溶液,将称取的ZrOCl2·8H2O完全溶入其中,得到目标产物所含金属的混合盐溶液,再往该溶液中加入2.2365g KCl和1.0385g尿素,加热完全溶解后,再浓缩混合溶液至粘稠状,放入设定温度为500℃定温腔体内引燃,燃烧完成后,取出样品,再经洗涤,过滤,干燥,即得到比表面积为188 m2·g-1的(Pr6O11)0.0025 (Y2O3)0.03(ZrO2)0.925淡黄色粉体。
实施例5。
称取2.9831g ZrOCl2·8H2O,0.0677g Y2O3和0.0255g Pr6O11加入过量1:1的硝酸加热溶解Y2O3和Pr6O11,至形成硝酸钇和硝酸镨的澄清溶液,将称取的ZrOCl2·8H2O完全溶入其中,得到目标产物所含金属的混合盐溶液,再往该溶液中加入2.2365g KCl和2.0770g尿素,加热完全溶解后,再浓缩混合溶液至粘稠状,放入设定温度为500℃定温腔体内引燃,燃烧完成后,取出样品,再经洗涤,过滤,干燥,即得到比表面积为283 m2·g-1的(Pr6O11)0.0025 (Y2O3)0.03(ZrO2)0.925淡黄色粉体。

Claims (1)

1.一种仿牙色氧化钇和氧化镨共稳定四方相氧化锆纳米陶瓷粉体的制备方法,其特征是包括以下步骤:
(1)根据制备目标产物的量,按照(Pr6O11)x(Y2O3)y(ZrO2)1-6x-2y中各金属元素的化学计量比,其中0.0020≤x+y≤ 0.1500, 10-6 ≤x≤ 0.0200,分别称取八水合氯氧化锆,镨原料和钇原料,将镨原料和钇原料溶解转化成相应硝酸盐的混合溶液,并将八水合氯氧化锆完全溶入其中,即配成目标产物所含金属的混合盐溶液;
(2)向步骤(1)所得到的混合盐溶液中分别加入可溶性盐和有机燃料,加热溶解得到混合溶液,继续加热混合溶液浓缩至粘稠状,放入温度为400~1000℃的加热炉腔体中引燃,燃烧完成后取出粉体;
(3)步骤(2)得到的产物经洗涤、过滤,干燥,即得到最终产物;
步骤(1)中,所述的镨原料为氧化镨、硝酸镨、氢氧化镨或碳酸镨,钇原料为氧化钇、硝酸钇、氢氧化钇或碳酸钇;
步骤(2)中,所述的可溶性盐为NaCl、KCl、LiCl、CaCl2中一种或两种以上,所加可溶性盐的摩尔数为目标产物中金属离子摩尔数总和的0.5~7.0倍;
步骤(2)中,所述的有机燃料为甘氨酸和尿素中的一种或两种,所加的有机燃料摩尔数为所得产物中金属离子摩尔总数的0.5~5倍;
步骤(3)中,所述的洗涤是指用去离子水洗至洗涤液的电导率低于10 μs/cm2
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