CN106283156B - 一种镍铬烤瓷义齿的电泳沉积-微波烧结复合加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种镍铬烤瓷义齿的电泳沉积‑微波烧结复合加工方法，首先采用电泳沉积的方法在镍铬合金表面沉积一定厚度的瓷层，然后采用微波加热的方式将瓷层熔覆到镍铬合金上，从而制备出镍铬合金烤瓷义齿。该方法制备得到的义齿涂层均匀、结合力良好，在镍铬烤瓷义齿加工过程中可以广泛应用。

Description

一种镍铬烤瓷义齿的电泳沉积-微波烧结复合加工方法

技术领域

本发明属于生物材料技术领域，具体涉及一种镍铬烤瓷义齿的电泳沉积-微波烧结复合加工方法。

背景技术

牙科烤瓷材料自临床应用以来，由于其良好的生物相容性、耐磨耐腐蚀性以及色泽自然逼真等优点，已成为治疗牙缺失的最主要方法。镍铬合金烤瓷义齿由于其价格较低、耐用，使用寿命可长达15年甚至更高，在国内义齿修复方面一直占据重要地位。镍铬合金烤瓷瓷层有遮色瓷、体瓷和釉质瓷等。在金属基底上制备涂层的方法主要包括手工涂覆-烧结、等离子喷涂和电泳沉积烧结等方法。手工涂覆-烧结法作为一种传统的制备烤瓷瓷层的工艺，通过人工刷涂瓷粉构筑瓷层并经烧结熔覆在金属基底表面，其优点是工艺简单、成本低廉等；缺点是手工涂覆重复性差、易造成表面瓷层不均匀、厚度难以控制、难于实现连续生产等。等离子喷涂工艺的优点是不会改变基体全局的热处理性质、零件无变形，高温度的等离子焰流可将各种喷涂材料加热到熔融状态，从而制备得到多种性能的喷涂层；其优点是工艺稳定、涂层质量高，缺点是难以在复杂的金属基底上实现瓷层尺寸的精度控制、设备昂贵等。

电泳沉积是一种温和的表面涂敷方法，是电泳和沉积两个过程的综合。电泳是指在外加电场的作用下，荷电粒子在分散介质中做定向移动的现象；沉积是指荷电微粒在电极表面聚沉形成沉积层的过程。当荷电微粒运动到作为电极的基体附近时，由于电解质浓度的增加，或强电场作用下双电层被压缩，其结果相当于降低了电极附近颗粒的beta电位，从而导致粒子发生絮凝，从而在基体上形成紧密堆积的涂层。通过对涂层原料颗粒表面进行协调改性处理，可使其带上同种电荷，根据其对电场的敏感程度，配合调节沉积电压，可实现不同成分的颗粒在基体上先后沉积或共同沉积，从而获得组成和孔结构呈梯度变化的涂层坯体。电泳沉积可以在形状复杂的基体上制备出均匀涂层，其优点是所需设备简单、工艺成本低；操作方便、工艺过程易于控制；可连续生产，又可间歇操作；料液可循环利用，无污染物排放；可通过控制工艺参数在较大范围内控制涂层的组成、厚度和微观结构，在多层材料的制备方面具有独特的优势。

公开号为CN1312402的中国专利申请提出了一种电泳共沉积-烧结法制备金属/生物玻璃陶瓷梯度涂层技术，实现了BG粉料和HA粉料在作为电极的基体上的共沉积；同时通过连续改变电泳液的组成，使涂层的成份产生梯度变化；所制的涂层经烧结处理可得到结合强度优良的金属/生物玻璃陶瓷梯度涂层。

公开号为CN1834306的中国专利申请提出了一种在钛或钛合金表面电泳沉积羟基磷灰石涂层的制备方法，以钛合金为阴极，铂片或石墨电极为阳极，电泳沉积三次得到羟基磷灰石涂层，然后再经680-800℃加热处理2h提高涂层的结合强度。该方法具有悬浮液不需要陈化、稳定性高、沉积时间短、工艺简单和结合强度高等特点。

与传统手工涂覆-烧结法相比，电泳沉积法制备的涂层厚度更加均匀，通过控制沉积工艺参数可精确控制所获得的瓷层厚度；料液可循环利用，无污染物排放；所需设备简单、工艺成本低，可连续生产。但是牙齿一直处于磨损当中，因此，对于涂层和合金的结合力要求很高。

发明内容

本发明为了解决现有技术的镍铬烤瓷义齿加工过度依赖人工涂覆、重复性差的技术问题，提供了一种镍铬烤瓷义齿的电泳沉积-微波烧结复合加工方法，制备得到的义齿涂层均匀致密，结合力良好，适合工业化生产。

本发明采用如下技术方案：

一种镍铬烤瓷义齿的电泳沉积-微波烧结复合加工方法，包括以下步骤：

第一步：将金属烤瓷粉加入到有机溶剂和水混合的分散介质中，超声波振荡制备成悬浮液；

第二步：以经过喷砂预处理的镍铬合金基底材料作为阳极，铂片或石墨电极为阴极，进行电泳沉积，控制沉积电压介于10V～100V之间；电泳沉积时间介于30秒钟～20分钟之间；电极间的距离介于1 cm ～ 5 cm；

第三步：将沉积好的烤瓷材料放入微波加热炉中，以50-100℃/min的升温速率升温至瓷粉900-950℃，并保温1-5分钟；自然冷却至室温。

本发明将电泳沉积-微波烧结复合加工技术引入镍铬烤瓷义齿制备过程中，首先采用电泳沉积的方法在在形状复杂的镍铬合金表面沉积一定厚度的均匀瓷层，然后采用微波加热的方式将瓷层熔覆到镍铬合金上，从而制备出涂层均匀、结合力良好的镍铬合金烤瓷义齿。其中的微波烧结是一种活化烧结过程，具有增强离子电导的效应，可促进烧结致密化，改善被烧结材料的微观结构和性能。

作为优选，第一步所述的悬浮液是将金属烤瓷粉分散到由乙醇和水配成的分散介质中，经磁力搅拌、超声波振荡制备而成。

作为优选，第二步所述的镍铬合金基底材料用砂纸打磨并经过喷砂预处理后，用丙酮、去离子水、乙醇分别超声清洗，干燥后作为阳极。

作为优选，第二步沉积完毕后将试样置于电热鼓风干燥箱中，于60℃干燥8h。

作为优选，所述有机溶剂为乙醇、甲醇、丙酮、丙醇或异丙醇，有机溶剂和水的体积比为10:90～90:10。

作为优选，金属烤瓷粉在分散介质中的浓度为5g/L～200g/L。

作为优选，所述的金属烤瓷粉是维他（VITA）瓷粉、贺利式（Heraeus）瓷粉、松风（SHOFU）瓷粉、登士柏（Dentsply）瓷粉或义获嘉（IVOCLAR）瓷粉。

作为优选，所述的镍铬合金基底材料为镍铬合金或镍铬钛合金。

有益效果：

1、利用微波的活化烧结过程，促进瓷层烧结致密化；同时微波加热均匀，可实现材料中大区域的零梯度均匀加热，使烤瓷义齿内部热应力减少，从而减少开裂、变形倾向，可改善烤瓷义齿的微观结构均匀性和界面结合强度。此外，微波还具有加热效率高、升温速度快、安全、卫生、无污染等特点。

2、该工艺操作方便、工艺过程易于控制；料液可循环利用，无污染物排放；所需设备简单、工艺成本低，可连续生产，实现镍铬烤瓷义齿的规模生产。

具体实施方式

下面通过具体实施例进一步详述镍铬烤瓷义齿的电泳沉积-微波烧结复合加工方法。

实施例1

I．将70mL的乙醇和30mL水进行混合，1.5 g的维他（VITA VMK 95）瓷粉进行分散，经磁力搅拌、超声波振荡制备成悬浮液。

II．镍铬合金基底冠用砂纸打磨并经过喷砂预处理后，用丙酮、去离子水、乙醇分别超声清洗，干燥备用。在电泳沉积体系中镍铬合金基底冠作为阳极，铂片电极为阴极，电泳沉积电压40V，电极间的距离2 cm，电泳沉积时间15分钟。待沉积完毕后，取出试样置于电热鼓风干燥箱中，于60℃干燥8h。

III、采用微波加热的方法，将沉积好的镍铬合金烤瓷放入微波加热炉中，以50℃/min的升温速率升温至950℃，并保温2分钟；处理完后于炉中自然冷却到室温。采用本发明工艺制得的镍铬合金烤瓷金瓷结合强度达到55.4±4.63 MPa，相比传统烤瓷炉制得的镍铬合金烤瓷金瓷结合强度（51.1±4.13 MPa）提高了8.4%。

实施例2

I．将60mL的甲醇和40mL水进行混合，加入1.0 g的维他（VITA VMK 95）瓷粉进行分散，经磁力搅拌、超声波振荡制备成悬浮液。

II．镍铬合金基底冠用砂纸打磨并经过喷砂预处理后，用丙酮、去离子水、乙醇分别超声清洗，干燥备用。在电泳沉积体系中镍铬合金基底冠作为阳极，铂片电极为阴极，电泳沉积电压75 V，电极间的距离3 cm，电泳沉积时间20分钟。待沉积完毕后，取出试样置于电热鼓风干燥箱中，于60℃干燥8h。

III、采用微波加热的方法，将沉积好的镍铬合金烤瓷放入微波加热炉中，以90℃/min的升温速率升温至930℃，并保温3分钟；处理完后于炉中自然冷却到室温。采用本发明工艺制得的镍铬合金烤瓷金瓷结合强度达到53.2±4.31 MPa，相比传统烤瓷炉制得的镍铬合金烤瓷金瓷结合强度（51.1±4.13 MPa）提高了4.1%。

实施例3

I．将50mL的丙醇和50mL水进行混合，加入2.0g的松风（SHOFU，Vintage Halo）瓷粉进行分散，经磁力搅拌、超声波振荡制备成悬浮液。

II．镍铬合金基底冠用砂纸打磨并经过喷砂预处理后，用丙酮、去离子水、乙醇分别超声清洗，干燥备用。在电泳沉积体系中镍铬合金基底冠作为阳极，铂片或石墨电极为阴极，电泳沉积电压20V，电极间的距离1 cm，电泳沉积时间10分钟。待沉积完毕后，取出试样置于电热鼓风干燥箱中，于60℃干燥8h。

III、采用微波加热的方法，将沉积好的镍铬合金烤瓷放入微波加热炉中，以70℃/min的升温速率升温至900℃，并保温3分钟；处理完后于炉中自然冷却到室温。采用本发明工艺制得的镍铬合金烤瓷金瓷结合强度达到54.5±4.57 MPa，相比传统烤瓷炉制得的镍铬合金烤瓷金瓷结合强度（51.3±4.36 MPa）提高了6.2%。

实施例4

I．将40mL的丙酮和60mL水进行混合，加入4.0 g的贺利式（HeraCeram）瓷粉进行分散，经磁力搅拌、超声波振荡制备成悬浮液。

II．镍铬合金基底冠用砂纸打磨并经过喷砂预处理后，用丙酮、去离子水、乙醇分别超声清洗，干燥备用。在电泳沉积体系中镍铬合金基底冠作为阳极，铂片电极为阴极，电泳沉积电压45V，电极间的距离1.5 cm，电泳沉积时间12分钟。待沉积完毕后，取出试样置于电热鼓风干燥箱中，于60℃干燥8h。

III、采用微波加热的方法，将沉积好的镍铬合金烤瓷放入微波加热炉中，以80℃/min的升温速率升温至950℃，并保温4分钟；处理完后于炉中自然冷却到室温。采用本发明工艺制得的镍铬合金烤瓷金瓷结合强度达到53.7±4.71 MPa，相比传统烤瓷炉制得的镍铬合金烤瓷金瓷结合强度（50.8±3.93 MPa）提高了5.7%。

实施例5

I．将30mL的异丙醇和70mL水进行混合，加入8.0g的义获嘉（IVOCLAR IPSClassic）瓷粉进行分散，经磁力搅拌、超声波振荡制备成悬浮液。

II．镍铬合金基底冠用砂纸打磨并经过喷砂预处理后，用丙酮、去离子水、乙醇分别超声清洗，干燥备用。在电泳沉积体系中镍铬合金基底冠作为阳极，铂片电极为阴极，电泳沉积电压25V，电极间的距离1.5 cm，电泳沉积时间20分钟。待沉积完毕后，取出试样置于电热鼓风干燥箱中，于60℃干燥8h。

III、采用微波加热的方法，将沉积好的镍铬合金烤瓷放入微波加热炉中，以60℃/min的升温速率升温至950℃，并保温3分钟；处理完后于炉中自然冷却到室温。采用本发明工艺制得的镍铬合金烤瓷金瓷结合强度达到55.7±4.75 MPa，相比传统烤瓷炉制得的镍铬合金烤瓷金瓷结合强度（51.6±4.13 MPa）提高了7.9%。

实施例6

I．将20mL的乙醇和80mL水进行混合，加入3.5 g的登士柏（ceramco喜美乐）瓷粉进行分散，经磁力搅拌、超声波振荡制备成悬浮液。

II．镍铬合金基底冠瓷粉用砂纸打磨并经过喷砂预处理后，用丙酮、去离子水、乙醇分别超声清洗，干燥备用。在电泳沉积体系中镍铬合金基底冠作为阳极，铂片电极为阴极，电泳沉积电压10V，电极间的距离1 cm，电泳沉积时间30分钟。待沉积完毕后，取出试样置于电热鼓风干燥箱中，于60℃干燥8h。

III、采用微波加热的方法，将沉积好的镍铬合金烤瓷放入微波加热炉中，以50℃/min的升温速率升温至950℃，并保温4分钟；处理完后于炉中自然冷却到室温。采用本发明工艺制得的镍铬合金烤瓷金瓷结合强度达到54.9±4.59 MPa，相比传统烤瓷炉制得的镍铬合金烤瓷金瓷结合强度（50.7±4.13 MPa）提高了8.3%。

实施例7

I．将45mL的乙醇和55mL水进行混合，加入1.5 g的维他（VITA VMK 95）瓷粉进行分散，经磁力搅拌、超声波振荡制备成悬浮液。

II．镍铬合金基底冠用砂纸打磨并经过喷砂预处理后，用丙酮、去离子水、乙醇分别超声清洗，干燥备用。在电泳沉积体系中镍铬合金基底冠作为阳极，铂片电极为阴极，电泳沉积电压35 V，电极间的距离1 cm，电泳沉积时间5分钟。待沉积完毕后，取出试样置于电热鼓风干燥箱中，于60℃干燥8h。

III、采用微波加热的方法，将沉积好的镍铬合金烤瓷放入微波加热炉中，以50℃/min的升温速率升温至930℃，并保温4分钟；处理完后于炉中自然冷却到室温。采用本发明工艺制得的镍铬合金烤瓷金瓷结合强度达到55.6±4.33 MPa，相比传统烤瓷炉制得的镍铬合金烤瓷金瓷结合强度（51.1±4.13 MPa）提高了8.8%，且制备得到的涂层均匀致密。

Claims (6)

1.一种镍铬烤瓷义齿的电泳沉积-微波烧结复合加工方法，其特征在于：包括以下步骤：

第一步：将金属烤瓷粉加入到有机溶剂和水混合的分散介质中，超声波振荡制备成悬浮液；

第二步：以经过喷砂预处理的镍铬合金基底材料作为阳极，铂片或石墨电极为阴极，进行电泳沉积，控制沉积电压介于10V～100V之间；电泳沉积时间介于30秒钟～20分钟之间；电极间的距离介于1 cm ～ 5 cm；

第三步：将沉积好的烤瓷材料放入微波加热炉中，以50-100℃/min的升温速率升温至900-950℃，并保温1-5分钟；自然冷却至室温；

所述的金属烤瓷粉是维他瓷粉、贺利式瓷粉、松风瓷粉、登士柏瓷粉或义获嘉瓷粉，所述的镍铬合金基底材料为镍铬合金或镍铬钛合金。

2.根据权利要求1所述的镍铬烤瓷义齿的电泳沉积-微波烧结复合加工方法，其特征在于：悬浮液是将金属烤瓷粉分散到由乙醇和水配成的分散介质中，经磁力搅拌、超声波振荡制备而成。

3.根据权利要求1所述的镍铬烤瓷义齿的电泳沉积-微波烧结复合加工方法，其特征在于：第二步所述的镍铬合金基底材料用砂纸打磨并经过喷砂预处理后，用丙酮、去离子水、乙醇分别超声清洗，干燥后作为阳极。

4.根据权利要求1所述的镍铬烤瓷义齿的电泳沉积-微波烧结复合加工方法，其特征在于：第二步沉积完毕后将试样置于电热鼓风干燥箱中，于60℃干燥8h。

5.根据权利要求1所述的镍铬烤瓷义齿的电泳沉积-微波烧结复合加工方法，其特征在于：所述有机溶剂为乙醇、甲醇、丙酮、丙醇或异丙醇，有机溶剂和水的体积比为10:90～90:10。

6.根据权利要求1所述的镍铬烤瓷义齿的电泳沉积-微波烧结复合加工方法，其特征在于：金属烤瓷粉在分散介质中的浓度为5g/L～200g/L。