CN112028626A - 氧化锆生物活性陶瓷的制备方法 - Google Patents

氧化锆生物活性陶瓷的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112028626A
CN112028626A CN202010766880.9A CN202010766880A CN112028626A CN 112028626 A CN112028626 A CN 112028626A CN 202010766880 A CN202010766880 A CN 202010766880A CN 112028626 A CN112028626 A CN 112028626A
Authority
CN
China
Prior art keywords
zirconia
solid
bioactive
calcium
binder
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202010766880.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112028626B (zh
Inventor
李金仁
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shandong Jinshanhe New Material Technology Co ltd
Original Assignee
Shandong Jinshanhe New Material Technology Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shandong Jinshanhe New Material Technology Co ltd filed Critical Shandong Jinshanhe New Material Technology Co ltd
Priority to CN202010766880.9A priority Critical patent/CN112028626B/zh
Publication of CN112028626A publication Critical patent/CN112028626A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112028626B publication Critical patent/CN112028626B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/48Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on zirconium or hafnium oxides, zirconates, zircon or hafnates
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/63Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B using additives specially adapted for forming the products, e.g.. binder binders
    • C04B35/632Organic additives
    • C04B35/636Polysaccharides or derivatives thereof
    • C04B35/6365Cellulose or derivatives thereof
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/64Burning or sintering processes
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B41/00After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
    • C04B41/45Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements
    • C04B41/50Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with inorganic materials
    • C04B41/5025Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with inorganic materials with ceramic materials
    • C04B41/5035Silica
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B41/00After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
    • C04B41/80After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone of only ceramics
    • C04B41/81Coating or impregnation
    • C04B41/85Coating or impregnation with inorganic materials
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3217Aluminum oxide or oxide forming salts thereof, e.g. bauxite, alpha-alumina
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3224Rare earth oxide or oxide forming salts thereof, e.g. scandium oxide
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3224Rare earth oxide or oxide forming salts thereof, e.g. scandium oxide
    • C04B2235/3229Cerium oxides or oxide-forming salts thereof

Abstract

本发明属于生物活性陶瓷材料技术领域,具体的涉及一种氧化锆生物活性陶瓷的制备方法。锆英砂与氯气和氢气的混合气反应制备ZrCl4固体和气态SiCl4;气态SiCl4水解冷却结晶得到固态二氧化硅;ZrCl4固体与无水正丁醇反应制备固体氧化锆;固体氧化锆、稀土氧化物、氧化铝粉体与粘结剂制备成氧化锆陶瓷基体,基体于1350‑1450℃下煅烧活化;制备钙磷生物活性浆料,然后将浆料喷涂到陶瓷基体上形成涂层,并于950‑1250℃温度下煅烧3‑6h,即得到氧化锆生物活性陶瓷。采用本发明所述方法制备得到的氧化锆生物活性陶瓷,生物活性高,力学性能好,涂层与基体结合牢固,应用前景广阔。

Description

氧化锆生物活性陶瓷的制备方法
技术领域
本发明属于生物活性陶瓷材料技术领域,具体的涉及一种氧化锆生物活性陶瓷的制备方法。
背景技术
随着材料科技的发展,生物材料因其对基体组织进行修复、替代与再生的特殊性能,已经成为当今生物医学领域重要的研究方向之一。生物硬组织代用材料最早是使用体骨、动物骨,后来发展到采用不锈钢和塑钢。由于不锈钢存在溶析、腐蚀和疲劳等问题,塑料存在稳定性差与强度低等问题,造成生物材料发展的瓶颈,但是生物陶瓷的出现,改善了现有替代材料自身的不足,具有广阔的发展前景。
生物活性陶瓷主要包括羟基磷灰石、磷酸三钙、生物活性玻璃以及硅酸钙等,由于具有优良的生物活性、生物相容性、骨传导甚至骨诱导作用,能够在生理环境中逐步降解和吸收,在骨组织工程领域展现出了极为广阔的发展前景。但生物陶瓷材料本身强度低、韧性差,对缺陷十分敏感,导致其使用可靠性和可重复性差,不能在人体承受部位单独使用。因此,发展一种力学性能和生物活性完美结合的陶瓷材料成为骨组织工程领域的研究重点与热点。
发明内容
本发明的目的是:提供一种氧化锆生物活性陶瓷的制备方法。采用该方法制备的生物活性陶瓷具有良好的生物活性与力学性能。
本发明所述的氧化锆生物活性陶瓷的制备方法,由以下步骤组成:
(1)将锆英砂、氯气和氢气的混合气在500-600℃反应4.5-6h,然后升温至1150-1250℃继续反应4-4.5h,最后降温至220-250℃,得到ZrCl4固体和气态SiCl4
(2)将步骤(1)制备得到的气态SiCl4于1350-1500℃水解,降温至200-300℃冷却结晶,得到固态二氧化硅;
(3)将步骤(1)制备得到的ZrCl4固体与无水正丁醇在120-150℃反应3.5-4h,并以20-50℃/h的升温速率将温度升高至200-250℃,反应2.5-4h,反应结束后经后处理制备得到固体氧化锆;
(4)将固体氧化锆、稀土氧化物、氧化铝粉体与粘结剂制备成氧化锆陶瓷基体,基体于1350-1450℃煅烧活化100-120min;
(5)将含磷化合物与含钙化合物混合,制备得到混合料,加入步骤(2)制备得到的固态二氧化硅和表面活性剂进行球磨得到浆料,然后将浆料喷涂到步骤(4)活化后的陶瓷基体上形成涂层,并于950-1250℃温度下煅烧3-6h,即得到氧化锆生物活性陶瓷。
其中:
步骤(1)中所述的于500-600℃温度下,锆英砂中含有的杂质金属Al、Fe、Ca等与Cl2反应生成气态氯化物,生成的气态氯化物经碱液吸收从锆英砂中除去,所述的碱液为氢氧化钠、氨水或碳酸钠中的一种。
步骤(1)中所述的降温至220-250℃,将1150-1250℃温度下反应生成的ZrCl4气体与SiCl4气体分离,ZrCl4由气态转变为固体,而SiCl4保持气态。
步骤(3)中所述的后处理为反应结束后进行抽滤,然后对抽滤产物在350-400℃下干燥2.5-3h,制备得到固体氧化锆。
步骤(4)中所述的稀土氧化物为CeO2或Er2O3中的一种或两种,加入稀土氧化物,抑制烧结工序中晶粒的长大,进一步提高制备的氧化锆陶瓷的机械性能。
步骤(4)中所述的将固体氧化锆、稀土氧化物、氧化铝粉体与粘结剂混合均匀,得到混合料,混合料经干压成型和冷等静压成型,得到氧化锆陶瓷基体。
其中:所述的粘结剂为聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇、甲基纤维素或羧甲基纤维素中的一种;粘结剂的加入量为固体氧化锆、稀土氧化物、氧化铝粉体与粘结剂四者质量和的1-3%。
所述的干压成型的压力为50-55MPa,时间为25-35s,冷等静压成型的压力为30-35MPa,时间为60-80s。
步骤(5)中所述的含钙化合物为硝酸钙、氯化钙、碳酸钙或磷酸钙中的一种;所述的含磷化合物为磷酸氢二胺。
步骤(5)中所述的将含磷溶液滴加到含钙溶液中,氨水调节pH为8-10,形成沉淀后陈化24-48h,去离子水洗涤至中性;然后于800-850℃温度下煅烧2-3h,将烧制后的样品以水为介质进行湿法球磨,球磨时间为50-60min,制备得到混合料。
步骤(5)中所述的加入固态二氧化硅和表面活性剂进行球磨,球磨时间为10-12h,频率为40Hz,得到浆料。
所述的表面活性剂为单硬脂酸甘油酯或丙二醇脂肪酸酯中的一种与聚乙烯醇的混合物。
本发明与现有技术相比,具有以下有益效果:
(1)本发明所述的氧化锆生物活性陶瓷的制备方法,制备工艺简单,设计合理,成本低,可以实现工业化生产。
(2)采用本发明所述方法制备得到的氧化锆生物活性陶瓷,生物活性高,力学性能好,涂层与基体结合牢固,应用前景广阔。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步描述。
实施例1
本实施例1所述的氧化锆生物活性陶瓷的制备方法,由以下步骤组成:
(1)将锆英砂、氯气和氢气的混合气在550℃反应5.0h,然后升温至1200℃继续反应4.2h,最后降温至230℃,得到ZrCl4固体和气态SiCl4
(2)将步骤(1)制备得到的气态SiCl4于1400℃水解,降温至250℃冷却结晶,得到固态二氧化硅;
(3)将步骤(1)制备得到的ZrCl4固体与无水正丁醇在135℃反应4h,并以20℃/h的升温速率将温度升高至250℃,反应3.0h,反应结束后经后处理制备得到固体氧化锆;
(4)将固体氧化锆、稀土氧化物、氧化铝粉体与粘结剂制备成氧化锆陶瓷基体,基体于1400℃煅烧活化120min;
(5)将含磷化合物与含钙化合物混合,制备得到混合料,加入步骤(2)制备得到的固态二氧化硅和表面活性剂进行球磨得到浆料,然后将浆料喷涂到步骤(4)活化后的陶瓷基体上形成涂层,并于1250℃温度下煅烧3h,即得到氧化锆生物活性陶瓷。
其中:
步骤(1)中所述的于550℃温度下,锆英砂中含有的杂质金属Al、Fe、Ca等与Cl2反应生成气态氯化物,生成的气态氯化物经碱液吸收从锆英砂中除去,所述的碱液为氢氧化钠。
步骤(3)中所述的后处理为反应结束后进行抽滤,然后对抽滤产物在350℃温度下干燥3h,制备得到固体氧化锆。
步骤(4)中所述的稀土氧化物为CeO2
步骤(4)中所述的将固体氧化锆、稀土氧化物、氧化铝粉体与粘结剂混合均匀,得到混合料,混合料经干压成型和冷等静压成型,得到氧化锆陶瓷基体。
其中:所述的粘结剂为聚乙烯吡咯烷酮;粘结剂的加入量为固体氧化锆、稀土氧化物、氧化铝粉体与粘结剂四者质量和的1%。
所述的干压成型的压力为50MPa,时间为35s,冷等静压成型的压力为30MPa,时间为80s。
步骤(5)中所述的含钙化合物为硝酸钙、氯化钙、碳酸钙或磷酸钙中的一种;所述的含磷化合物为磷酸氢二胺。
步骤(5)中所述的将含磷溶液滴加到含钙溶液中,氨水调节pH为10,形成沉淀后陈化24h,去离子水洗涤至中性;然后于850℃温度下煅烧3h,将烧制后的样品以水为介质进行湿法球磨,球磨时间为60min,制备得到混合料。
步骤(5)中所述的加入固态二氧化硅和表面活性剂进行球磨,球磨时间为12h,频率为40Hz,得到浆料。
所述的表面活性剂为单硬脂酸甘油酯与聚乙烯醇的混合物。
对实施例1制备的氧化锆生物活性陶瓷进行性能测试,涂层与基体的结合强度为100MPa,氧化锆生物活性陶瓷的抗压强度为57.8MPa,断裂韧性为17.2MPa·m1/2
实施例2
本实施例2所述的氧化锆生物活性陶瓷的制备方法,由以下步骤组成:
(1)将锆英砂、氯气和氢气的混合气在600℃反应4.5h,然后升温至1250℃继续反应4.0h,最后降温至250℃,得到ZrCl4固体和气态SiCl4
(2)将步骤(1)制备得到的气态SiCl4于1500℃水解,降温至300℃冷却结晶,得到固态二氧化硅;
(3)将步骤(1)制备得到的ZrCl4固体与无水正丁醇在135℃反应3.5h,并以50℃/h的升温速率将温度升高至250℃,反应4.0h,反应结束后经后处理制备得到固体氧化锆;
(4)将固体氧化锆、稀土氧化物、氧化铝粉体与粘结剂制备成氧化锆陶瓷基体,基体于1450℃煅烧活化100min;
(5)将含磷化合物与含钙化合物混合,制备得到混合料,加入步骤(2)制备得到的固态二氧化硅和表面活性剂进行球磨得到浆料,然后将浆料喷涂到步骤(4)活化后的陶瓷基体上形成涂层,并于1100℃温度下煅烧4.5h,即得到氧化锆生物活性陶瓷。
其中:
步骤(1)中所述的于600℃温度下,锆英砂中含有的杂质金属Al、Fe、Ca等与Cl2反应生成气态氯化物,生成的气态氯化物经碱液吸收从锆英砂中除去,所述的碱液为氢氧化钠。
步骤(3)中所述的后处理为反应结束后进行抽滤,然后对抽滤产物在400℃温度下干燥2.5h,制备得到固体氧化锆。
步骤(4)中所述的稀土氧化物为Er2O3
步骤(4)中所述的将固体氧化锆、稀土氧化物、氧化铝粉体与粘结剂混合均匀,得到混合料,混合料经干压成型和冷等静压成型,得到氧化锆陶瓷基体。
其中:所述的粘结剂为甲基纤维素;粘结剂的加入量为固体氧化锆、稀土氧化物、氧化铝粉体与粘结剂四者质量和的3%。
所述的干压成型的压力为55MPa,时间为25s,冷等静压成型的压力为35MPa,时间为60s。
步骤(5)中所述的含钙化合物为磷酸钙;所述的含磷化合物为磷酸氢二胺。
步骤(5)中所述的将含磷溶液滴加到含钙溶液中,氨水调节pH为10,形成沉淀后陈化48h,去离子水洗涤至中性;然后于820℃温度下煅烧3h,将烧制后的样品以水为介质进行湿法球磨,球磨时间为60min,制备得到混合料。
步骤(5)中所述的加入固态二氧化硅和表面活性剂进行球磨,球磨时间为12h,频率为40Hz,得到浆料。
所述的表面活性剂为丙二醇脂肪酸酯与聚乙烯醇的混合物。
对实施例2制备的氧化锆生物活性陶瓷进行性能测试,涂层与基体的结合强度为115MPa,氧化锆生物活性陶瓷的抗压强度为62.3MPa,断裂韧性为20.2MPa·m1/2
实施例3
本实施例3所述的氧化锆生物活性陶瓷的制备方法,由以下步骤组成:
(1)将锆英砂、氯气和氢气的混合气在500℃反应6.0h,然后升温至1150℃继续反应4.5h,最后降温至220℃,得到ZrCl4固体和气态SiCl4
(2)将步骤(1)制备得到的气态SiCl4于1350℃水解,降温至200℃冷却结晶,得到固态二氧化硅;
(3)将步骤(1)制备得到的ZrCl4固体与无水正丁醇在120℃反应4h,并以35℃/h的升温速率将温度升高至220℃,反应3.5h,反应结束后经后处理制备得到固体氧化锆;
(4)将固体氧化锆、稀土氧化物、氧化铝粉体与粘结剂制备成氧化锆陶瓷基体,基体于1350℃煅烧活化110min;
(5)将含磷化合物与含钙化合物混合,制备得到混合料,加入步骤(2)制备得到的固态二氧化硅和表面活性剂进行球磨得到浆料,然后将浆料喷涂到步骤(4)活化后的陶瓷基体上形成涂层,并于950℃温度下煅烧5h,即得到氧化锆生物活性陶瓷。
其中:
步骤(1)中所述的于500℃温度下,锆英砂中含有的杂质金属Al、Fe、Ca等与Cl2反应生成气态氯化物,生成的气态氯化物经碱液吸收从锆英砂中除去,所述的碱液为氨水。
步骤(3)中所述的后处理为反应结束后进行抽滤,然后对抽滤产物在350℃温度下干燥2.5h,制备得到固体氧化锆。
步骤(4)中所述的稀土氧化物为CeO2与Er2O3的混合物。
步骤(4)中所述的将固体氧化锆、稀土氧化物、氧化铝粉体与粘结剂混合均匀,得到混合料,混合料经干压成型和冷等静压成型,得到氧化锆陶瓷基体。
其中:所述的粘结剂为羧甲基纤维素;粘结剂的加入量为固体氧化锆、稀土氧化物、氧化铝粉体与粘结剂四者质量和的1%。
所述的干压成型的压力为52MPa,时间为30s,冷等静压成型的压力为32MPa,时间为70s。
步骤(5)中所述的含钙化合物为氯化钙;所述的含磷化合物为磷酸氢二胺。
步骤(5)中所述的将含磷溶液滴加到含钙溶液中,氨水调节pH为10,形成沉淀后陈化40h,去离子水洗涤至中性;然后于830℃温度下煅烧3h,将烧制后的样品以水为介质进行湿法球磨,球磨时间为60min,制备得到混合料。
步骤(5)中所述的加入固态二氧化硅和表面活性剂进行球磨,球磨时间为12h,频率为40Hz,得到浆料。
所述的表面活性剂为单硬脂酸甘油酯与聚乙烯醇的混合物。
对实施例3制备的氧化锆生物活性陶瓷进行性能测试,涂层与基体的结合强度为108MPa,氧化锆生物活性陶瓷的抗压强度为60.5MPa,断裂韧性为18.7MPa·m1/2
对比例1
本对比例1所述的氧化锆生物活性陶瓷的制备方法,由以下步骤组成:
(1)将锆英砂、氯气和氢气的混合气在600℃反应4.5h,然后升温至1250℃继续反应4.0h,最后降温至250℃,得到ZrCl4固体和气态SiCl4
(2)将步骤(1)制备得到的气态SiCl4于1500℃水解,降温至300℃冷却结晶,得到固态二氧化硅;
(3)将步骤(1)制备得到的ZrCl4固体与无水正丁醇在135℃反应3.5h,并以50℃/h的升温速率将温度升高至250℃,反应4.0h,反应结束后经后处理制备得到固体氧化锆;
(4)将固体氧化锆、氧化铝粉体与粘结剂制备成氧化锆陶瓷基体,基体于1450℃煅烧活化100min;
(5)将含磷化合物与含钙化合物混合,制备得到混合料,加入步骤(2)制备得到的固态二氧化硅和表面活性剂进行球磨得到浆料,然后将浆料喷涂到步骤(4)活化后的陶瓷基体上形成涂层,并于1100℃温度下煅烧4.5h,即得到氧化锆生物活性陶瓷。
其中:
步骤(1)中所述的于600℃温度下,锆英砂中含有的杂质金属Al、Fe、Ca等与Cl2反应生成气态氯化物,生成的气态氯化物经碱液吸收从锆英砂中除去,所述的碱液为氢氧化钠。
步骤(3)中所述的后处理为反应结束后进行抽滤,然后对抽滤产物在400℃温度下干燥2.5h,制备得到固体氧化锆。
步骤(4)中所述的将固体氧化锆、氧化铝粉体与粘结剂混合均匀,得到混合料,混合料经干压成型和冷等静压成型,得到氧化锆陶瓷基体。
其中:所述的粘结剂为甲基纤维素;粘结剂的加入量为固体氧化锆、氧化铝粉体与粘结剂四者质量和的3%。
所述的干压成型的压力为55MPa,时间为25s,冷等静压成型的压力为35MPa,时间为60s。
步骤(5)中所述的含钙化合物为磷酸钙;所述的含磷化合物为磷酸氢二胺。
步骤(5)中所述的将含磷溶液滴加到含钙溶液中,氨水调节pH为10,形成沉淀后陈化48h,去离子水洗涤至中性;然后于820℃温度下煅烧3h,将烧制后的样品以水为介质进行湿法球磨,球磨时间为60min,制备得到混合料。
步骤(5)中所述的加入固态二氧化硅和表面活性剂进行球磨,球磨时间为12h,频率为40Hz,得到浆料。
所述的表面活性剂为丙二醇脂肪酸酯与聚乙烯醇的混合物。
对对比例1制备的氧化锆生物活性陶瓷进行性能测试,涂层与基体的结合强度为50MPa,氧化锆生物活性陶瓷的抗压强度为30.2MPa,断裂韧性为6.5MPa·m1/2
对比例2
本对比例2所述的氧化锆生物活性陶瓷的制备方法,由以下步骤组成:
(1)将锆英砂、氯气和氢气的混合气在600℃反应4.5h,然后升温至1250℃继续反应4.0h,降温至250℃,得到ZrCl4固体和气态SiCl4
(2)将步骤(1)制备得到的气态SiCl4于1500℃进行水解,降温至300℃进行冷却结晶,得到固态二氧化硅;
(3)将步骤(1)制备得到的ZrCl4固体与无水正丁醇在135℃反应3.5h,并以50℃/h的升温速率将温度升高至250℃,反应4.0h,反应结束后经后处理制备得到固体氧化锆;
(4)将固体氧化锆、稀土氧化物、氧化铝粉体与粘结剂制备成氧化锆陶瓷基体,基体于1450℃进行煅烧活化100min;
(5)将含磷化合物与含钙化合物混合,制备得到混合料,加入步骤(2)制备得到的固态二氧化硅和PEG600进行球磨得到浆料,然后将浆料喷涂到步骤(4)活化后的陶瓷基体上形成涂层,并于1100℃温度下进行煅烧4.5h,即得到氧化锆生物活性陶瓷。
其中:
步骤(1)中所述的于600℃温度下,锆英砂中含有的杂质金属Al、Fe、Ca等与Cl2反应生成气态氯化物,生成的气态氯化物经碱液吸收从锆英砂中除去,所述的碱液为氢氧化钠。
步骤(3)中所述的后处理为反应结束后进行抽滤,然后对抽滤产物在400℃温度下进行干燥2.5h,制备得到固体氧化锆。
步骤(4)中所述的稀土氧化物为Er2O3
步骤(4)中所述的将固体氧化锆、稀土氧化物、氧化铝粉体与粘结剂混合均匀,得到混合料,混合料经干压成型和冷等静压成型,得到氧化锆陶瓷基体。
其中:所述的粘结剂为甲基纤维素;粘结剂的加入量为固体氧化锆、稀土氧化物、氧化铝粉体与粘结剂四者质量和的3%。
所述的干压成型的压力为55MPa,时间为25s,冷等静压成型的压力为35MPa,时间为60s。
步骤(5)中所述的含钙化合物为磷酸钙;所述的含磷化合物为磷酸氢二胺。
步骤(5)中所述的将含磷溶液滴加到含钙溶液中,氨水调节pH为10,形成沉淀后陈化48h,去离子水洗涤至中性;然后于820℃温度下煅烧3h,将烧制后的样品以水为介质进行湿法球磨,球磨时间为60min,制备得到混合料。
步骤(5)中所述的加入固态二氧化硅和PEG600进行球磨,球磨时间为12h,频率为40Hz,得到浆料。
对对比例2制备的氧化锆生物活性陶瓷进行性能测试,涂层与基体的结合强度为55MPa,氧化锆生物活性陶瓷的抗压强度为33.7MPa,断裂韧性为7.5MPa·m1/2

Claims (10)

1.一种氧化锆生物活性陶瓷的制备方法,其特征在于:由以下步骤组成:
(1)将锆英砂、氯气和氢气的混合气在500-600℃反应4.5-6h,然后升温至1150-1250℃继续反应4-4.5h,最后降温至220-250℃,得到ZrCl4固体和气态SiCl4
(2)将步骤(1)制备得到的气态SiCl4于1350-1500℃水解,降温至200-300℃冷却结晶,得到固态二氧化硅;
(3)将步骤(1)制备得到的ZrCl4固体与无水正丁醇在120-150℃反应3.5-4h,并以20-50℃/h的升温速率将温度升高至200-250℃,反应2.5-4h,反应结束后经后处理制备得到固体氧化锆;
(4)将固体氧化锆、稀土氧化物、氧化铝粉体与粘结剂制备成氧化锆陶瓷基体,基体于1350-1450℃煅烧活化100-120min;
(5)将含磷化合物与含钙化合物混合,制备得到混合料,加入步骤(2)制备得到的固态二氧化硅和表面活性剂进行球磨得到浆料,然后将浆料喷涂到步骤(4)活化后的陶瓷基体上形成涂层,并于950-1250℃温度下煅烧3-6h,即得到氧化锆生物活性陶瓷。
2.根据权利要求1所述的氧化锆生物活性陶瓷的制备方法,其特征在于:步骤(1)中所述的于500-600℃温度下,锆英砂中含有的杂质金属与Cl2反应生成气态氯化物,生成的气态氯化物经碱液吸收从锆英砂中除去,所述的碱液为氢氧化钠、氨水或碳酸钠中的一种。
3.根据权利要求1所述的氧化锆生物活性陶瓷的制备方法,其特征在于:步骤(3)中所述的后处理为反应结束后进行抽滤,然后对抽滤产物在350-400℃温度下干燥2.5-3h,制备得到固体氧化锆。
4.根据权利要求1所述的氧化锆生物活性陶瓷的制备方法,其特征在于:步骤(4)中所述的稀土氧化物为CeO2或Er2O3中的一种或两种。
5.根据权利要求1所述的氧化锆生物活性陶瓷的制备方法,其特征在于:步骤(4)中所述的将固体氧化锆、稀土氧化物、氧化铝粉体与粘结剂混合均匀,得到混合料,混合料经干压成型和冷等静压成型,得到氧化锆陶瓷基体。
6.根据权利要求5所述的氧化锆生物活性陶瓷的制备方法,其特征在于:所述的粘结剂为聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇、甲基纤维素或羧甲基纤维素中的一种;粘结剂的加入量为固体氧化锆、稀土氧化物、氧化铝粉体与粘结剂四者质量和的1-3%。
7.根据权利要求5所述的氧化锆生物活性陶瓷的制备方法,其特征在于:所述的干压成型的压力为50-55MPa,时间为25-35s,冷等静压成型的压力为30-35MPa,时间为60-80s。
8.根据权利要求1所述的氧化锆生物活性陶瓷的制备方法,其特征在于:步骤(5)中所述的含钙化合物为硝酸钙、氯化钙、碳酸钙或磷酸钙中的一种;所述的含磷化合物为磷酸氢二胺。
9.根据权利要求1所述的氧化锆生物活性陶瓷的制备方法,其特征在于:步骤(5)中所述的将含磷溶液滴加到含钙溶液中,氨水调节pH为8-10,形成沉淀后陈化24-48h,去离子水洗涤至中性;然后于800-850℃温度下煅烧2-3h,将烧制后的样品以水为介质进行湿法球磨,球磨时间为50-60min,制备得到混合料。
10.根据权利要求1所述的氧化锆生物活性陶瓷的制备方法,其特征在于:步骤(5)中所述的加入固态二氧化硅和表面活性剂进行球磨,球磨时间为10-12h,频率为40Hz,得到浆料;所述的表面活性剂为单硬脂酸甘油酯或丙二醇脂肪酸酯中的一种与聚乙烯醇的混合物。
CN202010766880.9A 2020-08-03 2020-08-03 氧化锆生物活性陶瓷的制备方法 Active CN112028626B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010766880.9A CN112028626B (zh) 2020-08-03 2020-08-03 氧化锆生物活性陶瓷的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010766880.9A CN112028626B (zh) 2020-08-03 2020-08-03 氧化锆生物活性陶瓷的制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112028626A true CN112028626A (zh) 2020-12-04
CN112028626B CN112028626B (zh) 2022-08-02

Family

ID=73583782

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010766880.9A Active CN112028626B (zh) 2020-08-03 2020-08-03 氧化锆生物活性陶瓷的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112028626B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113860338A (zh) * 2021-11-01 2021-12-31 上海翰军实验设备有限公司 一种高纯无水氯化铍的制备和提纯装置及方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101554491A (zh) * 2009-05-27 2009-10-14 四川大学 液相热喷涂制备生物活性玻璃涂层的方法
CN102180516A (zh) * 2011-03-15 2011-09-14 宣城晶瑞新材料有限公司 高分散性纳米氧化锆的非水溶胶凝胶制备方法
CN105502423A (zh) * 2016-01-28 2016-04-20 郭志斌 一种生产高档锆英砂的方法
CN105565377A (zh) * 2015-12-31 2016-05-11 淄博广通化工有限责任公司 锆英砂沸腾氯化制备四氯化锆副产四氯化硅的方法
CN106904962A (zh) * 2017-02-28 2017-06-30 华南理工大学 一种生物活性氧化锆牙科陶瓷材料的制备方法
KR20170115763A (ko) * 2016-04-08 2017-10-18 전남대학교산학협력단 생체활성글라스를 포함하는 지르코니아 임플란트 및 이의 제조 방법
CN108652984A (zh) * 2018-06-08 2018-10-16 东华大学 一种羟基磷灰石纳米纤维增强硅基齿科修复复合树脂及其制备方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101554491A (zh) * 2009-05-27 2009-10-14 四川大学 液相热喷涂制备生物活性玻璃涂层的方法
CN102180516A (zh) * 2011-03-15 2011-09-14 宣城晶瑞新材料有限公司 高分散性纳米氧化锆的非水溶胶凝胶制备方法
CN105565377A (zh) * 2015-12-31 2016-05-11 淄博广通化工有限责任公司 锆英砂沸腾氯化制备四氯化锆副产四氯化硅的方法
CN105502423A (zh) * 2016-01-28 2016-04-20 郭志斌 一种生产高档锆英砂的方法
KR20170115763A (ko) * 2016-04-08 2017-10-18 전남대학교산학협력단 생체활성글라스를 포함하는 지르코니아 임플란트 및 이의 제조 방법
CN106904962A (zh) * 2017-02-28 2017-06-30 华南理工大学 一种生物活性氧化锆牙科陶瓷材料的制备方法
CN108652984A (zh) * 2018-06-08 2018-10-16 东华大学 一种羟基磷灰石纳米纤维增强硅基齿科修复复合树脂及其制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
刘艳等: "氧化锆坯体钙磷液改性氧化锆陶瓷表面钙磷结晶的制备", 《北京口腔医学》 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113860338A (zh) * 2021-11-01 2021-12-31 上海翰军实验设备有限公司 一种高纯无水氯化铍的制备和提纯装置及方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN112028626B (zh) 2022-08-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2010103989A (ru) Керамический материал и способ его получения
CN104086174A (zh) 透光性氧化锆烧结体、其生产方法及其用途
WO2008013099A1 (fr) Zircone frittée ayant une transmission de lumière élevée et une résistance élevée, son utilisation et son procédé de fabrication
CN112028626B (zh) 氧化锆生物活性陶瓷的制备方法
CN104649655A (zh) 一种水泥磨专用低密度研磨球的制备方法
CN105854080A (zh) 一种氧化锆牙种植体表面处理方法
CN111204802A (zh) 黑色钇稳定氧化锆粉体的制备方法
CN101143783A (zh) 一种氧化锆增韧莫来石陶瓷材料及制备方法
CN101962287A (zh) 可加工的氧化铝基复合陶瓷材料及其制备方法
CN104649654A (zh) 一种水泥磨专用低密度研磨柱的制备方法
CN110054490A (zh) 一种采用核壳结构粉体制备yag透明陶瓷的方法
CN111233468B (zh) 结构件用钇稳定锆粉的制备方法
CN114672756A (zh) 一种高熵超高温氧化锆基热障涂层材料及其制备方法和应用、氧化锆基热障涂层
CN107285770A (zh) 一种纯度高形貌均匀的锆酸镧钆粉体及透明陶瓷制备方法
CN108339148B (zh) 一种具有高效凝血功能的介孔二氧化硅基复合微球及其制备方法
CN101250058A (zh) 一种氧化铝基生物活性陶瓷复合材料
CN111410443A (zh) 一种MgO-CaO-ZrO2砂的制备方法
CN114656260A (zh) 一种医用高透氧化锆陶瓷烧结体的制备方法及应用
CN108379589A (zh) 一种羟基磷灰石/氧化石墨烯复合材料的制备方法
CN110078038B (zh) 一种羟基磷灰石及其制备方法与应用
CN101209925A (zh) 氧化铝/氧化钛复相精细陶瓷材料的改性方法
CN116535196A (zh) 一种氧化铝陶瓷的制备方法与应用
CN101757683A (zh) 一种医用多孔氧化铝基陶瓷复合材料
CN100372807C (zh) 一种纳米生物陶瓷人工关节的成形方法
CN114409390A (zh) 一种锶掺杂硼硅酸钙陶瓷及其制备方法和应用

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant