TW201436770A - 氧化鋯坯體的著色方法 - Google Patents
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Abstract
本發明提出之氧化鋯坯體的著色方法，含有下述步驟：溼式混合混合物，以製得混合漿料，而混合物含有氧化鋯粉體、氧化鋁粉體、雲母粉體、硝酸鐵粉體及黏著劑；乾燥混合漿料，以取得結塊體，而結塊體為氧化鋯粉體、氧化鋁粉體、硝酸鐵粉體及雲母粉體透過黏著劑相互黏合而組成的；研磨過篩結塊體，以形成粉體；加壓成型粉體，以形成塊體；以及於800至1100℃下，鍛燒塊體，以製得氧化鋯坯體。
Description
本發明攸關一種氧化鋯坯體的著色方法，其中此方法得到的坯體可適用於膺復牙科材料的製造過程。
氧化鋯(化學式為ZrO2，又稱「二氧化鋯」、「鋯酸酐」)是一種具備高熔點、高沸點、高生物相容性、高化學穩定性及高結構強度、硬度、韌性等性質的陶瓷材料，且已廣泛地應用在不同產業中，像是機械、電子、電機、建築、航太或生物醫學。
氧化鋯於生物醫學產業中最普遍的應用例子，是作為膺復牙科材料的原料。目前，氧化鋯為原料之膺復牙科材料的製造過程如下：(1)將氧化鋯坯體切削；(2)塗佈含有鋇、鋅或鐵元素的化合物為著色劑於切削後的坯體，以對坯體著色；(3)於高溫下燒結著色後的坯體。透過此製造過程可賦予膺復牙科材料光澤而接近於天然牙，但此製造過程的燒結溫度往往會影響膺復牙科材料的光澤。也就是說，燒結溫度的不同可能會造成膺復牙科材料的光澤不同，因而使此製造過程無法應用於膺復牙科材料的大規模製程。
職是之故，針對目前膺復牙科材料的製造過程所存在的問
題，開發一種新穎之氧化鋯坯體的著色方法，乃為本技術領域相關人士迫切解決的問題之一。
本發明之一方案提出一種氧化鋯坯體的著色方法，其包含下述步驟：溼式混合一混合物，以製得一混合漿料，而混合物含有一氧化鋯粉體、一氧化鋁粉體、一雲母粉體、一硝酸鐵粉體及一黏著劑；乾燥混合漿料，以取得一結塊體，而結塊體為氧化鋯粉體、氧化鋁粉體、硝酸鐵粉體及雲母粉體透過黏著劑相互黏合而組成的；研磨過篩結塊體，以形成一粉體；加壓成型粉體，以形成一塊體；以及於800至1100℃下，鍛燒塊體，以製得氧化鋯坯體。
根據本發明，硝酸鐵粉體可以對氧化鋯坯體著色，所以此坯體可以直接進行後續步驟來製備成膺復牙科材料，不須塗佈著色劑於坯體。
本發明之另一方案提出一種膺復牙科材料的製造方法，其包含下述步驟：切削一氧化鋯坯體，而氧化鋯坯體是利用前述之方法製得的；以及於1300至1450℃下，燒結切削後的氧化鋯坯體，以製得膺復牙科材料。
第1圖為製備例1至4得到之氧化鋯坯體的X光繞射分析(X-ray Diffraction，XRD)結果圖。
第2(A)至2(D)圖依序為製備例1至4得到之燒結體的掃描式電子顯微鏡分析(scanning electron microscopc，SEM)結果圖。
第3(A)至3(D)圖依序為製備例1至4得到之燒結體的X光繞射分析
結果圖。
第4圖為製備例1至4得到之燒結體的收縮率結果圖。
第5(A)及5(B)圖為製備例1至4得到之燒結體的色度儀分析結果圖。
第6圖為製備例1至4得到之燒結體的維氏硬度分析(Vickers hardness test)結果圖。
為讓本發明上述及/或其他目的、功效、特徵更能明顯易懂，下文特舉較佳實施例，作詳細說明。
於本發明之一實施例中，揭示一種氧化鋯坯體的著色方法，茲如下所述。
首先，溼式混合一混合物，以製得一混合漿料，而混合物含有一氧化鋯粉體、一氧化鋁粉體、一雲母粉體、一硝酸鐵粉體及一黏著劑。詳細地說，溼式混合時，是將混合物與一液體利用溼式球磨法均勻混合，以製得混合漿料。
特別提出的是，黏著劑可於後續乾燥步驟中，黏著氧化鋯粉體、氧化鋁粉體、硝酸鐵粉體及雲母粉體而組成後續的結塊體。而黏著劑的例子，可以為但不限於聚乙烯醇(polyvinyl alcohol)。此外，以混合物的總重量為基準，氧化鋯粉體的重量百分比為75至94.5%，氧化鋁粉體的重量百分比為0.1至1%，雲母粉體的重量百分比為5至20%，硝酸鐵粉體的重量百分比為0.1至1%，黏著劑的重量百分比為0.3至3%。
接著，乾燥混合漿料，以取得一結塊體，而結塊體是氧化鋯粉體、氧化鋁粉體、硝酸鐵粉體及雲母粉體透過黏著劑相互黏合而組成的。
具體地說，乾燥時，是將混合漿料置於高溫下，使混合漿料中的液體蒸發，以取得結塊體。
然後，研磨過篩結塊體，以形成一粉體。
之後，加壓成型粉體，以形成一塊體。詳細地說，加壓成型時，是將粉體置於一模具內，並施予75至130MPa的壓力給粉體，以形成塊體。
最後，於800至1100℃下，鍛燒塊體，以製得氧化鋯坯體。具體地說，鍛燒時，是先以10℃/分鐘的升溫速度加熱塊體至800至1100℃並保持在此溫度下1至4小時，再冷卻加熱後的塊體，以製得氧化鋯坯體。
於本發明之另一實施例中，揭示一種膺復牙科材料的製造方法，茲如下所述。
首先，切削前一實施例得到的氧化鋯坯體。切削時，是利用本技術領域熟知的手段，如數位齒雕CAD/CAM技術，切削氧化鋯坯體。特別說明的是，後續得到的膺復牙科材料基於其使用目的的不同，可以為不同的種類，像是假牙、牙橋、牙冠、薄蓋冠或其他等效物，因此切削的用意在於先對氧化鋯坯體造型化，而可於經後續步驟後，得到不同種類的膺復牙科材料。
次之，於1300至1450℃下，燒結切削後的氧化鋯坯體，以製得膺復牙科材料。燒結時，是先以10℃/分鐘的升溫速度加熱切削後的氧化鋯坯體至900℃，再以5℃/分鐘的升溫速度加熱切削後的氧化鋯坯體至1300至1450℃並保持在此溫度下30至60分鐘，以製得膺復牙科材料。
茲以下列具體例以進一步例示說明本發明。
首先，將92.75克的氧化鋯粉體(3Y-TZ-E等級，購自日本TOSOH株式會社)、0.25克的氧化鋁粉體、5.0克的雲母粉體(購自日本Shiyaku工業株式會社)、1.0克的硝酸鐵粉體以及1.0克的聚乙烯醇添加至100毫升的去離子水並均勻混合後，將得到的混合組成放至一磨球罐內。根據混合組成的重量，放入適當重量的氧化鋯磨球(直徑各別為15mm及10mm，磨球和混合組成的數量比例為4：13)至磨球罐內。加入適當量的乙醇至磨球罐內，並球磨混合混合組成、磨球及乙醇約48小時。
其次，將球磨罐內得到的混合漿料倒至一燒杯後，於100℃烘箱內乾燥混合漿料，使混合漿料中的所有液體蒸發而剩下一結塊體於燒杯內。結塊體主要是氧化鋯粉體、氧化鋁粉體、雲母粉體及硝酸鐵粉體透過聚乙烯醇相互黏合而組成的。
然後，取出燒杯內的結塊體，並研磨過篩結塊體，而得到一粉體。將粉體放至一模具內，並利用一油壓機施予75至130MPa的壓力給模具內的粉體，使粉體成型而得到一塊體。
接著，將塊體放入一高溫爐內後，先以10℃/分鐘的升溫速度加熱塊體至900℃並保持在此溫度下1至4小時，再冷卻塊體而製得氧化鋯坯體。
最後，根據下文不同的分析，將氧化鋯坯體分別進行以下處理：
1、利用數位齒雕CAD/CAM技術切削氧化鋯坯體後，先以
10℃/分鐘的升溫速度加熱切削後的氧化鋯坯體至900℃，再以5℃/分鐘的升溫速度加熱切削後的氧化鋯坯體至1300至1450℃並保持在此溫度下30至60分鐘，以製得膺復牙科材料。
2、第1項處理的切削過程僅為根據膺復牙科材料的不同使用目的對坯體造型化，因此本技術領域之人士可以理解到：直接將坯體進行第1項處理之燒結過程得到的燒結體，理論上應具有與膺復牙科材料相同的物理及化學性質。於此項處理，是先以10℃/分鐘的升溫速度加熱氧化鋯坯體至900℃，再以5℃/分鐘的升溫速度加熱氧化鋯坯體至1300至1450℃並保持在此溫度下30至60分鐘，以製得燒結體。
本製備例是依據製備例1所述的流程操作的，除了本製備例使用之氧化鋯粉體的重量為93.25克、硝酸鐵粉體的重量為0.5克。
本製備例是依據製備例1所述的流程操作的，除了本製備例使用之氧化鋯粉體的重量為93.05克、硝酸鐵粉體的重量為0.7克。
本製備例是依據製備例1所述的流程操作的，除了本製備例使用之氧化鋯粉體的重量為92.75克、硝酸鐵粉體的重量為1.0克。
本分析例是利用X光繞射分析研究製備例1至4得到之氧化鋯坯體的晶相。結果是如第1圖所示，可得知製備例1至4得到的氧化鋯坯體均有正方晶系(tetragonal system)的氧化鋯。
本分析例是利用掃描式電子顯微鏡及X光繞射分析研究製備例1至4得到之燒結體的外觀與晶相。如第2(A)至2(D)圖所示，製備例1至4得到之燒結體的晶粒大小約在200nm以下。如第3(A)至3(D)圖所示，製備例1至4得到的燒結體均有正方晶系的氧化鋯。
本分析例是利用卡尺測量製備例1至4得到之燒結體的收縮率，其中此處所稱的「收縮率」定義為燒結體之體積除以氧化鋯坯體之體積而得到的值。結果是如第4圖所示，可以看出製備例1至4得到的燒結體均有穩定的收縮率(約為19.2至19.6%)。
本分析例是利用阿基米德法(Archimedes method)測量製備例1至4得到之燒結體的相對密度。結果顯示製備例1至4得到之燒結體的相對密度約為98至99%。
本分析例是利用色度儀分析製備例1至4得到之燒結體的色澤。結果是如第5(A)及5(B)圖所示，可以確知製備例1至4得到的燒結體有穩定的反射光波長(約為572至576nm)。且從此些圖式，更可以確知儘管不同的燒結溫度，製備例1至4得到的燒結體仍呈現相似的色澤。
本分析例是利用維氏硬度分析製備例1至4得到之燒結體的硬度。結果是如第6圖所示，可以確知製備例1至4得到之燒結體的硬度
介於800至1400Hv。
為瞭解製備例4得到之氧化鋯坯體的切削性質，將此坯體置於一開放型銑床機台，來評估其切削前、後的重量損失以及切削時間。
請參閱表1及表2，為分別於此坯體與市售氧化鋯坯體(購自A&E BioCeramic有限公司)切削成薄蓋冠雛型時，其切削前、後的重量損失與切削時間。從此些表格，可以確知此坯體具有相對於市售氧化鋯坯體少的切削前、後的重量損失，以及短的切削時間。這表示說：此坯體具有較市售氧化鋯坯體優異的切削性質。
請參閱表3及表4，為分別於此坯體與市售氧化鋯坯體(購自A&E BioCeramic有限公司)切削成牙冠雛型時，其切削前、後的重量損
失與切削時間。從此些表格，可以確知此坯體具有相對於市售氧化鋯坯體少的切削前、後的重量損失，以及短的切削時間。這表示說：此坯體具有較市售氧化鋯坯體優異的切削性質。
綜合上述說明，證實了本發明實施例之方法得到的氧化鋯坯體可以直接進行切削及燒結步驟來製備成膺復牙科材料，不須如先前技術所述塗佈著色劑於坯體。此外，更發現燒結溫度的不同對於膺復牙科材料的光澤不會產生過大的影響，因此本發明實施例之方法適合用於膺復牙科材料的大規模製程。
惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例，但不能以此限定本發明實施之範圍；故，凡依本發明申請專利範圍及發明說明書內容所作之簡單的等效改變與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。
Claims (8)
- 一種氧化鋯坯體的著色方法，係包括：溼式混合一混合物，以製得一混合漿料，而該混合物含有一氧化鋯粉體、一氧化鋁粉體、一雲母粉體、一硝酸鐵粉體及一黏著劑；乾燥該混合漿料，以取得一結塊體，而該結塊體係為該氧化鋯粉體、該氧化鋁粉體、該硝酸鐵粉體及該雲母粉體透過該黏著劑相互黏合而組成的；研磨過篩該結塊體，以形成一粉體；加壓成型該粉體，以形成一塊體；以及於800至1100℃下，鍛燒該塊體，以製得該氧化鋯坯體。
- 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該黏著劑係為聚乙烯醇(Polyvinyl alcohol)。
- 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中以該混合物的總重量為基準，該氧化鋯粉體的重量百分比為75至94.5%，該氧化鋁粉體的重量百分比為0.1至1%，該雲母粉體的重量百分比為5至20%，該硝酸鐵粉體的重量百分比為0.1至1%，該黏著劑的重量百分比為0.3至3%。
- 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該加壓成型步驟係於75至130MPa的壓力下完成。
- 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該鍛燒步驟，係包括：以10℃/分鐘的升溫速度加熱該塊體至800至1100℃，並持溫1至4小時；以及冷卻該加熱後的塊體，以製得該氧化鋯坯體。
- 一種膺復牙科材料的製造方法，係包括：切削一氧化鋯坯體，而該氧化鋯坯體係利用如申請專利範圍第1至5項中任一項所述之方法製得的；以及於1300至1450℃下，燒結該切削後的氧化鋯坯體，以製得該膺復牙科材料。
- 如申請專利範圍第6項所述之方法，其中該燒結步驟，係包括：以10℃/分鐘的升溫速度加熱該切削後的氧化鋯坯體至900℃；以及以5℃/分鐘的升溫速度加熱該切削後的氧化鋯坯體至1300至1450℃並持溫30至60分鐘，以製得該膺復牙科材料。
- 如申請專利範圍第6項所述之方法，其中該膺復牙科材料係為假牙、牙橋、牙冠或薄蓋冠。
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