[发明专利]基于氧化锆的复合材料

说明书

本发明涉及一种含氧化锆基质的陶瓷复合材料以及其制备方法。

本发明涉及一种陶瓷复合材料、其制备和应用。本发明特别涉及一种基于氧化锆的复合材料，一种均匀多相的生物相容的多晶陶瓷。

该基于氧化锆的复合材料可在牙科领域用于制备齿桥和齿冠，例如用于制备牙植入体，用于制备医学工程构件如脊柱植入体，但通常也可用于需要具有无损硬质加工性的工程陶瓷的领域，例如在机加工如切削、铣和钻的过程中。

陶瓷材料由于其耐化学性、机械和物理特性以及可产生优异美学的光学特性，在牙科市场优于常规金属材料。

牙科用陶瓷的总趋势是朝向“全陶瓷体系”的方向。但目前仍常将陶瓷作为镶面施加在金属支架上。牙科用陶瓷可按其制备方法及其结晶相加以分类。

金属-陶瓷体系自1960年就存在。为获得仿照天然牙齿的美学上可接受的修复，在金属支架上施加镶面陶瓷。典型的镶面材料由通常基于白榴石晶体的长石玻璃构成。在长石玻璃结构中加入石榴石晶体 (KAlSi₂O₆) 可在支架和镶面的热膨胀系数方面导致最佳特性。白榴石晶体通过在1150-1530℃之间的温度下的天然长石的不一致熔融而形成。通过改变玻璃中的白榴石晶体含量可有针对性地控制热膨胀系数并适配于该金属支架。在长石玻璃中典型的白榴石晶体含量通常为15-25 体积%。因此该热膨胀系数小于金属的热膨胀系数，并可在压力下安装所施加的镶面。该镶面陶瓷通常在真空下烧结，以减少最终产品中的孔隙度。该基于白榴石晶体的玻璃 (也称为牙科用瓷) 由于该玻璃相，其机械特性在牙医学中所用的全部陶瓷材料中是最低的。直到2005年，所有牙修复的50 %仍用金属-陶瓷体系制备。

全陶瓷体系是不含金属的，并自30年来已可供使用。该工艺技术在不断发展 (如热压制法、浆料浇注法、CAD/CAM加工法)。与金属-陶瓷体系的主要差别在于具有高得多的结晶相含量，该结晶相含量可在35-100 体积%之间。机械性能有所改进，但不透明性也增加，这在所需的美学方面是不利的。

存在多种对全陶瓷体系的耐用性具有影响的因素，如口腔环境、从酸至碱的波动的pH-值、循环负荷和咀嚼期间的最大负荷峰。具有较高玻璃含量的全陶瓷体系的失效原因经常是应力裂纹腐蚀。由于Y-TZP-陶瓷 (100体积% 结晶相，Y-稳定的四方氧化锆) 在低温下的水热老化，因此要求按标准进行测试，在该标准中要评定在人类环境中和在循环负荷下的耐用性。

全陶瓷体系主要根据制备方法分类 (例如热压制、干式压制和烧结、浆料浇注、CAD/CAM加工)。在热压制中，首先使用具有35-45体积% 的结晶相比例的基于白榴石晶体的玻璃。其机械性能比金属-陶瓷体系的基于白榴石晶体的玻璃高一倍。多次加热可有利于白榴石结晶作用，并导致更高的强度。

对热压制现今使用新型的玻璃陶瓷。该材料由具有65体积% 的结晶相比例的基于二硅酸锂的玻璃组成。伦琴射线研究表明，除二硅酸锂 (Li₂Si₂O₅)外还有其它的晶相如硅酸锂 (Li₂SiO₃) 和方英石 (SiO₂)。与基于白榴石晶体的玻璃相比，该机械性能再高一倍。

全陶瓷体系的干式压制和烧结自90年代初已使用。该制备以计算机辅助进行，并考虑了烧结时压制生坯的烧结收缩。使用基于氧化铝和基于氧化锆的陶瓷 (100体积% 结晶相比例)作为骨架材料，在其上另外施加由玻璃陶瓷制成的镶面。氧化铝陶瓷的特征在于约600 MPa的抗弯强度和优异的体内特性。

自90年代起已使用浆料浇注法。其中借助于结晶相的浆料浇注制备多孔生坯体，接着进行烧结和渗入基于镧的玻璃。

在牙科市场中可得到下列玻璃陶瓷：