本發(fā)明涉及一種納米氟磷灰石玻璃陶瓷的制備方法，屬于玻璃陶瓷的制備技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
人體內(nèi)天然hap為70nm左右的針狀晶體，因此納米氟磷灰石陶瓷是一種兼具醫(yī)用，生物活性和良好機(jī)械性能的牙科、骨科修復(fù)材料，與普通陶瓷相比氟磷灰石納米陶瓷由于存在大量的晶界，所以性能有著極大的提高和差異。但由于致密性和晶粒尺寸在制備時(shí)相互影響，所以就目前來(lái)說高致密度的納米陶瓷制備一直以來(lái)都很困難?，F(xiàn)有技術(shù)中的玻璃陶瓷的制備方法大都是澆注法制備玻璃陶瓷，這種方法需要較高制備溫度，對(duì)設(shè)備要求程度更高，且玻璃形核析晶熱處理時(shí)間長(zhǎng)，也就造成了生產(chǎn)周期太長(zhǎng)，效率不容易提高，燒結(jié)法可很好地解決這方面問題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
針對(duì)以上情況，本發(fā)明利用動(dòng)態(tài)控制燒結(jié)、相變輔助致密化，提供一種可行的制備納米氟磷灰石陶瓷的制備方法。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
一種納米氟磷灰石玻璃陶瓷的制備方法，包括以下步驟：
(1)制備氟磷灰石粉末：使用化學(xué)沉淀法制備出氟磷灰石粉體，隨后將氟磷灰石粉體置于真空干燥箱中干燥，最后球磨、過篩，備用；
(2)制備氟金云母粉末：將原料高溫熔融，然后將熔融的原料倒入水中淬火，隨后將淬火后的原料置于真空干燥箱中干燥，最后球磨、過篩，備用；
(3)混料：將制備的氟金云母和氟磷灰石粉末進(jìn)行混料，混合時(shí)間為3～5h；
(4)壓制成型：將混合均勻的粉末壓制成生坯；
(5)燒結(jié)：將生坯放入箱式電阻爐中隨爐升溫至1000～1400℃燒結(jié)，隨后隨爐冷卻至900～800℃，保溫1～3h，然后隨爐冷卻至室溫，即得到納米氟磷灰石陶瓷。
作為優(yōu)選，所述步驟(1)中使用化學(xué)沉淀法制備出約30～60nm粒徑的氟磷灰石粉體，然后在真空干燥箱60～80℃的溫度下烘干，最后將粉體放入剛玉球磨罐中球磨1～4h，然后過200目篩。
作為優(yōu)選，所述步驟(2)中將高溫熔融的原料倒入室溫的水中淬火，然后在真空干燥箱60～80℃的溫度下烘干，隨后將原料放入剛玉球磨罐中球磨1～4h，然后過200目篩。
作為優(yōu)選，所述步驟(3)中選擇配比為重量份數(shù)為氟金云母粉末70％和氟磷灰石粉末30％，放入球磨機(jī)中混料，混合時(shí)間為5h。
作為優(yōu)選，所述步驟(3)中選擇配比為重量份數(shù)為氟金云母粉末50-70份和氟磷灰石粉末30-50份，放入球磨機(jī)中混料，混合時(shí)間為5h。
作為優(yōu)選，所述步驟(4)中將混合均勻的粉末壓制成生坯，壓力為100～200mpa。
作為優(yōu)選，所述步驟(5)中將生坯放入箱式電阻爐中，以10k/min的速度升至1000℃，隨后隨爐冷卻至850℃，保溫1～3h，然后隨爐冷卻至室溫，即得到納米氟磷灰石陶瓷。
作為優(yōu)選，所述步驟(5)中將生坯放入箱式電阻爐中，以15k/min的速度升至1400℃，隨后隨爐冷卻至900℃，保溫1～3h，然后隨爐冷卻至室溫，即得到納米氟磷灰石陶瓷。
本發(fā)明的有益效果
(1)本專利所述納米氟磷灰石玻璃陶瓷的制備方法主要采用了壓制和分步燒結(jié)工藝，原料不需要經(jīng)過熔融和玻璃形成階段，相對(duì)于澆注方法，這種方法不要求原料組成一定滿足玻璃形成的系統(tǒng)，并且燒結(jié)法中晶體的析出位置主要集中在顆粒的表面或者相之間的界面，這就擁有了較大的表面積，這就使得玻璃更容易晶化，甚至原料中可不用添加形核劑、網(wǎng)絡(luò)調(diào)整氧化物的形成玻璃的必要添加劑。并且本發(fā)明的特點(diǎn)在于利用動(dòng)態(tài)控制燒結(jié)理論作為關(guān)鍵技術(shù)，所謂動(dòng)態(tài)控制燒結(jié)就是兩步燒結(jié)法或者被稱為速率控制燒結(jié)：首先使燒結(jié)爐升至一較高溫度使材料形成大量晶核、析晶，隨后馬上降到一較低溫度保溫，降低晶體生長(zhǎng)速率以保證獲得較細(xì)的晶粒。
(2)本發(fā)明引入了氟金云母相，對(duì)材料產(chǎn)生了一定的補(bǔ)強(qiáng)增韌效果，并且使材料的可加工性能得到了改善，并且在抗彎強(qiáng)度、彈性模量、斷裂韌性、硬度等方面優(yōu)于國(guó)內(nèi)外常用的骨修復(fù)生物材料45s5bioglass玻璃、bioverit玻璃陶瓷。而且斷裂韌性有很大的提高從而提升了該生物材料的使用壽命。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
實(shí)施例1
一種納米氟磷灰石玻璃陶瓷的制備方法，包括以下步驟：
(1)制備氟磷灰石粉末：使用化學(xué)沉淀法制備出約30nm粒徑的氟磷灰石粉體，然后在真空干燥箱60℃的溫度下烘干，最后將粉體放入剛玉球磨罐中球磨1h，然后過200目篩；
(2)制備氟金云母粉末：將高溫熔融的原料倒入室溫的水中淬火，然后在真空干燥箱60℃的溫度下烘干，隨后將原料放入剛玉球磨罐中球磨1h，然后過200目；
(3)混料：擇配比為重量份數(shù)為氟金云母粉末70％和氟磷灰石粉末30％，放入球磨機(jī)中混料，混合時(shí)間為5h；
(4)壓制成型：將混合均勻的粉末壓制成生坯，壓力為100mpa；
(6)燒結(jié)：將生坯放入箱式電阻爐中，以10k/min的速度升至1000℃，隨后隨爐冷卻至850℃，保溫1h，然后隨爐冷卻至室溫，即得到納米氟磷灰石陶瓷。
實(shí)施例2
一種納米氟磷灰石玻璃陶瓷的制備方法，包括以下步驟：
(1)制備氟磷灰石粉末：使用化學(xué)沉淀法制備出約60nm粒徑的氟磷灰石粉體，然后在真空干燥箱80℃的溫度下烘干，最后將粉體放入剛玉球磨罐中球磨4h，然后過200目篩；
(2)制備氟金云母粉末：將高溫熔融的原料倒入室溫的水中淬火，然后在真空干燥箱80℃的溫度下烘干，隨后將原料放入剛玉球磨罐中球磨h，然后過200目篩；
(3)混料：選擇配比為重量份數(shù)為氟金云母粉末70％和氟磷灰石粉末30％，放入球磨機(jī)中混料，混合時(shí)間為3h；
(4)壓制成型：將混合均勻的粉末壓制成生坯，壓力為200mpa；
(5)燒結(jié)：將生坯放入箱式電阻爐中，以20k/min的速度升至1400℃，隨后隨爐冷卻至850℃，保溫3h，然后隨爐冷卻至室溫，即得到納米氟磷灰石陶瓷
實(shí)施例3所得納米氟磷灰石玻璃陶瓷的性能測(cè)試
對(duì)以上所得的玻璃陶瓷進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試：
燒結(jié)坯的相對(duì)密度利用阿基米德原理進(jìn)行測(cè)量，抗彎強(qiáng)度和彈性模量在萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)上測(cè)量，材料的斷裂韌性的測(cè)量在hd9-45型硬度計(jì)上測(cè)量材料的硬度，載荷為100n，加載時(shí)間為15s，采用以下公式計(jì)算材料的維氏硬度：h＝1.8544p/d2，其中h為維氏硬度(hv)，p為壓頭載荷(n)，d為壓痕對(duì)角線的平均值(um)；采用壓痕法測(cè)量材料的斷裂韌性，在500倍的xjp-200型金相顯微鏡下測(cè)量壓痕的對(duì)角線長(zhǎng)度和壓痕裂紋的長(zhǎng)度，采用下式計(jì)算材料的斷裂韌性：kic＝0.16ha1/2(c/a)-3/2式中kic為斷裂韌性(mpa·m1/2),h為維氏硬度(gpa),a為壓痕對(duì)角線的一半(um)，c為裂紋的平均長(zhǎng)度(um)，以上維氏硬度和斷裂韌性至均測(cè)量多次取平均值。測(cè)得結(jié)果如表1所示：
表1.納米氟磷灰石玻璃陶瓷的物理性能
由表中數(shù)據(jù)可以看出，本發(fā)明的方法制備的玻璃陶瓷材料的可加工性能得到了改善，并且在抗彎強(qiáng)度、彈性模量、斷裂韌性、硬度等方面優(yōu)于國(guó)內(nèi)外常用的骨修復(fù)生物材料45s5bioglass玻璃、bioverit玻璃陶瓷。而且斷裂韌性有很大的提高從而提升了該生物材料的使用壽命。