本發(fā)明涉及玻璃陶瓷粉末制備技術領域，尤其涉及一種用于牙科修復的鋰基玻璃陶瓷粉末的制備方法。

背景技術：

3d打印技術，又稱“增材制造(additivemanufacture)”技術，即與傳統(tǒng)的去除材料加工方法完全相反，基于三維計算機輔助設計模型數(shù)據(jù)，通過增加材料逐層制造的方式。使用3d打印技術制造高性能的構件，打印粉末需要滿足粒徑細小、均勻，球形度高，低氧含量等特點。

鑄瓷牙也稱為全瓷牙。在眾多鑄瓷材料中，人們發(fā)現(xiàn)，二硅酸鋰玻璃陶瓷材料制作的牙科修復體，不僅具有突出的美學效果，而且擁有良好的機械性能，非常適合于制作嵌體、貼面、前牙或后牙單冠、3單位前牙橋等。

目前市面上牙科用的二硅酸鋰玻璃陶瓷存在售價較高，成型工藝復雜，產品尺寸單一，設備條件要求較高等缺點。并且目前二硅酸鋰玻璃陶瓷粉末的主要制備方法仍以高溫熔融法為主，然后進行水淬法制備玻璃塊，再球磨成粉末。此方法耗能大，不符合綠色環(huán)保的要求。且為了使玻璃液澄清和均勻，需要在高溫下保溫較長時間，這容易使二硅酸鋰玻璃料中的氟、磷等元素揮發(fā)，還容易導致si-oh功能團的減少；這些問題不僅導致成分難以控制，還會降低材料的生物活性。此外，采用高溫熔融法制備二硅酸鋰玻璃陶瓷需要配備特定的坩堝，目前常用的坩堝材料為鉑金坩堝，生產成本較高。且鉑金高昂的價格還會限制坩堝的容量，產量也無法提高。

技術實現(xiàn)要素：

為解決上述技術問題，本發(fā)明的目的在于提供一種鋰基玻璃陶瓷粉末的制備方法，該方法由一定基質原料按重量分數(shù)比配制，再采用等離子球化法制備出鋰基玻璃陶瓷粉末，該粉末能夠應用于3d打印設備，制造出符合要求的牙科修復體。

本發(fā)明還提供使用上述方法制備的鋰基玻璃陶瓷粉末。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種用于牙科修復的鋰基玻璃陶瓷粉末的制備方法，包括以下步驟：

(1)按一定的重量份數(shù)比選取sio2、al2o3、li2o、k2o、p2o5、zro2、b2o3作為基質原料，粒徑為80-120μm；

(2)用球磨機分別球磨sio2以及混合后的剩余組份基質原料，再用真空干燥箱真空烘干1.5～3小時；

(3)將球磨后的sio2和剩余組份基質原料分別放入到等離子球化設備的兩個原料罐中；

(4)設置等離子球化設備參數(shù)，建立出高能量密度和高熱強度的等離子體炬；

(5)氬氣分別攜帶sio2和剩余組份基質原料，通過具有特定噴管的噴槍，同時噴入等離子體炬，sio2和剩余組份基質原料被迅速加熱熔化并融合，在表面張力的作用下形成球形度較高的液滴；

(6)在間隔等離子噴槍口10～20cm的位置，使用特定的粉末收集裝置收集熔融液滴，并在液氮的冷卻作用下將熔融液滴固化成球形粉末顆粒。

其中，所述基質原料的配比為：

二氧化硅(sio2)：63.0wt％-69.0wt％；

氧化鋁(al2o3)：1.5wt％-4.5wt％；

氧化鋰(li2o)：14.0wt％-18.0wt％；

氧化鉀(k2o)：1.0wt％-4.5wt％；

五氧化二磷(p2o5)：2.5wt％-5.0wt％；

氧化鋯(zro2)：2.5wt％-5.5wt％；

氧化硼(b2o3)：1.5wt％-4.5wt％組成；

其中二氧化硅(sio2)和氧化鋰(li2o)的摩爾比為sio2：li2o＝1.75-2.46：1。

其中，步驟(2)所述球磨，以酒精和瑪瑙為混合介質，對sio2球磨1-2小時，得到粒徑為40-50微米的sio2，對剩余組份基質原料球磨2.5-3.5小時，得到粒徑為10-20微米的剩余組份基質原料。

其中，第(4)步所述，等離子球化設備相關參數(shù)設置如下：工作電流為500-550a，工作電壓60-70v，工作氣體為氬氣(ar)，送粉氣體為氬氣(ar)，送粉量為35-65g/min。

其中，第(5)步所述，具有噴管的噴槍由sio2噴管、剩余組份基質原料噴管、等離子體炬發(fā)生器構成，sio2噴管與水平方向夾角為55-60°，剩余組份基質原料噴管與水平方向夾角為40-45°，sio2噴管距離等離子體炬發(fā)生器40-50毫米，剩余組份基質原料噴管距離等離子體炬發(fā)生器60-70毫米。

其中，第(6)步所述粉末收集裝置由粉末收集罐、液氮傳輸管道、液氮瓶構成；

其中，液氮傳輸管道一端連接到粉末收集罐下端的液氮入口，另一端連接到液氮瓶頂端，液氮傳輸管道靠近液氮瓶處設有一閥門，用于控制液氮的流通；

粉末收集罐頂部為一粉末入口，粉末收集罐上半部具一氮氣排氣口，下部通過液氮入口與液氮傳輸管連接。

本發(fā)明還提供一種如上述用于牙科修復的鋰基玻璃陶瓷粉末制備方法制備的鋰基玻璃陶瓷粉末。

本發(fā)明的優(yōu)點效果如下：

由于等離子球化法產生的等離子體炬能夠在瞬間產生接近10000℃的高溫，使得粉末原料能被迅速融化，無需像以往的高溫熔融法一樣先升溫再保溫一段時間，再經過水淬球磨來制備上述二硅酸鋰玻璃陶瓷粉末，大大提高了粉末的制備效率。等離子噴槍噴嘴上sio2粉末原料的噴管比剩余組份粉末原料噴管更靠近等離子弧火焰中心，可以使sio2粉末原料先熔化，剩余組份粉末原料后熔化。并且，由于在等離子球化之前，已將sio2粉末原料和剩余組份粉末原料分別球磨成不同粒徑大小的粉末原料，先熔化的粒徑尺寸大的sio2粉末原料會吸附后熔化的粒徑尺寸小的剩余組份粉末原料，使得兩組粉末原料在熔融過程中能充分反應，使最后的成品粉末成分均勻。而具有噴管的噴槍設計保證了以高熔點無機物為主的粉末原料能夠在等離子弧火焰中心受到更多的熱量，使其能夠在短時間內被充分熔化。之后在間隔等離子噴槍口一定距離的位置，采用特定的粉末收集裝置收集熔融液滴。由于收集罐中有液氮，使熔融的液滴能夠快速冷卻，在表面張力的作用下，熔融的液滴冷卻成球形顆粒，形成本發(fā)明所述的玻璃陶瓷粉末成品。

特定的粉末收集罐有三個開口，分別為熔融粉末入口，液氮入口，以及氮氣的排氣口。液氮的含量高度正好為沒過液氮入口的位置，如果液氮被消耗揮發(fā)，液氮會被自動注入收集罐中。在收集罐的上半部分設計氮氣的排氣口，使高溫熔融的液滴在與液氮接觸后，瞬間產生的大量氮氣能夠及時排放出收集罐，使收集罐不會因為瞬間的罐內高壓而炸裂，保證了生產上的安全。本方法制成的鋰基玻璃陶瓷粉末成分可控、球形度高、流動性好、粒徑分布均勻、雜質少，且制備工藝快速、簡捷，適合作為玻璃陶瓷牙科修復體3d打印的原料。

附圖說明

圖1為本發(fā)明使用的具有噴管的噴槍結構示意圖。

圖2為本發(fā)明使用的粉末收集裝置結構示意圖。

具體實施方式

如圖1所示，本發(fā)明使用的具有噴管的噴槍由sio2噴管1、剩余組份基質原料噴管2、等離子體炬發(fā)生器3構成，sio2噴管1與水平方向夾角為55-60°，剩余組份基質原料噴管2與水平方向夾角為40-45°，sio2噴管1距離等離子體炬發(fā)生器3為40-50毫米，剩余組份基質原料噴管2距離等離子體炬發(fā)生器3為60-70毫米。

如圖2所示，本發(fā)明使用的粉末收集裝置由粉末收集罐4、液氮傳輸管道5、液氮瓶6、閥門7構成；

其中，液氮傳輸管道5一端連接到粉末收集罐4下端的液氮入口4c，另一端連接到液氮瓶頂端，液氮傳輸管道5靠近液氮瓶6處設有一閥門7，用于控制液氮的流通；

粉末收集罐4頂部為一粉末入口4a，用于收集等離子球化法制備的粉末8，粉末收集罐4上半部具一氮氣排氣口4b，下部通過液氮入口4c與液氮傳輸管5連接。

實施例1

1、取各種基質原材料，總重量為500g，具體比例為：二氧化硅(sio2)：63.0wt％；氧化鋁(al2o3)：4.5wt％；氧化鋰(li2o)：18.0wt％；氧化鉀(k2o)：4.5wt％；五氧化二磷(p2o5)：5.0wt％；氧化鋯(zro2)：2.5wt％；氧化硼(b2o3)：2.5wt％，粒徑為80μm，并分別球磨sio2和混合后的剩余組份基質原料，然后分別加入到等離子球化設備的兩個原料罐中。

2、建立高密度能量和高熱強度的等離子體炬，設置等離子球化設備工作電流為500a，工作電壓60v，工作氣體為氬氣(ar)，送粉氣體為氬氣(ar)，送粉量為40g/min。

3、打開送粉裝置，使氬氣分別攜帶sio2和剩余組份基質原料，通過具有噴管的噴槍同時噴入等離子體炬；sio2和剩余組份基質原料被迅速加熱熔化并融合，在表面張力的作用下形成球形度較高的液滴；在間隔等離子噴槍口一定距離的位置，使用特定的粉末收集裝置收集熔融液滴，并在液氮的冷卻作用下將熔融液滴固化成球形粉末顆粒。得到粒徑為25-35μm左右的玻璃陶瓷粉末。

實施例2

1、取各種基質原材料，總重量為500g，具體比例為：二氧化硅(sio2)：63.0wt％；氧化鋁(al2o3)：4.5wt％；氧化鋰(li2o)：18.0wt％；氧化鉀(k2o)：4.5wt％；五氧化二磷(p2o5)：5.0wt％；氧化鋯(zro2)：2.5wt％；氧化硼(b2o3)：2.5wt％，粒徑為100μm，并分別球磨sio2和混合后的剩余組份基質原料，然后分別加入到等離子球化設備的兩個原料罐中。

2、建立高密度能量和高熱強度的等離子體炬，設置等離子球化設備工作電流為550a，工作電壓60v，工作氣體為氬氣(ar)，送粉氣體為氬氣(ar)，送粉量為50g/min。

3、打開送粉裝置，使氬氣分別攜帶sio2和剩余組份基質原料，通過具有特定噴管的噴槍同時噴入等離子體炬；sio2和剩余組份基質原料被迅速加熱熔化并融合，在表面張力的作用下形成球形度較高的液滴；在間隔等離子噴槍口一定距離的位置，使用特定的粉末收集裝置收集熔融液滴，并在液氮的冷卻作用下將熔融液滴固化成球形粉末顆粒。得到粒徑為40-50μm左右的玻璃陶瓷粉末。

實施例3

1、取各種基質原材料，總重量為500g，具體比例為：二氧化硅(sio2)：63.0wt％；氧化鋁(al2o3)：4.5wt％；氧化鋰(li2o)：18.0wt％；氧化鉀(k2o)：4.5wt％；五氧化二磷(p2o5)：5.0wt％；氧化鋯(zro2)：2.5wt％；氧化硼(b2o3)：2.5wt％，粒徑為120μm，并分別球磨sio2和混合后的剩余組份基質原料，然后分別加入到等離子球化設備的兩個原料罐中。

2、建立高密度能量和高熱強度的等離子體炬，設置等離子球化設備工作電流為550a，工作電壓70v，工作氣體為氬氣(ar)，送粉氣體為氬氣(ar)，送粉量為60g/min。

3、打開送粉裝置，使氬氣分別攜帶sio2和剩余組份基質原料，通過具有特定噴管的噴槍同時噴入等離子體炬；sio2和剩余組份基質原料被迅速加熱熔化并融合，在表面張力的作用下形成球形度較高的液滴；在間隔等離子噴槍口一定距離的位置，使用特定的粉末收集裝置收集熔融液滴，并在液氮的冷卻作用下將熔融液滴固化成球形粉末顆粒。得到粒徑為60-70μm左右的玻璃陶瓷粉末。

在等離子球化過程中，工作電流和電壓過大，會使基質原材料粉末過燒并影響噴槍的使用壽命。而過大的送粉量會導致球化率降低，過小的送粉量會影響粉末的產出率。對于3d打印材料而言，打印材料球形度要高，且粒徑尺寸在10～90微米左右就能滿足打印條件。所以，本方法制成的鋰基玻璃陶瓷粉末成分可控、球形度高、流動性好、粒徑分布均勻、雜質少，且制備工藝快速、簡捷，適合作為玻璃陶瓷牙科修復體3d打印的原料。