技术领域
[0001] 本
发明涉及金属陶瓷材料技术领域，具体为一种医用金属陶瓷材料及其制备方法。
背景技术
[0002] 金属陶瓷材料是由粉末
冶金等方法制成的一类陶瓷与金属的
复合材料。它兼具两者的优点，如金属的韧性和抗弯性等，陶瓷的耐高温、高强度和抗
氧化性等。而依据各组成相的占比不同，金属陶瓷材料可分为陶瓷基质和金属基质两大类，且医学领域涉及到的金属陶瓷材料多为陶瓷基质，具有优异的
耐磨性和热
稳定性。
[0003] 而现有的医用金属陶瓷材料，存在产品的综合强度过低的问题，时常会因
烧结不完全和烧结体内形成的气孔稀疏、易破裂，导致产品的硬度、脆性和抗拉折强度等均受到影响，难以贴合实际需要来使用；且现有的医用金属陶瓷材料的制备过程中，存在工作效率低的问题，当对各原料进行预处理时，需依次将其导入各机械设备中来分步的进行
粉碎、筛选、球磨和混合等步骤，操作繁琐且易造成产品的无形损耗。
[0004] 针对以上问题，现提供所述解决方案。
发明内容
[0005] 本发明的目的在于提供一种医用金属陶瓷材料及其制备方法，本发明是先对
块状、晶体态原料进行细致化处理，再将其与粉末态原料相结合，可使原料间的共混和分散效果更佳，同时粉末态原料越细致，表面能越高，后续的烧结也越容易；
[0006] 且
硅酸钠和氧化
铝、氧化硅在750度、30分钟下充分反应，进而使初级烧结料内逸出的气体排尽，并与初级烧结料形成
固溶体，使其晶格畸变而得到活化，以形成致密、稳定的气孔，同时也能够加强产品的硬度；
[0007] 且整个高温烧结操作共分为三个阶段，在烧结初期，各原料的粉末颗粒间相互
接触，而随着压
力的增大，粉末颗粒间的堆积逐渐紧密，其接触点与接触面积也逐渐增加，使烧结效率得到显著提升，在烧结中期，
原子向粉末颗粒间的结合面处迁移，形成连续的孔隙网络，而随着
温度的升高、还原性气体的注入，可使氧气等气体从烧结体表面逐渐逸出，形成
缺陷结构并
加速原子扩散和整体收缩，以利于致密化烧结，在烧结末期，大多数孔隙网络被分隔开，形成的气孔逐渐被填充，而随着温度的降低、还原性气体的停注和泄至常压，以使剩余的孔隙网络依据物质的扩散作用被消除，进而烧结体的致
密度提升，整体强度得到显著增加，且各阶段保温烧结时间的设置不同，可有效完善烧结体的显微结构，以免出现过烧现象而影响其各项性能；
[0008] 本发明是先将弹性密封盖向上拉开，带动伸缩
弹簧逐渐被拉伸，以及连接柱和
挡板随之向上运动，再将羟
磷灰石、二氧化锆、氟化
钙、氧化铝和氧化硅导入混料罐与凹型活动板所形成的空间内，并在松开弹性密封盖的同时来开启电动转盘，由伸缩弹簧的回复力作用来带动弹性密封盖与凹型活动板相接触并逐步的向下运动，以免各原料在粉碎过程中飞出，同时依据连接柱来带动挡板与混料罐和凹型活动板相接触，而随着电动转盘带动凹型活动板转动，并由挡板逐步的
挤压各原料与粉碎刀片充分接触，且在向下运动的同时会逐渐的压缩记忆弹簧，以提高挡板的挤压效果及其挤压运动时的稳定性，且当工作过程中出现晃动或振动时，会导致第二充气气囊逐渐被挤压，并将其内部的气体经透气隔板导入第一充气气囊中，进而导致第一充气气囊逐渐被膨胀并
压缩弹簧柱，且依据第一充气气囊和第二充气气囊的缓冲作用，以及弹簧柱的回复作用，来减弱运动过程中出现晃动或振动而造成的不利影响，并有效的解决了各原料在进行预处理时，需依次将其导入各机械设备中来分步的进行粉碎、筛选、球磨和混合等步骤，使得整体操作更加简捷、方便，且不易造成产品的无形损耗。
[0009] 本发明的目的可以通过以下技术方案实现：一种医用金属陶瓷材料，由金属材料和陶瓷材料经烧制复合而成，所述各原料按重量百分比分别由20-40％的羟磷灰石、15-25％的二氧化锆、5-15％的氟化钙、5-15％的
硅酸钠、6-9％的氧化铝、6-9％的氧化硅、2-
8％的
银、2-8％的铬和2-8％的
铁组成；且羟磷灰石为颗粒、晶体形态，二氧化锆为晶体、粉末形态，氟化钙为晶体、粉末形态，硅酸钠为粉末形态，氧化铝为晶体形态，氧化硅为晶体、块状形态，以及银、铬和铁均为粉末形态；
[0010] 且依据如下步骤制备得到：
[0011] 1)原料共混处理：先将羟磷灰石、二氧化锆、氟化钙、氧化铝和氧化硅一同导入粉碎筛混装置中进行90分钟、250转/分钟的初次共混，再将银、铬和铁一同导入其中进行30分钟、500转/分钟的二次共混，以得到混料；
[0012] 2)初步烧制处理：先将混料导入干燥箱中进行30分钟、100-150度的干燥处理，再将其置于窑炉中进行高温烧结操作，以得到初级烧结料；
[0013] 3)二次烧制处理：先将初级烧结料降温至700-800度并保持30分钟，再加入硅酸钠并保温15分钟，以得到精制烧结料；
[0014] 4)冷却成型处理：将精制烧结料以15度/分钟的速率降至常温，并经脱模、修整和喷釉后，以得到医用金属陶瓷材料。
[0015] 一种医用金属陶瓷材料的制备方法，包括如下步骤：
[0016] 1)原料共混处理：先将羟磷灰石、二氧化锆、氟化钙、氧化铝和氧化硅一同导入粉碎筛混装置中进行90分钟、250转/分钟的初次共混，再将银、铬和铁一同导入其中进行30分钟、500转/分钟的二次共混，以得到混料，且先对块状、晶体态原料进行细致化处理，再将其与粉末态原料相结合，可使原料间的共混和分散效果更佳，同时粉末态原料越细致，表面能越高，后续的烧结也越容易；
[0017] 2)初步烧制处理：先将混料导入干燥箱中进行30分钟、100-150度的干燥处理，再将其置于窑炉中进行高温烧结操作，以得到初级烧结料；
[0018] 3)二次烧制处理：先将初级烧结料降温至700-800度并保持30分钟，再加入硅酸钠并保温15分钟，以得到精制烧结料，且降至700-800度并保温30分钟，可使从初级烧结料内逸出的气体排尽，由硅酸钠和氧化铝、氧化硅充分反应，并与初级烧结料形成固溶体，可使晶格畸变而得到活化，以形成致密、稳定的气孔，同时也能够加强产品的硬度；
[0019] 4)冷却成型处理：将精制烧结料以15度/分钟的速率降至常温，并经脱模、修整和喷釉后，以得到医用金属陶瓷材料。
[0020] 其中，所述步骤2)中的高温烧结操作为：先将窑炉升温至750度、加压5.0MPa，并在保温烧结30分钟后，再将窑炉升温至1100-1300度，同时向其中持续注入氢气并保温烧结120分钟，最后停止注入氢气并降温至900度，待保温烧结60分钟后泄至常压，以完成高温烧结操作，且整个高温烧结操作共分为三个阶段，在烧结初期，各原料的粉末颗粒间相互接触，而随着压力的增大，粉末颗粒间的堆积逐渐紧密，其接触点与接触面积也逐渐增加，使烧结效率得到显著提升，在烧结中期，原子向粉末颗粒间的结合面处迁移，形成连续的孔隙网络，而随着温度的升高、还原性气体的注入，可使氧气等气体从烧结体表面逐渐逸出，形成缺陷结构并加速原子扩散和整体收缩，以利于致密化烧结，在烧结末期，大多数孔隙网络被分隔开，形成的气孔逐渐被填充，而随着温度的降低、还原性气体的停注和泄至常压，以使剩余的孔隙网络依据物质的扩散作用被消除，进而烧结体的致密度提升，整体强度得到显著增加，且各阶段保温烧结时间的设置不同，可有效完善烧结体的显微结构，以免出现过烧现象而影响其各项性能。
[0021] 其中，所述步骤1)中粉碎筛混装置的工作过程如下：先将弹性密封盖向上拉开，进而带动伸缩弹簧逐渐被拉伸，以及连接柱和挡板随之向上运动，再将羟磷灰石、二氧化锆、氟化钙、氧化铝和氧化硅导入混料罐与凹型活动板所形成的空间内，并在松开弹性密封盖的同时来开启电动转盘，由伸缩弹簧来带动弹性密封盖与凹型活动板相接触并逐步的向下运动，弹性密封盖由连接柱来带动挡板与混料罐和凹型活动板相接触，而随着电动转盘带动凹型活动板转动，来由挡板逐步的挤压各原料与粉碎刀片充分接触，并在向下运动的同时来逐渐压缩记忆弹簧，各原料经充分粉碎后由筛孔导入混料罐中，之后将银、铬和铁一同导入混料罐与其球磨、共混，各原料经充分球磨、共混后，再由外部的抽
风机将其经过滤网导出，以完成原料共混处理，且当工作过程中出现晃动或振动时，会导致第二充气气囊逐渐被挤压，并将其内部的气体经透气隔板导入第一充气气囊中，进而导致第一充气气囊逐渐被膨胀并压缩弹簧柱，且依据第一充气气囊和第二充气气囊的缓冲作用，以及弹簧柱的回复作用，来减弱运动过程中出现晃动或振动而造成的不利影响。
[0022] 其中，所述步骤1)中粉碎筛混装置由
支撑架、混料罐、过滤网、导料口、
转轴、
电机、弹性密封盖、连接柱、挡板、凹型活动板、固定块、球磨粒、螺旋搅拌片、电动转盘、减震防护设备、
轴承套圈、筛孔、粉碎刀片、记忆弹簧和伸缩弹簧组成，所述混料罐的外部通过
焊接固定有支撑架，所述混料罐的顶部一侧开设有导料口，所述导料口的内部嵌入有过滤网，所述混料罐的顶部中心处通过
螺栓固定有电机，所述电机的一侧通过
联轴器活动连接有转轴，所述转轴的一端通过焊接固定有固定块，所述固定块的底部均匀设置有球磨粒和螺旋搅拌片，且两者为间隔分布，所述混料罐的外侧靠近固定块处均匀开设有筛孔，所述固定块为一种正八边形结构的部件，且底部斜面沿其中心线方向的延长线与混料罐底部斜面沿其中心线方向的延长线相交，以便经筛孔导入混料罐中的粉末颗粒能够充分与球磨粒和螺旋搅拌片相接触，并依据逐步的挤压作用来使球磨、共混效果提升；
[0023] 所述混料罐位于外侧的下部边缘处通过
轴承套圈活动连接有凹型活动板，所述凹型活动板的底部中心处安装有电动转盘，且混料罐的底部中心处与凹型活动板之间连接有减震防护设备，所述混料罐的外部对应安装有弹性密封盖，所述弹性密封盖的底部一侧与混料罐之间连接有伸缩弹簧，所述弹性密封盖的底部中心处通过
铰链活动连接有连接柱，所述连接柱的底端通过铰链活动连接有挡板，且两个挡板与连接柱之间连接有记忆弹簧，所述凹型活动板与混料罐上均分布有粉碎刀片，且两者为均匀对应设置，所述混料罐与弹性密封盖之间通过铰链活动连接，所述弹性密封盖和挡板的外端均嵌入有滚珠，且弹性密封盖和挡板与凹型活动板互为配合结构，有利于弹性密封盖的密封，以及减小弹性密封盖和挡板与凹型活动板之间的滑动
摩擦力；
[0024] 所述减震防护设备由防护板、第一充气气囊、透气隔板、第二充气气囊、
钢珠、固定套和弹簧柱组成，所述防护板的顶部均匀嵌入有钢珠，且钢珠与混料罐的底部相接触，所述防护板的底部中心处通过粘接固定有第二充气气囊，且第二充气气囊的底部与凹型活动板通过粘接固定，所述第二充气气囊的两侧对应设置有第一充气气囊，且第一充气气囊与第二充气气囊的接触处设置有透气隔板，所述第一充气气囊的外端通过粘接固定有固定套，所述固定套的外侧中心处通过弹簧柱与凹型活动板螺栓固定，所述电机和电动转盘均与外部电源电性连接。
[0025] 本发明的有益效果：
[0026] 1.本发明是先对块状、晶体态原料进行细致化处理，再将其与粉末态原料相结合，可使原料间的共混和分散效果更佳，同时粉末态原料越细致，表面能越高，后续的烧结也越容易，再对各原料进行高温烧结操作，以使烧结体的致密度提升，整体强度得到显著增加，且各阶段保温烧结时间的设置不同，可有效完善烧结体的显微结构，以免出现过烧现象而影响其各项性能，之后将硅酸钠加入其中并二次烧制，可使从初级烧结料内逸出的气体排尽，由硅酸钠和氧化铝、氧化硅充分反应，并与初级烧结料形成固溶体，可使晶格畸变而得到活化，以形成致密、稳定的气孔，同时也能够加强产品的硬度；
[0027] 2.本发明是先将弹性密封盖向上拉开，带动伸缩弹簧逐渐被拉伸，以及连接柱和挡板随之向上运动，再将羟磷灰石、二氧化锆、氟化钙、氧化铝和氧化硅导入混料罐与凹型活动板所形成的空间内，并在松开弹性密封盖的同时来开启电动转盘，由伸缩弹簧的回复力作用来带动弹性密封盖与凹型活动板相接触并逐步的向下运动，以免各原料在粉碎过程中飞出，同时依据连接柱来带动挡板与混料罐和凹型活动板相接触，而随着电动转盘带动凹型活动板转动，并由挡板逐步的挤压各原料与粉碎刀片充分接触，且在向下运动的同时会逐渐的压缩记忆弹簧，以提高挡板的挤压效果及其挤压运动时的稳定性，且当工作过程中出现晃动或振动时，会导致第二充气气囊逐渐被挤压，并将其内部的气体经透气隔板导入第一充气气囊中，进而导致第一充气气囊逐渐被膨胀并压缩弹簧柱，且依据第一充气气囊和第二充气气囊的缓冲作用，以及弹簧柱的回复作用，来减弱运动过程中出现晃动或振动而造成的不利影响，并有效的解决了各原料在进行预处理时，需依次将其导入各机械设备中来分步的进行粉碎、筛选、球磨和混合等步骤，使得整体操作更加简捷、方便，且不易造成产品的无形损耗。
附图说明
[0028] 为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。
[0029] 图1为本发明的粉碎筛混装置
正面剖视图；
[0030] 图2为本发明的减震防护设备整体结构示意图；
[0032] 图中：1、支撑架；2、混料罐；3、过滤网；4、导料口；5、转轴；6、电机；7、弹性密封盖；8、连接柱；9、挡板；10、凹型活动板；11、固定块；12、球磨粒；13、螺旋搅拌片；14、电动转盘；
15、减震防护设备；16、轴承套圈；17、筛孔；18、粉碎刀片；19、记忆弹簧；20、伸缩弹簧；21、防护板；22、第一充气气囊；23、透气隔板；24、第二充气气囊；25、钢珠；26、固定套；27、弹簧柱。
具体实施方式
[0033] 下面将结合
实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
[0034] 如图1-3所示，本发明提供一种技术方案：
[0035] 实施例1：
[0036] 一种医用金属陶瓷材料，由金属材料和陶瓷材料经烧制复合而成，所述各原料按重量百分比分别由30％的羟磷灰石、20％的二氧化锆、10％的氟化钙、10％的硅酸钠、7.5％的氧化铝、7.5％的氧化硅、5％的银、5％的铬和5％的铁组成；
[0037] 一种医用金属陶瓷材料的制备方法，包括如下步骤：
[0038] 1)原料共混处理：先将羟磷灰石、二氧化锆、氟化钙、氧化铝和氧化硅一同导入粉碎筛混装置中进行90分钟、250转/分钟的初次共混，再将银、铬和铁一同导入其中进行30分钟、500转/分钟的二次共混，以得到混料；
[0039] 2)初步烧制处理：先将混料导入干燥箱中进行30分钟、125度的干燥处理，再将其置于窑炉中进行高温烧结操作，以得到初级烧结料，且高温烧结操作为：先将窑炉升温至750度、加压5.0MPa，并在保温烧结30分钟后，再将窑炉升温至1200度，同时向其中持续注入氢气并保温烧结120分钟，最后停止注入氢气并降温至900度，待保温烧结60分钟后泄至常压，以完成高温烧结操作；
[0040] 3)二次烧制处理：先将初级烧结料降温至750度并保持30分钟，再加入硅酸钠并保温15分钟，以得到精制烧结料；
[0041] 4)冷却成型处理：将精制烧结料以15度/分钟的速率降至常温，并经脱模、修整和喷釉后，以得到医用金属陶瓷材料。
[0042] 实施例2：
[0043] 一种医用金属陶瓷材料，与实施例1中的不同之处在于，所述各原料按重量百分比分别由35％的羟磷灰石、22.5％的二氧化锆、12.5％的氟化钙、7.5％的氧化铝、7.5％的氧化硅、5％的银、5％的铬和5％的铁组成；
[0044] 一种医用金属陶瓷材料的制备方法，与实施例1中的不同之处在于，无步骤3)。
[0045] 实施例3：
[0046] 一种医用金属陶瓷材料，与实施例1中的不同之处在于，所述各原料按重量百分比分别由35％的羟磷灰石、25％的二氧化锆、10％的硅酸钠、7.5％的氧化铝、7.5％的氧化硅、5％的银、5％的铬和5％的铁组成；
[0047] 一种医用金属陶瓷材料的制备方法，与实施例1中的不同之处在于，步骤1)中无氟化钙。
[0048] 实施例4：
[0049] 一种医用金属陶瓷材料，与实施例1中均相同。
[0050] 一种医用金属陶瓷材料的制备方法，与实施例1中的不同之处在于，2)初步烧制处理：先将混料导入干燥箱中进行30分钟、125度的干燥处理，再将其置于窑炉中进行1200度、5.0MPa和240分钟的高温烧结，以得到初级烧结料。
[0051] 根据上述实施例1-4，所得出的对比结果如下表：
[0052] 表1-对比实验数据表
[0053]
[0054]
[0055] 由表1-对比实验数据表中的实施例1与实施例2对比可知，两者的硬度相差较大，是因为实施例1中的硅酸钠和氧化铝、氧化硅在750度、30分钟下充分反应，进而使初级烧结料内逸出的气体排尽，并与初级烧结料形成固溶体，使其晶格畸变而得到活化，以形成致密、稳定的气孔，同时也能够加强产品的硬度，因而实施例1与实施例2中的数据相差较为明显；
[0056] 由表1-对比实验数据表中的实施例1与实施例3对比可知，脆性断裂强度和抗拉折强度均相差较大，是因为实施例1中的氟化钙可有效的阻止羟磷灰石与二氧化锆间的反应，并分别依据羟磷灰石、二氧化锆的作用，使得产品脆性断裂强度和抗拉折强度提高的同时，产品与骨组织的
生物相容性得到显著提升，且烧结后获得的二元
复合体系更接近于人体的骨组织强度，因而实施例1与实施例3中的数据相差较为明显；
[0057] 由表1-对比实验数据表中的实施例1与实施例4对比可知，硬度、脆性断裂强度和抗拉折强度均相差较大，是因为实施例1中的高温烧结操作共分为三个阶段，在烧结初期，各原料的粉末颗粒间相互接触，而随着压力的增大，粉末颗粒间的堆积逐渐紧密，其接触点与接触面积也逐渐增加，使烧结效率得到显著提升，在烧结中期，原子向粉末颗粒间的结合面处迁移，形成连续的孔隙网络，而随着温度的升高、还原性气体的注入，可使氧气等气体从烧结体表面逐渐逸出，形成缺陷结构并加速原子扩散和整体收缩，以利于致密化烧结，在烧结末期，大多数孔隙网络被分隔开，形成的气孔逐渐被填充，而随着温度的降低、还原性气体的停注和泄至常压，以使剩余的孔隙网络依据物质的扩散作用被消除，进而烧结体的致密度提升，整体强度得到显著增加，且各阶段保温烧结时间的设置不同，可有效完善烧结体的显微结构，以免出现过烧现象而影响其各项性能，因而实施例1与实施例4中的数据均相差较为明显。
[0058] 其中，粉碎筛混装置的工作原理为：先将弹性密封盖7向上拉开，带动伸缩弹簧20逐渐被拉伸，以及连接柱8和挡板9随之向上运动，再将羟磷灰石、二氧化锆、氟化钙、氧化铝和氧化硅导入混料罐2与凹型活动板10所形成的空间内，并在松开弹性密封盖7的同时来开启电动转盘14，由伸缩弹簧20的回复力作用来带动弹性密封盖7与凹型活动板10相接触并逐步的向下运动，以免各原料在粉碎过程中飞出，同时依据连接柱8来带动挡板9与混料罐2和凹型活动板10相接触，而随着电动转盘14带动凹型活动板10转动，并由挡板9逐步的挤压各原料与粉碎刀片18充分接触，且在向下运动的同时会逐渐的压缩记忆弹簧19，以提高挡板9的挤压效果及其挤压运动时的稳定性，且当工作过程中出现晃动或振动时，会导致第二充气气囊24逐渐被挤压，并将其内部的气体经透气隔板23导入第一充气气囊22中，进而导致第一充气气囊22逐渐被膨胀并压缩弹簧柱27，且依据第一充气气囊22和第二充气气囊24的缓冲作用，以及弹簧柱27的回复作用，来减弱运动过程中出现晃动或振动而造成的不利影响，并有效的解决了各原料在进行预处理时，需依次将其导入各机械设备中来分步的进行粉碎、筛选、球磨和混合等步骤，使得整体操作更加简捷、方便，且不易造成产品的无形损耗。
[0059] 本发明通过合理的设计，其中，先对块状、晶体态原料进行细致化处理，再将其与粉末态原料相结合，可使原料间的共混和分散效果更佳，同时粉末态原料越细致，表面能越高，后续的烧结也越容易，再对各原料进行高温烧结操作，以使烧结体的致密度提升，整体强度得到显著增加，且各阶段保温烧结时间的设置不同，可有效完善烧结体的显微结构，以免出现过烧现象而影响其各项性能，之后将硅酸钠加入其中并二次烧制，可使从初级烧结料内逸出的气体排尽，由硅酸钠和氧化铝、氧化硅充分反应，并与初级烧结料形成固溶体，可使晶格畸变而得到活化，以形成致密、稳定的气孔，同时也能够加强产品的硬度，最后经降温、脱模、修整和喷釉后，以得到医用金属陶瓷材料。
[0060] 在本
说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。且描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0061] 以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的
修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受
权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
