專利名稱：超細玻璃態(tài)粉體制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及超細玻璃態(tài)粉體制備方法，具體涉及一種用化學液相沉淀法制備Al2O3-SiO2-CaF2系超細玻璃態(tài)粉體的方法。
背景技術(shù)：
在20世紀70-80年代，人們開發(fā)研制出了多種生物陶瓷材料；到90年代，生物陶瓷材料已經(jīng)能夠真正用于人體硬組織的修復，并在臨床治療中取得重要進展。但迄今為止，用于硬組織修復與替換的材料仍然首推金屬材料，其次是生物陶瓷、聚合物、復合材料及人和動物的骨骼衍生物等。在人體硬組織所處的環(huán)境條件下，不僅要求修復材料無毒副作用、有生物相溶性和生物活性，而且必須有足夠的力學性能及與硬組織的牢固結(jié)合性能。金屬與合金雖然具有足夠的強度和韌性，但屬于生物惰性材料，與硬組織的結(jié)合不理想。聚合物或纖維增強的復合材料，具有多種優(yōu)良性能，也一直受到從事醫(yī)用材料研究的科學家的重視，但由于其強度和硬度欠缺及固化時的體積收縮，影響使用效果，還可誘發(fā)繼發(fā)齲，并且其復雜的操作方式在一定程度上限制了它的廣泛使用。生物玻璃陶瓷含有人體硬組織的相近成分，且具備優(yōu)異的生物相容性與生物活性，其粉體既可燒結(jié)成硬組織替代材料，又可固結(jié)成玻璃離子水泥(Glass Ionomer Cement，簡稱GIC)型粘結(jié)材料，在醫(yī)用生物材料領(lǐng)域，一直倍受國內(nèi)外研究者的重視。雖然，Al2O3-SiO2-CaF2系玻璃態(tài)粉體作為生物玻璃陶瓷的一種，具有生物玻璃陶瓷的一系列的優(yōu)點，比如其良好的生物相容性和生物活性，但頗為遺憾的是該粉體材料的易脆性和固結(jié)收縮性常導致其過早的破碎和脫落，使其使用壽命低于傳統(tǒng)的金屬型和樹脂型修復材料。因此，改善玻璃陶瓷材料的結(jié)構(gòu)和性能，使之上升為可以替代合金的永久性修復材料，是當前醫(yī)用材料領(lǐng)域的研究熱點之一，具有十分重要的意義。鑒于納米粉體具有一系列奇特的效應(yīng)，對粉體材料的后續(xù)制備工藝及其微觀結(jié)構(gòu)和性能有重大的影響，有利于提高材料的力學性能及生物性能，特別是提高粉體的固結(jié)強度、韌性及粘結(jié)強度。目前，生物玻璃粉體的制備多采用傳統(tǒng)的熔融-激冷-碾磨的物理方法，制取的粉體粒度均在微米級范圍，并且粒度分布較寬，固然影響其固結(jié)性能。由此可見，粉體的合成制備顯得尤為重要，納米微粉的制備方法可分為物理方法和化學方法，而制備的關(guān)鍵是如何控制顆粒的大小和獲得較窄且均勻的粒度分布。國內(nèi)外物理法制備方法已不鮮見，也有不少化學制備方法陸續(xù)出爐，但到目前為止，尚未見關(guān)于通過任何法制備出Al2O3-SiO2-CaF2系的超細(達幾十納米)玻璃態(tài)粉體的報道。基于上述背景，引發(fā)出本發(fā)明的構(gòu)想。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種用化學液相沉淀法制備牙科或骨科用Al2O3-SiO2-CaF2系超細玻璃態(tài)粉體材料的方法，該粉體材料實現(xiàn)了超細化(納米級)和非晶化，同時材料的制備工藝簡單，設(shè)備成本低，容易實現(xiàn)。
本發(fā)明提供了一種牙科或骨科用材料，其特征在于該材料為Al2O3-SiO2-CaF2體系的粉體材料，超細，達幾十納米，且屬于非晶態(tài)粉體，形貌為近球狀，白色。
本發(fā)明提供的超細玻璃態(tài)粉體制備方法，采用不同摩爾分數(shù)的Na2SiO3、AlCl3、CaCl2、NaF作為原始反應(yīng)物，以檸檬酸作為制備粉體的分散劑，在室溫條件下，第一步，先分別將原材料配制成水溶液待用，然后分別將裝有五種不同溶液的燒杯均置于水槽中并用超聲波振蕩5～10分鐘；第二步，進行反應(yīng)物溶液的混合，首先將AlCl3溶液倒入CaCl2溶液中，然后將NaF溶液倒入，將三者混合后，最后將Na2SiO3溶液及分散劑一起倒入；混合溶液發(fā)生反應(yīng)生成白色絮狀沉淀；在反應(yīng)物溶液的混合及反應(yīng)期間始終保持玻璃棒攪拌和超聲波振蕩，且反應(yīng)結(jié)束后繼續(xù)用超聲波振蕩15～30分鐘；第三步，將沉淀清洗、過濾、霧化、干燥即可得Al2O3-SiO2-CaF2系納米級玻璃態(tài)粉體；粉體為白色、近球狀、粒子尺寸約在30～70納米范圍。
上述Na2SiO3溶液質(zhì)量百分濃度為10～15％，AlCl3溶液質(zhì)量百分濃度為10～30％，CaCl2溶液質(zhì)量百分濃度為20～40％，NaF溶液質(zhì)量百分濃度為3～4％，作為分散劑用的檸檬酸溶液濃度控制在1％。
上述原始反應(yīng)物摩爾比例Na2SiO3∶AlCl3∶CaCl2∶NaF為(1～3)∶(1～3)∶(1～2)∶(1～2)，分散劑檸檬酸溶液添加量為100～150毫升。
將沉淀用去離子水清洗并過濾四遍，之后用化學純酒精清洗并過濾兩遍，在每次過濾后再加水或酒精時，用超聲波振蕩15～30分鐘。
將過濾后的沉淀加適量分析純無水酒精，攪拌、振蕩，至形成不透明的乳狀液體，將液體倒入氣體加壓壺中并施行空氣加壓，然后打開壺咀開關(guān)，均勻霧化在干凈、干燥的玻璃容器中，沉淀物自然干燥后即成粉體。
本發(fā)明提供的超細玻璃態(tài)粉體，粒子較均勻，分散性較好，粒度組成范圍較小，以30～70nm的粒子占絕大多數(shù)，甚少有粗大的粒子，形狀多為近球狀。經(jīng)XRD分析可知該粉體屬非晶態(tài)粉體。經(jīng)EDAX分析證實粉體含有Al，Ca，Si，O，F(xiàn)元素。DTA分析表明，該粉體的玻璃轉(zhuǎn)變溫度及析晶溫度分別約為625℃和817℃，這一特征溫度低于傳統(tǒng)熔融-淬火微米級玻璃粉體的溫度。在此溫度區(qū)間保溫一定時間后緩慢冷卻，CaF2，AlxSiyOz等晶相將相繼從玻璃網(wǎng)絡(luò)中析出。
具體實施例方式實例1取分析純0.20摩爾Na2SiO3、0.3摩爾AlCl3、0.1摩爾CaCl2和0.2摩爾NaF為反應(yīng)原材料，以100毫升1.0％的檸檬酸作為分散劑；首先，分別配制出反應(yīng)物水溶液質(zhì)量百分濃度為Na2SiO310％，AlCl320％，CaCl230％，NaF 3％。溶液混合前，先分別將配制好的五種溶液用超聲波振蕩5分鐘；混合時，首先將AlCl3溶液倒入CaCl2溶液中，隨后再將NaF溶液倒入，將三者混合時，注意保持玻璃棒連續(xù)攪拌和超聲波連續(xù)振蕩；最后將Na2SiO3溶液及分散劑一并倒入；在溶液混合始末保持玻棒攪拌和超聲波振蕩不中斷；混合后的溶液中析出白色沉淀，繼續(xù)攪拌振蕩20分鐘。析出的沉淀，先用去離子水過濾四遍，然后用無水純酒精過濾兩遍，在此期間，每次過濾完，再加水或酒精攪拌時，均用超聲波振蕩15分鐘；最后將沉淀霧化干燥，即可得到所需粉體。
實例2
取分析純0.3摩爾Na2SiO3、0.2摩爾AlCl3、0.1摩爾CaCl2和0.2摩爾NaF為反應(yīng)原材料，以120毫升1.0％的檸檬酸作為分散劑；首先，分別配制出反應(yīng)物水溶液質(zhì)量百分濃度為Na2SiO310％，AlCl325％，CaCl235％，NaF 3％；溶液混合前，先分別將配制好的五種溶液用超聲波振蕩5分鐘；混合時，首先將AlCl3溶液倒入CaCl2溶液中，隨后再將NaF溶液也倒入，將三者完全混合起來，注意保持玻璃棒連續(xù)攪拌和超聲波連續(xù)振蕩；最后將Na2SiO3溶液及分散劑一并倒入；在溶液混合始末保持玻棒攪拌和超聲波振蕩不中斷；混合后的溶液中析出白色沉淀，繼續(xù)攪拌振蕩15分鐘；析出的沉淀，先用去離子水過濾四遍，然后用無水純酒精過濾兩遍，在此期間，每次過濾完，再加水或酒精攪拌時，均用超聲波振蕩20分鐘左右；最后將沉淀霧化干燥，即可得到所需粉體。
實例3取分析純0.2摩爾Na2SiO3、0.15摩爾AlCl3、0.15摩爾CaCl2和0.1摩爾NaF為反應(yīng)原材料，以120毫升1.0％檸檬酸作為分散劑；首先，分別配制出反應(yīng)所需的水溶液質(zhì)量百分濃度為Na2SiO310％，AlCl315％，CaCl225％，NaF 3％；溶液混合前，先分別將配制好的五種溶液用超聲波振蕩5分鐘；混合時，首先將AlCl3溶液倒入CaCl2溶液中，隨后再將NaF溶液也倒入，將三者完全混合起來，注意保持玻璃棒連續(xù)攪拌和超聲波連續(xù)振蕩；最后將Na2SiO3溶液及分散劑一并倒入；在溶液混合始末保持玻棒攪拌和超聲波振蕩不中斷；混合后的溶液中析出白色沉淀，繼續(xù)攪拌振蕩25分鐘；析出的沉淀，先用去離子水過濾四遍，然后用無水純酒精過濾兩遍，在此期間，每次過濾完，再加水或酒精攪拌時，均用超聲波振蕩20分鐘；最后將沉淀霧化干燥，即可得到所需粉體。
實例4取分析純0.1摩爾Na2SiO3、0.15摩爾AlCl3、0.1摩爾CaCl2和0.15摩爾NaF為反應(yīng)原材料，以150毫升1％檸檬酸作為分散劑；首先，分別配制出反應(yīng)所需的水溶液質(zhì)量百分濃度為Na2SiO315％，AlCl330％，CaCl235％，NaF 4％；溶液混合前，先分別將配制好的五種溶液用超聲波振蕩5分鐘；混合時，首先將AlCl3溶液倒入CaCl2溶液中，隨后再將NaF溶液也倒入，將三者完全混合起來，注意保持玻璃棒連續(xù)攪拌和超聲波連續(xù)振蕩；最后將Na2SiO3溶液及分散劑一并倒入；在溶液混合始末保持玻棒攪拌和超聲波振蕩不中斷；混合后的溶液中析出白色沉淀，繼續(xù)攪拌振蕩30分鐘；析出的沉淀，先用去離子水過濾四遍，然后用無水純酒精過濾兩遍，在此期間，每次過濾完，再加水或酒精攪拌時，均用超聲波振蕩25分鐘；最后將沉淀霧化干燥，即可得到所需粉體。
實例5取分析純0.15摩爾Na2SiO3、0.1摩爾AlCl3、0.1摩爾CaCl2和0.15摩爾NaF為反應(yīng)原材料，以150毫升1.0％檸檬酸作為分散劑；首先，分別配制出反應(yīng)所需的水溶液質(zhì)量百分濃度為Na2SiO315％，AlCl320％，CaCl230％，NaF 4％；溶液混合前，先分別將配制好的五種溶液用超聲波振蕩5分鐘；混合時，首先將AlCl3溶液倒入CaCl2溶液中，隨后再將NaF溶液也倒入，將三者完全混合起來，注意保持玻璃棒連續(xù)攪拌和超聲波連續(xù)振蕩；最后將Na2SiO3溶液及分散劑一并倒入；在溶液混合始末保持玻棒攪拌和超聲波振蕩不中斷；混合后的溶液中析出白色沉淀，繼續(xù)攪拌振蕩25分鐘；析出的沉淀，先用去離子水過濾四遍，然后用無水純酒精過濾兩遍，在此期間，每次過濾完，再加水或酒精攪拌時，均用超聲波振蕩15分鐘；最后將沉淀霧化干燥，即可得到所需粉體。
權(quán)利要求
1.一種超細玻璃態(tài)粉體制備方法，其特征在于如下步驟采用不同摩爾分數(shù)的Na2SiO3、AlCl3、CaCl2、NaF作為原始反應(yīng)物，以檸檬酸作為制備粉體的分散劑，在室溫條件下，第一步，先分別將原材料配制成水溶液待用，然后分別將裝有五種不同溶液的燒杯均置于水槽中并用超聲波振蕩5～10分鐘；第二步，進行反應(yīng)物溶液的混合，首先將AlCl3溶液倒入CaCl2溶液中，然后將NaF溶液倒入，將三者混合后，最后將Na2SiO3溶液及分散劑一起倒入；混合溶液發(fā)生反應(yīng)生成白色絮狀沉淀；在反應(yīng)物溶液的混合及反應(yīng)期間始終保持玻璃棒攪拌和超聲波振蕩，且反應(yīng)結(jié)束后繼續(xù)用超聲波振蕩15～30分鐘；第三步，將沉淀清洗、過濾、霧化、干燥即可得Al2O3-SiO2-CaF2系納米級玻璃態(tài)粉體；粉體為白色、近球狀、粒子尺寸約在30～70納米范圍。
2.按照權(quán)利要求1所述的超細玻璃態(tài)粉體制備方法，其特征在于上述Na2SiO3溶液質(zhì)量百分濃度為10～15％，AlCl3溶液質(zhì)量百分濃度為10～30％，CaCl2溶液質(zhì)量百分濃度為20～40％，NaF溶液質(zhì)量百分濃度為3～4％，作為分散劑用的檸檬酸溶液濃度控制在1％。
3.按照權(quán)利要求1所述的超細玻璃態(tài)粉體制備方法，其特征在于上述原始反應(yīng)物摩爾比例Na2SiO3∶AlCl3∶CaCl2∶NaF為(1～3)∶(1～3)∶(1～2)∶(1～2)，分散劑檸檬酸溶液添加量為100～150毫升。
4.按照權(quán)利要求1所述的超細玻璃態(tài)粉體制備方法，其特征在于將沉淀用去離子水清洗并過濾四遍，之后用化學純酒精清洗并過濾兩遍，在每次過濾后再加水或酒精時，用超聲波振蕩15～30分鐘。
5.按照權(quán)利要求4所述的超細玻璃態(tài)粉體制備方法，其特征在于將過濾后的沉淀加適量分析純無水酒精，攪拌、振蕩，至形成不透明的乳狀液體，將液體倒入氣體加壓壺中并施行空氣加壓，然后打開壺咀開關(guān)，均勻霧化在干凈、干燥的玻璃容器中，沉淀物自然干燥后即成粉體。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種超細玻璃態(tài)粉體制備方法，采用不同摩爾分數(shù)的Na
文檔編號C03C12/00GK1789185SQ20041007732
公開日2006年6月21日 申請日期2004年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月15日
發(fā)明者袁鴿成 申請人:廣東工業(yè)大學