[发明专利]一种半透光性良好、机械性能优异的玻璃陶瓷结构体的制备方法及应用

说明书

本发明涉及二硅酸锂玻璃陶瓷技术领域，具体涉及一种兼具良好半透光性、优异机械性能、高成品率的玻璃陶瓷结构体及其制备方法与应用。本发明通过控制原材料的粒度、含量关系以及玻璃粉的粒度，加速玻璃融化，提升其析晶能力，所得玻璃陶瓷结构体具有良好的半透光性，透光率≥50％，可以很好的模拟自然牙的光泽和透光性；具有较高的机械强度，其三点抗弯强度至少大于420MPa，优选大于460MPa；产品质量稳定，一致性良好，成品率≥99％；同时，该方法不需要增加其他种类的原材料，也不需要复杂的加工工艺，大大降低高品质玻璃陶瓷的生产成本。

技术领域

本发明涉及二硅酸锂玻璃陶瓷技术领域，具体涉及一种兼具良好半透光性、优异机械性能、高成品率的玻璃陶瓷结构体及其制备方法与应用。

背景技术

玻璃陶瓷又名微晶玻璃，是由具有特定组成的基质玻璃在晶化热处理后得到的由晶相和玻璃相组成的多相固体复合材料。玻璃陶瓷具有机械强度高、热膨胀性能可调、耐热冲击、耐化学腐蚀、低介电损耗等优越性能，集中了陶瓷和玻璃的优点。

玻璃陶瓷目前已被广泛用于机械制造、光学、电子与微电子、航天航空、化学、工业、生物医药及建筑等领域，同时在牙科全瓷修复材料中占有重要地位。

发展至今，玻璃陶瓷大致分为5类，具体为：长石质玻璃陶瓷、白榴石增强玻璃陶瓷、云母基玻璃陶瓷、磷灰石基玻璃陶瓷、二硅酸锂玻璃陶瓷5种玻璃陶瓷。

为了满足应用需求，玻璃陶瓷需要具有较高的半透光性及机械性能，但由于玻璃陶瓷的制造工艺复杂，技术要求高，此类玻璃陶瓷的生产成本过高；而一些低成本生产工艺又无法保证所得玻璃陶瓷的性能，或者存在因产品一致性差而导致成品率低的问题。因此研发高强度、高半透光性、高一致性、低成本的玻璃陶瓷产品，对推广玻璃陶瓷应用范围具有积极的现实意义。

针对当前问题，CN113024120A提出通过控制不同原材料的粒度进而影响玻璃陶瓷结构体的透过率，该方法成本较低，但仍然受限于强度较低和成品率较低的问题。

发明内容

本发明提供一种新的玻璃陶瓷结构体的制备方法，其所得产品兼具较低的成本、较高的机械性能和半透光率，以及较高的成品率，可满足玻璃陶瓷的应用需求。

第一方面，本发明提供的玻璃陶瓷结构体的制备方法，包括：将各原材料混合熔融所得熔融物水淬、破碎、球磨，得到玻璃粉；将所得玻璃粉二次熔融，浇注和脱模；所述玻璃粉的粒径D₅₀为5-35μm。

本发明研究发现，仅需通过控制中间产物玻璃粉的粒度，即可同时显著提高三点抗弯强度、透光率和成品率，大大降低了高品质玻璃陶瓷的生产成本，解决了现有二硅酸锂玻璃陶瓷的生产存在的问题。

此外，本发明还发现，在上述粒径范围内的玻璃粉颗粒之间的粘连现象会减小，颗粒之间的团聚现象也会减少，这使得玻璃粉分散性良好，减少玻璃陶瓷产品之间的差异性，有助于提高成品率。

优选地，所述玻璃粉的粒径D₅₀为5-10μm。

进一步地，本发明所述的玻璃粉可采用常规球磨设备获得，如行星式球磨机等，具体球磨时加入无水乙醇，并保持一定的转速和时长。转速过低时，玻璃粉破碎不充分；时间过长，则导致玻璃粉的粒度不均匀，最终筛选表面形貌为球形的玻璃粉继续熔融，浇注和脱模。

为了获得较佳性能的玻璃陶瓷，本发明通过控制所述球磨的转速和时长实现对玻璃粉粒度的控制。具体地，所述转速为80-95r/min，优选为85-95r/min，时长为10-15min。

为了进一步提高玻璃陶瓷的机械性能、半透光率，同时提高成品率，降低成本，本发明还进一步控制所述原材料的粒度关系和含量关系。

本发明所述的原材料包括：氧化硅、碳酸锂、氧化铝、氧化锌等。

各原材料的粒度关系为：