[发明专利]一种氮化硅-树脂双连续相复合陶瓷材料及其制造方法和应用

说明书

本发明涉及一种氮化硅‑树脂双连续相复合陶瓷材料及其制造方法和应用。具体地说，本发明涉及一种制造氮化硅‑树脂双连续相复合陶瓷材料的方法，所述方法包括成型、高温烧结、表面处理、渗透处理和树脂复合步骤。本发明还涉及由所述方法制得的氮化硅‑树脂双连续相复合陶瓷材料以及所述复合陶瓷材料在制造牙体或者其他硬组织的修复材料中的应用。本发明方法具有工艺简单易操作等优点，由该方法制得的复合陶瓷材料具有强度高，可加工性好，弹性模量和硬度与牙体相近似等优点，尤其适合于用作牙体修复材料，例如用于制造牙冠、贴面、嵌体、高嵌体，也可以用于修复其他硬组织。

技术领域

本发明涉及材料领域，尤其是涉及一种氮化硅-树脂双连续相复合陶瓷材料及其制造方法和应用。

背景技术

近年来，随着人们生活水平的提高，对于自身的健康和生活质量的要求逐渐提高，随之而来的对口腔修复材料的需求也逐渐增加，而且这种需求随着人口老龄化的加剧而急剧增加，口腔材料作为一门与临床修复和治疗紧密相关的基础学科，在口腔临床医学中发挥着越来越重要的作用。

根据DENSPLY公司的估计，2012年全球牙科材料的市场规模为100亿美元，预计到2030年，中国牙科材料市场将达到120亿元。然而，如此巨大的市场基本被德国、意大利、日本、美国、韩国、荷兰等国家的产品占领，国产品牌所占比重极小(约为10％)，主要集中在低端材料，国内整体产品水平落后国外10年以上，面临的形势非常严峻。国外产品例如有世界范围内被广泛认可的国际品牌产品3M(Lava Ultimate CAD/CAM Restorative，来自3M公司(Minnesota Mining and Manufacturing公司)、VITA(VITA ENAMIC，来自VITA Zahnfabrik公司)和Mark Ⅱ(VITABLOCS Mark Ⅱ，来自VITA Zahnfabrik公司)。但是这些产品的价格往往是国产同类产品的数倍，极大增加了患者的经济负担和政府的财政支出。因此开发出具有自主知识产权的牙科产品是我国齿科材料发展刻不容缓的任务。

经过牙医和科技人员的长期研究，认为牙科材料应当具有可加工性、生物相容性、耐用性和美观性，并且可以低成本制造。但目前已商品化的牙科材料的强度(例如抗弯强度和弹性模量)、美观性和经济性等与临床牙科医生和患者的要求还有很大的距离。

目前市场上所制备的牙科树脂复合材料普遍存在力学性能不足、断裂韧性低或者耐磨性差等不足，主要原因在于，树脂基体中的填料以分散相的形式存在，虽然可以一定程度上提高树脂复合材料的强度，但是很难有显著的提高，难以满足后磨牙等方面的应用。本发明提供了一种使用以氮化硅粉体为主，添加少量的烧结助剂制备的多孔陶瓷支架，并通过树脂渗透的方法制备氮化硅-树脂双连续相复合材料的方法。该方法得到的复合材料具有有机/无机两相均连续的微观结构，由于陶瓷相也为连续相，显著改善了复合材料的耐磨性，同时通过与树脂的复合，相对于传统的陶瓷材料，该复合材料的硬度和弹性模量更加接近于人体牙齿本身的性能，使得所述氮化硅-树脂双相连续的复合材料表现出传统牙科材料所不具备的优良性能。

而且，本发明的多孔氮化硅陶瓷经过液相烧结以后，具有独特的微观形貌，其中β-Si₃N₄晶粒呈现长棒状的结构，该结构的β-Si₃N₄晶粒堆积在一起形成了多孔氮化硅陶瓷。一方面，棒状晶粒的堆积导致了多孔氮化硅陶瓷具有高的开气孔率，即多孔结构具有较高的连通性，该结构有利于树脂相的渗入；另一方面，棒状晶粒能够导致断裂过程中裂纹较大程度的偏转，吸收较多的能量，同时在复合材料中，起到类似于晶须或者纤维增韧的效果，有利于得到高强度的复合材料。虽然其他多孔陶瓷通过该种工艺也能得到强度较高的复合材料(例如中国专利CN1582884A采用氧化物部分烧结体作为陶瓷支架，经过渗透树脂后得到的复合材料抗弯强度介于112.09-287.48MPa)，但是由于其他多孔陶瓷不具备氮化硅陶瓷所特有的棒状晶粒结构，因此很难达到300MPa及以上强度。而本发明得到的氮化硅-树脂双相连续的复合材料能够达到300-400MPa及以上强度。

发明内容