[发明专利]一种粉色氮化硅陶瓷及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种粉色氮化硅陶瓷及其制备方法和应用。本发明以Al₂O₃和Er₂O₃作为烧结助剂，且Er₂O₃同时作为着色剂，经气压烧结后，得到粉色氮化硅陶瓷。

技术领域

本发明涉及一种粉色氮化硅陶瓷及其制备方法和应用，具体说，是以Al₂O₃和E_r2O₃作为烧结助剂，且Er₂O₃同时作为着色剂，经气压烧结所得的具有高强度、高硬度和高韧性特性的粉色氮化硅陶瓷，属于氮化硅陶瓷的制备领域。

背景技术

氮化硅陶瓷具有密度低、力学性能好、耐磨损、耐腐蚀及生物相容性好等优点，是一种理想的股骨球头材料。由于禁带宽度较大(3.5-5.5eV)，氮化硅本身是无色的。但是由于受到添加剂的影响，氮化硅的颜色通常会有所变化。例如，当采用使用作为广泛Al₂O₃-Y₂O₃体系作为烧结助剂时，氮化硅陶瓷的颜色通常为灰色。作为一种人体植入物材料，其颜色若能与人体骨骼或组织相近，则更能为患者所接纳。赛琅泰克公司开发的ZTA陶瓷球头材料即为粉色。

因此，若能将氮化硅陶瓷股骨球头的颜色调节为粉色，其接受程度会更高。要想改变氮化硅陶瓷的颜色，通常需要加入着色剂。但多数着色剂的熔点较低，易在氮化硅陶瓷的烧结过程中分解，无法其他改变氮化硅陶瓷颜色的目的，且会阻碍氮化硅陶瓷的致密化。另一方面，作为一种生物材料，氮化硅陶瓷中的元素应较为稳定，且具有生物安全性。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种粉色氮化硅陶瓷及其制备方法和应用。

一方面，本发明提供了一种粉色氮化硅陶瓷，以Al₂O₃和Er₂O₃作为烧结助剂，且Er₂O₃同时作为着色剂，经气压烧结后，得到粉色氮化硅陶瓷。

本发明中，采用Al₂O₃和Er₂O₃作为烧结助剂，且Er₂O₃同时作为着色剂，制备粉色氮化硅陶瓷。这样一方面可以减少氮化硅陶瓷中引入的元素种类，减少第二相对氮化硅陶瓷致密化的抑制作用。另一方面，Er₂O₃的离子半径较小，可以制备出强度和韧性更高的氮化硅陶瓷。本发明通过合理设计Al₂O₃和Er₂O₃的比例，并进行烧结工艺调控，可获得同时满足高强度、高韧性和高硬度的粉色氮化硅陶瓷。

较佳的，所述粉色氮化硅陶瓷中Al₂O₃的含量为0.71～2.78wt％，Er₂O₃的含量为3.91～8.82wt％。

较佳的，所述粉色氮化硅陶瓷的相对密度为97.6％～99.6％，抗弯强度为1088.9～1357.3MPa，维氏硬度为14.31～15.42GPa，断裂韧性为10.4～13.5MPa·m^1/2。

另一方面，本发明提供了一种粉色氮化硅陶瓷的制备方法，包括：

以α-Si₃N₄粉体为初始原料，Al₂O₃和Er₂O₃作为烧结助剂，且Er₂O₃同时作为着色剂，经球磨混合，得到混合粉体；

将混合粉体进行干压预成型和冷等静压成型，得到素坯；