光固化浆料用氧化锆粉体的制备

摘要

二氧化锆具有优良的物理化学性质和生物相容性，掺杂钇和镁之后可以获得良好的力学性能和电学性能，广泛用于骨科材料、义齿、固体电解质等领域。但是由于陶瓷加工难度较大使得其应用受到限制，尤其是表面复杂、高表面质量和个性化定制的微型陶瓷器件，因此亟需研究新的陶瓷成型工艺。近年来适用于个性化定制的增材制造技术快速发展，其中光固化成型技术由于设备简单、精度高、表面质量好的优点，是最有前景的新型陶瓷成型技术。陶瓷光固化成型技术的关键在于配制固相含量较高且黏度较小的陶瓷光固化浆料，本文提出一种新的思路：利用颗粒表面光滑、尺寸大小适中、团聚较轻、流动性好的氧化锆粉体配制光固化浆料。常用的纳米粉体合成方法中，水热法设备简单、成本低廉、反应条件易控，制得产物纯度高、颗粒形貌和尺寸易控。因此，本文利用水热法制备陶瓷光固化浆料所需ZrO2粉体。
　　本文通过水热法合成了 ZrO2粉体，探讨了锆源（ZrOCl2、Zr(SO4)2、Zr(NO3)4和ZrCl4）和沉淀剂（Na2CO3、NH4HCO3、NH4HCO3、CO(NH2)2）的种类、水热温度和时间、反应介质以及 SO42-浓度对 ZrO2相结构、形貌和粒径的影响规律。以ZrOCl2和 CO(NH2)2为原料，200℃下反应8h制备出分散性良好、40nm左右、表面光滑的近似球形纳米ZrO2粉体。反应介质为酒精时制得2~4μm的球状非晶ZrO2；随SO42-浓度升高，产物由片状变为花状t-ZrO2再变为棒状m-ZrO2，[SO42-]=0.1M时产物对罗丹明B的吸附性能最好。
　　以Zr(NO3)4、Y(NO3)3、Mg(NO3)2和Na2CO3为原料，利用水热法合成了3YSZ、10MSZ和5Y5MSZ，探究了沉淀剂的浓度、水热时间和温度对三种产物相结构的影响规律。以Zr(NO3)4、Y(NO3)3和Na2CO3制备出了粒径分布较窄约为30~50nm，表面光滑、分散性良好的3YSZ粉体。研究了煅烧对粉体粒径和烧结性能的影响，煅烧可显著增加超细颗粒的尺寸，并提高其烧结性能。
　　利用上述3YSZ粉体，6官聚氨酯丙烯酸酯为预聚体，三缩丙二醇双丙烯酸酯(TPGDA)为稀释剂，苯基双氧化膦（819）为引发剂，配制了氧化锆光固化浆料。研究了固相含量和引发剂用量对浆料黏度和固化性能的影响规律：提高固相含量，浆料黏度显著增加，固化深度减小，固化速度变慢，固化收缩率减小，致密度增加；提高温度和剪切速率可以显著减小浆料的黏度，在较高温度和较大剪切速率下，35vol％的浆料黏度小于30vol%的浆料。

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1 绪论

1.1 光固化快速成型技术

1.2 二氧化锆的结构、性质、掺杂与应用

1.3 二氧化锆纳米粉体的制备

1.4 研究目的及内容

2 ZrO2纳米粉体水热法合成研究

2.1 引言

2.2 实验原理及步骤

2.3 结果与讨论

2.4 本章小结

3 Y、Mg掺杂氧化锆纳米粉体的制备

3.1 引言

3.2 实验原理及步骤

3.3结果与讨论

3.4 本章小结

4 光固化用YSZ陶瓷浆料的研究

4.1 引言

4.2 实验原理及步骤

4.3 结果与讨论

4.4 本章小结

5 总结与展望

5.1 全文总结

5.2 课题展望

致谢

参考文献

附录1 攻读硕士学位期间发表的论文目录