磷酸镁 氧化锆复相陶瓷的制备及力学性能研究
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综上所 述，将 镁离子引入来实现已有氧 化 锆 陶 瓷 性 能 提 升 的 相 关 研 究已 经不 少，同 时其生物 相容性也得到了较为可靠的验 证。 但 是 对 于直 接 将 磷 酸 镁 加 入 氧化锆 制 备复 相陶瓷的 文 章尚未见到。因此，本 实验 是 通 过将 磷 酸 镁 掺入部 分 稳 定 的 氧化锆 粉 体中 制备得到磷酸镁 / 氧化锆复相陶瓷材 料，研 究 磷 酸 镁 添 加 量 对其 物 相 行 为、显微 形 貌 和 力学 性 能 的 影 响，探究 其 机 理。
镁 是 人类身 体中一种 重要 的 微 量 元 素， 研究 表明它在骨生长和骨修复中也扮演 重 要角色，其中牙 釉质、牙本质 和 骨 骼 分别 含 有 0.44w t .%、1.23w t .% 和 0.72w t .% 的 镁 [2]。磷 酸 盐 是 一 种 生 物 相 容 性 较 好 的 盐 类材料，Ta k u y a 等 [3] 曾将羟基磷灰石加入 氧化锆陶瓷，研究了这种复相陶瓷的生物 相 容性，实验表明该材 料有类似生物骨的相容 性。因此，有研究采用镁取代羟基磷灰石中的 钙制备得到了镁取代磷灰石材 料，结果 表明 该 材 料具 有优良的生物 相容性 和 骨传导性。 天津大学的 H.L i a n g 等 [4] 利用以 M E V VA 为 镁 离子源 利 用离子 注 入 机 将 镁 离子 注 入 15% A l2O3/3Y- Z r O2 复相陶瓷，研究表明，镁 离子的注入提高了氧化锆陶瓷的生物活性。
采用北京普析 通用仪器有限公司的 XD-3 型 X 射线衍射仪（X-ray diffraction， Cu Kα1，λ=0.15406 n m）对 试 样 进 行 物 相 分 析。采 用 三 点 弯曲 法 测 试 磷 酸 镁 / 氧 化锆 复相陶 瓷 的 抗 弯 强 度，然 后 采 用日立 公司 生 产 的 S -4800 型 冷 场 发 射 扫 描 电 子 显 微 镜（S E M）观 察 试 样 断 面 的 显 微 形貌。
氧化锆陶瓷 材 料由于其 具 有独特 的应 力 诱 导 相 变增 韧 效 应，具 有 较 高的力学 性 能， 同时也因为 其良 好 的美 学 效 果 和 生物 相 容 性，成 为 一种 较 为 理 想 的 齿 科和 骨 科 修 复材 料。目前，氧化锆 陶 瓷 在齿 科 修 复方面的应 用 主 要 集中于 制 作 氧化 锆 牙 冠、氧化 锆固定 桥 以及 氧化锆陶瓷 牙桩。相比 较 而言，前两 者 的应用较多，但 S c h u l t z e 等 [1] 用氧化锆陶 瓷 做 根内 或骨内种 植体，不仅 能 起 到良 好 的 根管 封闭作用，还能 促 进 骨 结 构的整合，从 而使 牙齿更 加 稳固。
及力学性能的影响。研究结果 表明：采用自制 较 纯的磷 酸镁为原料，当烧结温度 在130 0℃，保 温3 h时，磷 酸镁开始出现 熔 融 现 象，并且部分
ห้องสมุดไป่ตู้
伴随分解生成焦磷 酸镁。同时，随着磷 酸镁 添加 量增加，复相陶瓷材 料中出现 较多气孔，其 抗 折强度 大大降低，最低 值仅为12 M P a；当磷 酸
研究报告
科技创新导报 2012 NO.30
Science and Technology Innovation Herald
磷酸镁 / 氧化锆复相陶瓷的制备及力学性能研究
刘书跃 刘海涛 唐浩 文瑞龙 唐潮 闵鑫 （中国地质大学（北京）材料科学与工程学院 北京 100083）
摘 要：采用添加自制磷酸镁制备磷酸镁/氧化锆复相陶瓷，研究了磷酸镁添加量对于磷酸镁/氧化锆陶瓷材料的物相组成、微观结构以
2 结果与分析 2.1 Mg3(PO4)2 物相分析结果
图1 所示为采用高温固相合成法在 110℃下煅烧 45m i n 制得磷酸镁的 X R D 图 谱。从图 1 可以看出：采用高温固相合成法制 取磷酸镁的衍射峰与标准卡片 33-876 的峰 完 全 重合，基 本 没有杂 峰，说明所 制 得 的为 纯磷酸镁。高温固相反应过程中，当 Mg O 与 P2O5 按理论比混合时，在初始的低温条件下， 首先生成以 M gH PO4 为主的酸式磷酸盐混 合 物；随着温度的升高，酸 式磷 酸镁 进 一步 脱 水，生成焦磷 酸镁（M g2P2O7）；温度 进 一 步升高，M g2P2O7 与 M g O 生成完全中和的 磷酸镁。
1 实验 1.1 磷 酸 镁的制备
以 磷 酸（ 北 京 市 化 工 厂，85%）和 轻 质 碳 酸 镁（天 津 市 光 复 精 细 化 工 研 究 所， ≥ 96.8%）为原 料，M g O 与 P2O5 按照 3∶1 的 理论 配比，在 初 始 的低 温 条 件下，将两 者 加 水 至 完 全 混 合，放 入 烘 箱中在 90℃烘 干 6 h，后 经 研 磨 得 到 均 匀 细 粉 混 合 物；将 制 得
的混合物用粉末压片机在 40M P a下干压 成型，然后置于箱式电炉中 1100℃高温 煅烧 45m i n，随炉冷却，将所得 样品粉碎研磨 待 测试。 1.2 磷酸镁 / 氧化锆复相陶瓷的制备
以 3Y S Z 粉 体与采用上述方法制备的 磷 酸 镁 粉 体为原 料，分 别 按 照 磷 酸 镁 含 量 为 0 w t.%、10 w t.%、20 w t.%、30 w t.% 的 配 料方案 准确 称 量 两 种 粉 体，以无 水 乙 醇 和 玛瑙 球 为 研 磨 介质，采 用行星 式 球 磨 机 球 磨 12 h，使 其 混 合均匀，然 后 利 用旋 转 蒸 发仪在 75℃干 燥，放 入 烘 箱中 100℃烘 干 6h，后 经 研磨、100 目过筛等 处 理得到预 期的细粉 混 合 物。采 用 干压 成 型 法 将上一 步 得 到的 细 粉 混合物在 40M P a 下成型，随后在 200M P a 下进行冷等 静压处 理，得到复相陶瓷 坯体； 将所 得 的 坯体 在 1300℃、1400℃、1500℃三 个温度下煅烧 3h，随炉自然冷却；测试其体 积密度并 分 析 选 择 最 佳 温 度，在该 温 度 下煅 烧条状试样 3h，随炉冷却获得复相陶瓷材料。 1.3 材 料 表 征 及 力学 性 能
镁含 量增加到30 w t.%时，大量 熔 融的磷 酸镁将氧化 锆颗粒浸润起 来，磷 酸镁晶粒之间形成 连续相，其 抗 折强度提升，达到230.61 M P a。
关键词：磷酸镁 氧化锆 复相陶瓷 制备 力学性能
中图 分 类号：T Q 174
文献 标 识 码：A
文 章 编 号：1674 - 0 98X(2 012)10 (c) - 0 011- 02
镁 是 人类身 体中一种 重要 的 微 量 元 素， 研究 表明它在骨生长和骨修复中也扮演 重 要角色，其中牙 釉质、牙本质 和 骨 骼 分别 含 有 0.44w t .%、1.23w t .% 和 0.72w t .% 的 镁 [2]。磷 酸 盐 是 一 种 生 物 相 容 性 较 好 的 盐 类材料，Ta k u y a 等 [3] 曾将羟基磷灰石加入 氧化锆陶瓷，研究了这种复相陶瓷的生物 相 容性，实验表明该材 料有类似生物骨的相容 性。因此，有研究采用镁取代羟基磷灰石中的 钙制备得到了镁取代磷灰石材 料，结果 表明 该 材 料具 有优良的生物 相容性 和 骨传导性。 天津大学的 H.L i a n g 等 [4] 利用以 M E V VA 为 镁 离子源 利 用离子 注 入 机 将 镁 离子 注 入 15% A l2O3/3Y- Z r O2 复相陶瓷，研究表明，镁 离子的注入提高了氧化锆陶瓷的生物活性。
采用北京普析 通用仪器有限公司的 XD-3 型 X 射线衍射仪（X-ray diffraction， Cu Kα1，λ=0.15406 n m）对 试 样 进 行 物 相 分 析。采 用 三 点 弯曲 法 测 试 磷 酸 镁 / 氧 化锆 复相陶 瓷 的 抗 弯 强 度，然 后 采 用日立 公司 生 产 的 S -4800 型 冷 场 发 射 扫 描 电 子 显 微 镜（S E M）观 察 试 样 断 面 的 显 微 形貌。
氧化锆陶瓷 材 料由于其 具 有独特 的应 力 诱 导 相 变增 韧 效 应，具 有 较 高的力学 性 能， 同时也因为 其良 好 的美 学 效 果 和 生物 相 容 性，成 为 一种 较 为 理 想 的 齿 科和 骨 科 修 复材 料。目前，氧化锆 陶 瓷 在齿 科 修 复方面的应 用 主 要 集中于 制 作 氧化 锆 牙 冠、氧化 锆固定 桥 以及 氧化锆陶瓷 牙桩。相比 较 而言，前两 者 的应用较多，但 S c h u l t z e 等 [1] 用氧化锆陶 瓷 做 根内 或骨内种 植体，不仅 能 起 到良 好 的 根管 封闭作用，还能 促 进 骨 结 构的整合，从 而使 牙齿更 加 稳固。
及力学性能的影响。研究结果 表明：采用自制 较 纯的磷 酸镁为原料，当烧结温度 在130 0℃，保 温3 h时，磷 酸镁开始出现 熔 融 现 象，并且部分
ห้องสมุดไป่ตู้
伴随分解生成焦磷 酸镁。同时，随着磷 酸镁 添加 量增加，复相陶瓷材 料中出现 较多气孔，其 抗 折强度 大大降低，最低 值仅为12 M P a；当磷 酸
研究报告
科技创新导报 2012 NO.30
Science and Technology Innovation Herald
磷酸镁 / 氧化锆复相陶瓷的制备及力学性能研究
刘书跃 刘海涛 唐浩 文瑞龙 唐潮 闵鑫 （中国地质大学（北京）材料科学与工程学院 北京 100083）
摘 要：采用添加自制磷酸镁制备磷酸镁/氧化锆复相陶瓷，研究了磷酸镁添加量对于磷酸镁/氧化锆陶瓷材料的物相组成、微观结构以
2 结果与分析 2.1 Mg3(PO4)2 物相分析结果
图1 所示为采用高温固相合成法在 110℃下煅烧 45m i n 制得磷酸镁的 X R D 图 谱。从图 1 可以看出：采用高温固相合成法制 取磷酸镁的衍射峰与标准卡片 33-876 的峰 完 全 重合，基 本 没有杂 峰，说明所 制 得 的为 纯磷酸镁。高温固相反应过程中，当 Mg O 与 P2O5 按理论比混合时，在初始的低温条件下， 首先生成以 M gH PO4 为主的酸式磷酸盐混 合 物；随着温度的升高，酸 式磷 酸镁 进 一步 脱 水，生成焦磷 酸镁（M g2P2O7）；温度 进 一 步升高，M g2P2O7 与 M g O 生成完全中和的 磷酸镁。
1 实验 1.1 磷 酸 镁的制备
以 磷 酸（ 北 京 市 化 工 厂，85%）和 轻 质 碳 酸 镁（天 津 市 光 复 精 细 化 工 研 究 所， ≥ 96.8%）为原 料，M g O 与 P2O5 按照 3∶1 的 理论 配比，在 初 始 的低 温 条 件下，将两 者 加 水 至 完 全 混 合，放 入 烘 箱中在 90℃烘 干 6 h，后 经 研 磨 得 到 均 匀 细 粉 混 合 物；将 制 得
的混合物用粉末压片机在 40M P a下干压 成型，然后置于箱式电炉中 1100℃高温 煅烧 45m i n，随炉冷却，将所得 样品粉碎研磨 待 测试。 1.2 磷酸镁 / 氧化锆复相陶瓷的制备
以 3Y S Z 粉 体与采用上述方法制备的 磷 酸 镁 粉 体为原 料，分 别 按 照 磷 酸 镁 含 量 为 0 w t.%、10 w t.%、20 w t.%、30 w t.% 的 配 料方案 准确 称 量 两 种 粉 体，以无 水 乙 醇 和 玛瑙 球 为 研 磨 介质，采 用行星 式 球 磨 机 球 磨 12 h，使 其 混 合均匀，然 后 利 用旋 转 蒸 发仪在 75℃干 燥，放 入 烘 箱中 100℃烘 干 6h，后 经 研磨、100 目过筛等 处 理得到预 期的细粉 混 合 物。采 用 干压 成 型 法 将上一 步 得 到的 细 粉 混合物在 40M P a 下成型，随后在 200M P a 下进行冷等 静压处 理，得到复相陶瓷 坯体； 将所 得 的 坯体 在 1300℃、1400℃、1500℃三 个温度下煅烧 3h，随炉自然冷却；测试其体 积密度并 分 析 选 择 最 佳 温 度，在该 温 度 下煅 烧条状试样 3h，随炉冷却获得复相陶瓷材料。 1.3 材 料 表 征 及 力学 性 能
镁含 量增加到30 w t.%时，大量 熔 融的磷 酸镁将氧化 锆颗粒浸润起 来，磷 酸镁晶粒之间形成 连续相，其 抗 折强度提升，达到230.61 M P a。
关键词：磷酸镁 氧化锆 复相陶瓷 制备 力学性能
中图 分 类号：T Q 174
文献 标 识 码：A
文 章 编 号：1674 - 0 98X(2 012)10 (c) - 0 011- 02