生坯脱模后,坯体中未见因粉体分布不匀所产生的裂纹,也未见塌落、变形、气泡和针孔,且具备一定的强度。

　　2.2　氧化铝基体线收缩率、堆积密度及挠曲强度

　　经1200℃/2　h预烧处理后,形成强度达50 MPa以上的渗透陶瓷骨架(表2)。

　　为进一步描述粉液比对基体堆积密度及线收缩率的影响,以粉液比为横坐标,堆积密度d及线收缩率α为纵坐标作图(图1)。

图1　粉浆粉液比对氧化铝基体堆积密度(d)及线收缩率(α)的影响

表2　PI型氧化铝基体的堆积密度、线收缩率及挠曲强度

组别	粉浆粉液比	样本量(个)	预烧条件	氧化铝基体性能
G1	3.5	10	1200℃/2h	63.00(2.25)	6.82(1.08)
G2	4.5	10		66.60(3.87)	4.41(0.66)
G3	5.5	10		71.89(2.31)	3.76(0.57)
G4	6.5	10		74.43(2.75)	3.30(0.54)
G5	7.5	10		75.74(3.45)	3.27(0.42)
G6	8.5	10		76.80(1.90)	3.25(0.44)
G7	9.5	10		77.74(2.11)	3.19(0.33)
G8　G8.1	10.5	10	1100℃/2h	77.46(2.23)		18.06(3.41)
G8.2	10.5	10	1200℃/2h	78.07(2.97)	3.17(0.37)	57.28(4.35)
G8.3	10.5	10	1300℃/2h	78.28(1.97)		62.20(4.42)

　　G8.2组基体(1200℃/2　h)断面形貌揭示,氧化铝粉体间呈紧密堆积,颗粒呈多边形,有的近乎球型,粗细颗粒间呈弥散均匀分布。微细粉体聚集处经预烧结后已彼此熔接,在大颗粒之间的颈部由于细颗粒的桥接作用,而出现了初步的熔接(图2)。从G8.3组氧化铝基体(1300℃/2　h)的断面形貌中可看出基体中微细粉体大量熔失,粗颗粒间颈部生长熔接有所改善,基体仍保持均匀的多孔结构。断面可观察到氧化铝颗粒拔出时所形成的孔穴,基体强度较1100℃有了较明显的提高,达62.2 mPa(图3)。

图2　G8.2组基体断面形貌　氧化铝粉体间呈紧密堆积，颗粒呈多边形，有的近乎球形，粗细颗粒间呈弥散均匀分布

图3　G8.3组基体断面形貌　基体中微细粉体大量熔失，颗粒间颈部生长熔接有所改善，基体保持均匀的多孔结构

　　3　讨　　论

　　3.1　MIC基体的注浆成形与粉浆涂塑

　　注浆成形是制备陶瓷的一种基本成形工艺,它的使用已有悠久的历史［5］。其方法是用陶瓷粉体与调拌液调和成均匀的泥浆(slip),将其灌注入多孔性模型(一般为石膏模)内,由于模型孔隙的毛细作用,吸收粉浆中的水分,使其逐渐干燥收缩而与模型脱离,即为陶瓷的生坯(green body)。但在渗透陶瓷成型工艺中,为使冠体具有优良的适合性及简化工艺常采用粉浆涂塑,区别之处仅在于它不是通过灌注,而是用毛刷将粉浆涂于多孔代型上来堆塑坯体外型。代型确定以后,坯体质量主要取决于粉浆特性及涂塑工艺［3,4,6］。相比之下,粉浆特性起着决定性的作用。高质量的粉浆应具备以下特征:①良好的流动性,粘度小,流出时可形成一根连绵不断的细线;②良好的稳定性,放置期内,不会出现不同粒度Al2O3粉体的凝聚或沉淀;③高固相含量,可增加坯体的强度、密度,减少坯体的干燥收缩及烧结收缩,保证修复体的适合性及制作精度。

　　3.2　粉液比对MIC基体性能的影响

　　由图1可见,当粉液比由3.5渐变至10.5时,坯体堆积密度呈正相关递变。在G3.5～G6.5段,堆积密度d明显上升,G6.5～G10.5段堆积密度d的变化趋于平缓。而线收缩率α在相同区间内,则呈负相关递变。同样在G6.5时α曲线也出现拐点,由此可见d与α的变化有着对应关系。当粉液比较小时,粉浆中颗粒排列疏松,粉体间有过多的水分存在,其坯体的堆积密度低,干燥及预烧后收缩变形量大。随粉液比增大,粉体颗粒趋向紧密堆积,其坯体的堆积密度增大而收缩量变小。当粉液比增大到G6.5时,大颗粒彼此碰触形成骨架,此时再增大粉液调拌比,对增大坯体的堆积密度的作用已不显著,维持着基体的基本尺寸,使其收缩率α也不再随粉液比的增大而显著降低了。经组内t检验统计分析,G6.5组前,组间具有显著性差异(P＜0.05)。G6.5组以后组间无显著性差异(P＞0.05)。

　　3.3　预烧温度对MIC基体性能及微观结构的影响

　　对于渗透陶瓷,预烧温度通常在1100～1200℃之间,平均粒度较大时,可以提高到1300℃左右［7］,MIC的预烧结温度定在1200℃,而对于1100℃及1300℃两个温度点本实验也进行了比较。在实验中发现,随着预烧温度的不同,基体的堆积密度及强度呈现出截然不同的变化规律,参见表2。随预烧温度的升高,氧化铝基体的堆积密度未出现显著变化,然而其强度却大大提高,但随着烧结温度的进一步提高,这种变化趋势渐趋平缓,预烧温度对基体性能的上述影响,与Al2O3粉体的粒度分布及表面结构密切相关,与烧结过程中坯体的物理化学变化过程有关。研究表明,PⅠ型粉体中包含了15%左右的超细微粉。粉径在0.1～0.3 μm,这部分粉体的表面积却占总体表面积的90%。在烧结活化能的驱动下,粉体的离子特别是粉体表面的离子将发生迁移和扩散,这一过程首先在粉体表面发生。微细氧化铝粉体在制备过程中,由于反复破碎而不断形成新的表面。为降低系统的内能,粉体表面离子出现极化变形和重排,表面晶格发生畸变,有序度降低,随着粒子的进一步微细化,表面结构的有序程度受到愈来愈强烈的扰乱,并不断向颗粒内部扩展,最后粉体表面结构趋于无定形。这明显降低了粉体表面的反应活化能,微细粉体在1100～1200℃范围内即出现熔接,使基体强度明显提高。而对于粒度较大的粉体,表面活化能较高,离子难于越过势垒,未出现明显的颈部熔接现象,故1200～1300℃区间,强度无明显改变。从工业生产Al2O3陶瓷可知,通常要在1600～1700℃范围内才会完成坯体的致密化过程。

　　G8.3组经1300℃/2 h预烧结后,尽管堆积密度无明显变化,但大颗粒之间已出现较完善的颈部熔接状态,图3中还可以见到基体断裂时氧化铝颗粒拔出所余留的孔穴,这些都显示经1300℃/2 h的基体有着更高的机械强度,这与测试结果相一致,σG8.2=57.28 MPa,σG8.3=62.20 MPa,P＜0.05。

　　3.4　MIC基体的多种用途

　　In-Ceram技术通常选用的预烧结温度为1100～1200℃/2 h,多孔氧化铝基体的强度为18 MPa。本实验中,坯体经1200～1300℃/2 h处理,其强度达57～62 MPa,比In-Ceram多孔氧化铝基体强度提高3倍,这就大大拓展了MIC的氧化铝基体的用途。它不仅可直接作为熔融玻璃渗透复合体的骨架,且其机械强度已足以承受切削、磨削等机械行为,因此还可作为临床上CAD/CAM加工系统的专用切削材料。目前,市场上出售的预成瓷块是采用工业技术制作而成,为了获得较高的坯体堆积密度(约为75%)及强度,需在数百兆帕的压力下经等静压成形,然后在1400℃/2 h烧结而成。比较而言,本研究选用PⅠ型α-Al2O3粉体,仅需浇注成型,在经1200～1300℃预烧2 h就具有理想的堆积密度和强度,大大简化了制作工艺。