一種用于加工純鈦烤瓷牙、二氧化鋯義齒金剛石涂層銑刀的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于加工純鈦烤瓷牙、二氧化鋯義齒金剛石涂層銑刀的制備方法，包括如下步驟：清洗干燥、預(yù)處理、拋研工件、用熱絲CVD沉積設(shè)備形核、生長、沉積涂層金剛石薄膜。本發(fā)明解決了鈦合金以及二氧化鋯等難加材料在切削加工中出現(xiàn)的切削困難、刀具磨損快、崩刃、粘刀等現(xiàn)象。
【專利說明】—種用于加工純鈦烤瓷牙、二氧化鋯義齒金剛石涂層銑刀的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及義齒(假牙)加工刀具領(lǐng)域，也可以適用于其他碳纖維、玻璃纖維、陶瓷等難加工材料的切削刀具的制備。尤其涉及一種用于加工純鈦烤瓷牙、二氧化鋯義齒金剛石涂層銑刀的制備方法?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]目前我國牙齒健康達(dá)標(biāo)人口不足1%。調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，我國35~44歲人群中，牙齒缺失者占36.4% ;65~74歲人群中，牙齒缺失占77.89%。隨著人們生活水平的提高，對于口腔醫(yī)療保健的重視也逐步提高，屬于國家二類醫(yī)療器械的假牙產(chǎn)品市場需求不斷增加。假牙行業(yè)早已形成了產(chǎn)業(yè)化，假牙行業(yè)銷售收入呈快速增長趨勢，年均增長率10%以上，2013年估計(jì)可達(dá)8億元人民幣。
[0003]國內(nèi)現(xiàn)在的假牙加工廠主要以固定類假牙的制作為主體加工，活動(dòng)假牙加工為輔。近年來，臨床上使用的牙體和牙列缺損的修復(fù)方式，尤其是固定修復(fù)體的種類和材料及其修復(fù)觀念發(fā)生了較大變化。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制作CAD/CAM的應(yīng)用范圍越來越廣，其對提高修、復(fù)質(zhì)量，縮短就診時(shí)間具有重要意義?？谇还ぷ髡咴絹碓阶非蟛牧系南嗳菪?，安全性，以及它的功能和質(zhì)感?？谇徊牧蠘?biāo)志著口腔修復(fù)的主流，材料的仿生化是社會(huì)和人類共同的追求。新材料的應(yīng)用、制備工藝及加工刀具的現(xiàn)代化是口腔假牙修復(fù)變遷和發(fā)展的根本。
[0004]假牙制作材料有金屬類材料和非金屬材料。在非貴金屬材料中，純鈦烤瓷牙和非金屬材料的全鋯瓷牙以及二氧化鋯全瓷牙具有耐磨損、耐腐蝕的特性，它的熔點(diǎn)高達(dá)2700攝氏度。是目前應(yīng)用最廣泛的，因?yàn)樗鼘θ梭w沒有任何毒副作用，生物相容性最好，價(jià)格適宜的非金屬新材料。
[0005]二氧化鋯是已經(jīng)被證實(shí)成功用于航天飛機(jī)的熱屏障、保時(shí)捷汽車的制動(dòng)盤和人造傳輸帶的，二氧化鋯的強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他所有的全瓷牙。目前的二氧化鋯全瓷牙都是用計(jì)算機(jī)CAD-CAM技術(shù)制作完成的，即激光掃描、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、三維數(shù)控專業(yè)機(jī)床上加工出適合的牙冠或叫牙橋。此方法制作的二氧化鋯全瓷牙有極高的密合性。
[0006]二氧化鋯硬度在900Mpa_1200Mpa之間，正常人的牙的硬度為300Mpa_400Mpa, 二氧化鋯的硬度是正常的人牙齒硬度的三到四倍！
鈦合金具有強(qiáng)度高而密度小，機(jī)械性能好，韌性和抗蝕性能很好的特點(diǎn)，因此鈦合金主要用于制作飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)部件，其次為火箭、導(dǎo)彈和高速飛機(jī)的結(jié)構(gòu)件。但是鈦合金的工藝性能差，鈦合金的硬度高，切削加工特別困難，容易出現(xiàn)粘刀現(xiàn)象，也難于切削。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為了解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明的目的是提供一種用于加工純鈦烤瓷牙、二氧化鋯義齒金剛石涂層銑刀的制備方法。本發(fā)明“純鈦烤瓷牙、二氧化鋯義齒加工金剛石涂層銑刀”可以圓滿的解決鈦合金以及二氧化鋯等難加材料在切削加工中出現(xiàn)的切削困難、刀具磨損快、崩刃、粘刀等現(xiàn)象。
[0008]上述目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
一種用于加工純鈦烤瓷牙、二氧化鋯義齒金剛石涂層銑刀的制備方法，包括如下步
驟:
第一步:清洗干燥:用無水酒精清洗去除基體表面防銹油，然后將清洗的基體放入恒溫干燥箱，在1-2分鐘內(nèi)干燥，溫度控制在50-60°C ；
所述的基體是使用YG6-YG8硬質(zhì)合金義齒裸刀為涂層純鈦烤瓷牙、二氧化鋯義齒加工金剛石涂層銑刀的基體；
第二步:預(yù)處理:用預(yù)處理溶液在超聲波清洗機(jī)中刻蝕基體表面即進(jìn)行“預(yù)處理”50-60min,烘干，用以增加金剛石膜沉積的成核密度；
所述預(yù)處理溶液是:用高鐵酸鈉(Na2FeO4X氫氧化鉀(KOH)^jC(H4O2)按重量比1:2:20的比例配制而成；
第三步:拋研工件:用W6金剛石微粉拋研上步預(yù)處理后的工件，使基體在涂層金剛石膜之前形成框架基礎(chǔ)；
第四步:再次清洗:超聲波清洗機(jī)中使用丙酮與無水乙醇按照重量比3:7的配比，再次進(jìn)行脫脂、去污、清洗、干燥；
第五步:操作設(shè)備:將上步烘干的工件置于熱絲CVD沉積設(shè)備基片臺(tái)上，(按照距離工件兩側(cè)20mm的距離，間隔布置熱絲方式)布置熱絲(即鎢絲)，將熱絲CVD沉積設(shè)備抽真空至熱偶計(jì)示數(shù)為5-6Pa，40-45min，熱絲加電壓V、電流A逐步加熱至1800-2000°C ;按體積比2:2:1的比例同時(shí)輸入C、H和Ar至`l_2Pa，對熱絲及腔體和工件加熱；
第六步:形核階段:上步加熱完成后，調(diào)節(jié)熱絲CVD沉積設(shè)備的熱絲電壓V、電流A逐步加熱至2600°C，按體積比2:2:1的比例同時(shí)輸入C、H和Ar至l-2Pa，形核時(shí)間50 min ；第七步:生長、沉積階段:上步形核完成后，調(diào)節(jié)熱絲電壓V、電流A逐步加熱至28000C，按體積比2:2:1的比例同時(shí)輸入C、H和Ar，形成混合氣源輸入腔室，對工件加負(fù)偏壓4A，調(diào)節(jié)真空壓力至llOKPa，沉積5_7小時(shí)，金剛石薄膜沉積完畢。
[0009]本發(fā)明的積極效果在于:本發(fā)明具備技術(shù)指標(biāo)及特點(diǎn)(I)硬度:維氏硬度值約為HV9000，這是普通硬質(zhì)合金鉆頭或銑刀達(dá)不到的；(2)該金剛石膜涂層純鈦烤瓷牙、二氧化鋯義齒加工銑刀具有良好的金剛石結(jié)構(gòu)，金剛石薄膜涂層連續(xù)、均勻、致密；(3)散熱性能好，試驗(yàn)件表面最大溫差Λ Tm= Δ Tl- Δ Τ2。根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算可得，熱流密度20W/c m2時(shí)，銅表面最大溫差為28.66C。，金剛石為14.06C。。根據(jù)熱導(dǎo)率的定義相同工況條件下，CVD金剛石膜在沿?zé)崃總鬟f的平面內(nèi)(忽略熱量沿試驗(yàn)件厚度方向上的變化)，溫度梯度應(yīng)遠(yuǎn)小于銅。試驗(yàn)證明，相同工況條件下，金剛石膜面內(nèi)溫度梯度小，溫度分布均勻性好，表面最大溫差僅為銅的一半。
[0010]經(jīng)義牙加工企業(yè)使用，本發(fā)明的金剛石膜涂層純鈦烤瓷牙、二氧化鋯義齒加工銑刀使用壽命和效率是無金剛石涂層硬質(zhì)合金銑刀的8-10倍。本發(fā)明通過化學(xué)氣相沉積(Chemical vapor deposition,簡稱CVD)法在硬質(zhì)合金刀具基體上沉積一層金剛石薄膜制成的純鈦烤瓷牙、二氧化鋯義齒加工金剛石涂層銑刀。CVD金剛石薄膜涂層刀具亦具有極高的硬度、很高的耐磨性和良好的韌性，應(yīng)該成為鈦合金、二氧化鋯，有色金屬、非金屬高強(qiáng)度硬脆材料(石墨、碳纖維、玻璃纖維)、高硅鋁合金、高耐磨材料等難加工材料的首選刀具之
一。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1為金剛石涂層二氧化鋯義齒銑刀生產(chǎn)工藝流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0012]為進(jìn)一步描述本發(fā)明，以下以具體的實(shí)施例來說明本發(fā)明的技術(shù)方案，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不僅限于此。熱絲CVD沉積設(shè)備為現(xiàn)有技術(shù)，所以不再累贅。
[0013]實(shí)施例1:以Κ1.0ΧΦ4Χ15Χ45園頭銑刀(以下簡稱“工件”)為例:
用無水酒精清洗去除工件表面防銹油，然后將清洗的工件放入恒溫干燥箱，在I分鐘內(nèi)干燥，溫度控制在50-60°C ;所述的工件是使用YG6-YG8硬質(zhì)合金義齒裸刀為涂層純鈦烤瓷牙加工金剛石涂層銑刀的基體。
[0014]接下來用預(yù)處理溶液在超聲波清洗機(jī)中刻蝕基體表面即進(jìn)行“預(yù)處理” 50min，烘干，用以增加金剛石膜沉積的成核密度，預(yù)處理溶液是:用高鐵酸鈉(Na2FeO4X氫氧化鉀(Κ0Η)、水(H4O2)按重量比1:2:20的比例配制而成；
然后用W6金剛石微粉拋研上步預(yù)處理后的工件，使基體在涂層金剛石膜之前形成框架基礎(chǔ)；
再次清洗:超聲波清洗機(jī)中使用丙酮+無水乙醇(3:7配比)再次進(jìn)行脫脂、去污、清洗、干燥；
然后將上步烘干的工件置于熱絲CVD沉積設(shè)備基片臺(tái)上，(按照距離工件兩側(cè)20mm的距離，間隔布置熱絲方式)布置熱絲，將熱絲CVD沉積設(shè)備抽真空至熱偶計(jì)示數(shù)為5Pa，40min，熱絲加電壓V、電流A逐步加熱至1800°C ;按體積比2:2:1的比例同時(shí)輸入C、H和Ar至l-2Pa，對熱絲及腔體和工件加熱；
加熱完成后，調(diào)節(jié)熱絲CVD沉積設(shè)備的鎢絲電壓V、電流A逐步加熱至2600°C，按體積比2:2:1的比例同時(shí)輸入C、H和Ar至IPa，形核時(shí)間50 min ；
形核完成后，調(diào)節(jié)熱絲電壓V、電流A逐步加熱至2800 V，按體積比2:2:1的比例同時(shí)輸入C、H和Ar，形成混合氣源輸入腔室，對工件加負(fù)偏壓4A，調(diào)節(jié)真空壓力至llOKPa，沉積5小時(shí)，金剛石薄膜沉積完畢。
[0015]實(shí)施例2:以Φ0.4ΧΦ4Χ25Χ75硬質(zhì)合金銑刀(簡稱“基體”)為例:
1、用無水酒精清洗去除基體表面防銹油，然后將清洗的基體放入恒溫干燥箱，在1.5分鐘內(nèi)干燥，溫度控制在60°C ；
2、接下來用預(yù)處理溶液在超聲波清洗機(jī)中刻蝕基體表面即進(jìn)行“預(yù)處理”60min，烘干，用以增加金剛石膜沉積的成核密度，預(yù)處理溶液是:用高鐵酸鈉(Na2FeO4X氫氧化鉀(Κ0Η)、水(H4O2)按重量比1:2:20的比例配制而成；
3、然后用W6金剛石微粉拋研上步預(yù)處理后的工件，使基體在涂層金剛石膜之前形成框架基礎(chǔ)；
4、再次清洗:超聲波清洗機(jī)中使用丙酮+無水乙醇(3:7配比)再次進(jìn)行脫脂、去污、清洗、干燥；5、然后將上步烘干的工件置于熱絲CVD沉積設(shè)備基片臺(tái)上，(按照距離工件兩側(cè)20mm的距離，間隔布置熱絲方式)布置熱絲，將熱絲CVD沉積設(shè)備抽真空至熱偶計(jì)示數(shù)為6Pa，45min,熱絲加電壓V、電流A逐步加熱至2000°C ；按體積比2:2:1的比例同時(shí)輸入C、H和Ar至l-2Pa，對熱絲及腔體和工件加熱；
6、加熱完成后，調(diào)節(jié)熱絲CVD沉積設(shè)備的熱絲電壓V、電流A逐步加熱至2600°C，按體積比2:2:1的比例同時(shí)輸入C、H和Ar至2Pa，形核時(shí)間50 min ； 7、形核完成 后，調(diào)節(jié)熱絲電壓V、電流A逐步加熱至2800V，按體積比2:2:1的比例同時(shí)輸入C、H和Ar，形成混合氣源輸入腔室，對工件加負(fù)偏壓4A，調(diào)節(jié)真空壓力至llOKPa，沉積7小時(shí)，金剛石薄膜沉積完畢。
【權(quán)利要求】
1.一種用于加工純鈦烤瓷牙、二氧化鋯義齒金剛石涂層銑刀的制備方法，其特征在于包括如下步驟: 第一步:清洗干燥:用無水酒精清洗去除基體表面防銹油，然后將清洗的基體放入恒溫干燥箱，在1-2分鐘內(nèi)干燥，溫度控制在50-60°C ； 所述的基體是使用YG6-YG8硬質(zhì)合金義齒裸刀(沒有任何涂層的光刀)為涂層純鈦烤瓷牙、二氧化鋯義齒加工金剛石涂層銑刀的基體； 第二步:預(yù)處理:用預(yù)處理溶液在超聲波清洗機(jī)中刻蝕基體表面即進(jìn)行“預(yù)處理”50-60min,烘干，用以增加金剛石膜沉積的成核密度； 所述預(yù)處理溶液是:用高鐵酸鈉(Na2FeO4X氫氧化鉀(KOH)^jC(H4O2)按重量比1:2:20的比例配制而成； 第三步:拋研工件:用W6金剛石微粉拋研上步預(yù)處理后的工件準(zhǔn)備做金剛石涂層的部位，使基體在涂層金剛石膜之前形成框架基礎(chǔ)； 第四步:再次清洗:超聲波清洗機(jī)中使用丙酮與無水乙醇按照重量比3:7的配比再次進(jìn)行脫脂、去污、清洗、干燥； 第五步:操作設(shè)備:將上步烘干的工件置于熱絲CVD沉積設(shè)備基片臺(tái)上，將熱絲CVD沉積設(shè)備抽真空至熱偶計(jì)示數(shù)為5-6Pa,40-45min,熱絲逐步加熱至1800-2000O,按體積比2:2:1的比例同時(shí)輸入C、H和Ar至l-2Pa ； 第六步:形核階段:上步加熱完成后，調(diào)節(jié)熱絲CVD沉積設(shè)備的熱絲電壓V、電流A逐步加熱至2600°C，按體積比2:2:1的比例同時(shí)輸入C、H和Ar至l-2Pa，形核時(shí)間50 min ；第七步:生長、沉積階段:上步形核完成后，調(diào)節(jié)熱絲電壓V、電流A逐步加熱至28000C，按體積比2:2:1的比例同時(shí)輸入C、H和Ar，形成混合氣源輸入腔室，對工件加負(fù)偏壓4A，調(diào)節(jié)真空壓力至llOKPa，沉積5_7小時(shí)，金剛石薄膜沉積完畢。
【文檔編號】C23C16/27GK103741114SQ201310736144
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2013年12月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月29日
【發(fā)明者】陳遠(yuǎn)達(dá), 王勝云 申請人:湖南中航超強(qiáng)金剛石膜高科技有限公司