陶瓷表面处理方法
【技术领域】
[0001] 本发明关于一种陶瓷表面处理方法，特别是提升陶瓷表面粗糙度的陶瓷表面处理 方法。
【背景技术】
[0002] 陶瓷材料为通过成形及高温烧结制成的无机非金属材料，具有高熔点、高硬度、高 耐磨性、耐酸碱等优点，且具有优异的光、电磁、热功能性及生物可相容性。
[0003] 依据应用范畴的不同，陶瓷材料可以被区分为：电子陶瓷、结构陶瓷及生医陶瓷。 以生医陶瓷为例，借助陶瓷材料的高度生物可相容性，可以应用于人体骨胳、肌肉系统及心 血管系统的修复及替换；其中，材质为氧化锆的陶瓷材料，由于具有与人体牙齿相似的象牙 白色泽，能够承受较大应力，且不容易造成牙齿的敏感现象，因此常被用作为牙科植体。
[0004] 研究发现，牙科植体表面的粗糙度具有提升骨引导作用（osteoconduction)优势， 使骨前质细胞（osteoprogenitor cel 1)攀爬于牙科植体表面，并且通过增殖及分化成为造 骨细胞（osteoblast)，因而可以减少骨愈合时间，并且也可以提升牙科植体的移植成功率。
[0005] 现有陶瓷表面处理方法中，是使用氢氟酸（hydrofluoricacid，简称HF，为氟化氢 气体的水溶液）对一陶瓷表面进行酸蚀，使该陶瓷表面产生微裂隙，因而可以提升该陶瓷表 面的粗糙度；氢氟酸虽然属于弱酸，却具有强烈腐蚀性，其对皮肤刺激性弱，是以接触时不 会产生立即疼痛感，也无明显症状，然而，生物体不论是自皮肤、吸入或是口服等途径摄入 氢氟酸，其解离出的氟离子（F-)都可能会导致全身性的低血钙、低血镁、肺水肿、代谢性酸 中毒、心室性心率不整现象，严重时甚至会导致死亡，因而该现有陶瓷表面处理方法对作业 人员的安全造成危害。
【发明内容】
[0006] 本发明的主要目的是提供一种陶瓷表面处理方法，可免除氢氟酸的使用，以防止 氢氟酸对生物体造成的危害。
[0007] 为达到前述发明目的，本发明所运用的技术手段及借助该技术手段所能达到的功 效包含有：
[0008] -种陶瓷表面处理方法，包含：对一陶瓷表面进行喷砂处理，直至该陶瓷表面形成 微米粗糙结构，使得该陶瓷表面粗糙度为1〇〇~1〇〇〇Um;及以一含氟盐类混合一溶解介质 形成一酸处理液，以该酸处理液对该陶瓷表面进行酸蚀处理，使该酸处理液渗入该微米粗 糙结构中，而于该陶瓷表面形成粗糙度为1000~5000ym的次微米粗糙结构；其中，该酸处 理液所含的氟离子浓度为0. 25M，该含氟盐类为IA、IIA及IIIA族金属与氟离子反应生成 的盐类，该溶解介质则含有浓度为1〇_2~l〇_8M的氢离子。
[0009] 本发明的陶瓷表面处理方法，其中，较佳是于进行酸蚀处理同时，以频率为20~ 80kHz、功率为200~4000W的超声波进行震荡。
[0010] 本发明的陶瓷表面处理方法，其中，较佳是于50~100°C进行酸蚀处理，该酸蚀处 理时间为5分钟~3小时，特别是于85°C进行酸蚀处理，该酸蚀处理时间为30分钟。
[0011] 本发明的陶瓷表面处理方法，其中，该含氟盐类较佳选自氟化锂、氟化钠、氟化钾、 氟化铯、氟化铍、氟化钙或氟化锶的其中之一。
[0012] 本发明的陶瓷表面处理方法，其中，且该溶解介质较佳为过氯酸、氢氯酸、硫酸、草 酸、亚硫酸、醋酸、碳酸或过氧化氢的其中之一。
[0013] 本发明的陶瓷表面处理方法，其中，该喷砂处理较佳是以一冲击材撞击该陶瓷表 面，该喷砂处理时间为10~300秒，特别是以100~500i!m的氧化铝砂作为该冲击材，且 该喷砂处理时间为60秒。
[0014] 本发明的陶瓷表面处理方法，是借助喷砂处理及酸蚀处理，分别于陶瓷表面形成 微米等级及次微米等级的孔隙，达到提升陶瓷表面粗糙度的功效，其中更免除具有剧毒的 氢氟酸的使用，防止氢氟酸对生物体造成伤害，达成提升作业人员安全性的功效。
【附图说明】
[0015] 图1A为本试验第A1组的喷砂处理结果。
[0016] 图1B为本试验第A2组的喷砂处理结果。
[0017] 图1C为本试验第A3组的喷砂处理结果。
[0018] 图1D为本试验第A4组的喷砂处理结果。
[0019] 图2A为本试验第B1组的酸蚀处理结果。
[0020] 图2B为本试验第B2组的酸蚀处理结果。
[0021] 图2C为本试验第B3组的酸蚀处理结果。
[0022] 图2D为本试验第B4组的酸蚀处理结果。
【具体实施方式】
[0023] 为让本发明的上述及其他目的、特征及优点能更明显易懂，下文特举本发明的较 佳实施例，并配合附图，作详细说明如下：
[0024] 本较佳实施例的陶瓷表面处理方法，包含一喷砂处理（blasting)及一酸蚀处理 (etching)。
[0025] 详而言之，喷砂处理是于无水环境下，以一冲击材对陶瓷表面进行冲击，使该陶瓷 表面产生颗粒化的凹陷（即，产生微米级的孔隙)，其表面粗糙度为100~1，〇〇〇ym;其中， 该冲击材可以选择为氧化铝砂、碳化硅砂或玻璃珠等，其粒径为100~500ym，该喷砂处理 的时间较佳为10~300秒，特别为60秒。
[0026] 酸蚀处理则是将陶瓷浸泡于一酸处理液中，或是将该酸处理液喷洒于陶瓷表面， 以借助该酸处理液与该陶瓷表面进行化学反应，使该陶瓷表面产生侵蚀现象，并且，该酸处 理液更可以渗入微米级孔隙中，进而形成表面粗糙度为1000~5000 的次微米级孔隙； 其中，较佳是选择于50~100°C进行酸蚀处理，且该酸蚀处理时间为5分钟~3小时，或者， 可以于85°C进行酸蚀处理，且该酸蚀处理时间为30分钟。
[0027] 上述酸处理液包含一含氟盐类及一溶解介质，该溶解介质用以溶解该含氟盐类， 该溶解介质含有浓度约为1(T2~1(T8M的氢离子（H+)，该含氟盐类溶解于该溶解介质后，可 以解离产生浓度约为〇. 25M的氟离子（D，且该氟离子可以与陶瓷表面进行化学反应，以提 升该陶瓷表面的粗糙度。
[0028] 较佳地，用于酸蚀处理的酸处理液中，含氟盐类为IA、IIA及IIIA族金属与氟离子 反应生成的盐类，较佳为氟化锂、氟化钠、氟化钾、氟化铯、氟化铍、氟化钙或氟化锶的其中 之一；并且，该酸处理液中，溶解介质为过氯酸、氢氯酸、硫酸、草酸、亚硫酸、醋酸、碳酸或过 氧化氢。
[0029] 此外，酸蚀处理过程中，较佳可以对酸处理液进行加热，但是，酸处理液中的氟离 子与陶瓷表面的化学反应为一放热反应，其温度过高时可能使该酸处理液飞溅，是以其温 度设定为介于50~100°C之间，较佳则介于80~100°C，可以提升酸蚀反应的处理效率；又 或者，也可以于酸蚀处理同时，以频率为20~80kHz、功率为200~4000W的超声波进行震 荡，使该酸处理液的氟离子可以侵蚀该陶瓷表面，进而使该陶瓷表面成粗糙。
[0030] 是以，借助本较佳实施例的陶瓷表面处理方法，可以免除氢氟酸的使用，并且通过 喷砂处理及酸蚀处理，分别于陶瓷表面形成微米级及次微米级的孔隙，而提升该陶瓷表面 的粗糙度。
[0031] 为证实本较佳实施例的陶瓷表面处理方法，可以有效提升陶瓷表面的粗糙度，遂 选用材质为氧化锆的陶瓷材料进行以下试验：
[0032] (A)喷砂处理
[0033] 请参照第1表所示，本试验是选用粒径约为110Um的氧化铝砂，分别对处理0、30、 60秒或120秒，并且以电子显微镜（HITACHIS-3000N)拍摄不同放大倍率（500倍、1，000倍 及5, 000倍）的陶瓷表面，其结果记录于图1A~1D。
[0034] 第1表：本试验各组的喷砂处理时间及结果
【主权项】
1. 一种陶瓷表面处理方法，其特征在于包含： (a) 、对一个陶瓷表面进行喷砂处理，直至该陶瓷表面形成微米粗糙结构，使得该陶瓷 表面粗糙度为100~1000ym;及 (b) 、以一个含氟盐类混合一个溶解介质形成一个酸处理液，以该酸处理液对该陶瓷 表面进行酸蚀处理，使该酸处理液渗入该微米粗糙结构中，而于该陶瓷表面形成粗糙度为 1000~5000iim的次微米粗糙结构； 其中，该酸处理液所含的氟离子浓度为〇. 25M，该含氟盐类为IA、IIA及IIIA族金属 与氟离子反应生成的盐类，该溶解介质则含有浓度为1〇_2~1〇_8M的氢离子。
2. 根据权利要求1所述的陶瓷表面处理方法，其特征在于，步骤（b)，是于进行酸蚀处 理同时，以频率为20~80kHz、功率为200~4000W的超声波进行震荡。
3. 根据权利要求1或2所述的陶瓷表面处理方法，其特征在于，步骤（b)，是于50~ 100°C进行酸蚀处理，该酸蚀处理时间为5分钟~3小时。
4. 根据权利要求3所述的陶瓷表面处理方法，其特征在于，步骤（b)，是于85°C进行酸 蚀处理，该酸蚀处理时间为30分钟。
5. 根据权利要求1所述的陶瓷表面处理方法，其特征在于，该含氟盐类为氟化锂、氟化 钠、氟化钾、氟化铯、氟化铍、氟化钙或氟化锶。
6. 根据权利要求1所述的陶瓷表面处理方法，其特征在于，该溶解介质为过氯酸、氢氯 酸、硫酸、草酸、亚硫酸、醋酸、碳酸或过氧化氢。
7. 根据权利要求1所述的陶瓷表面处理方法，其特征在于，步骤（a)，该喷砂处理是以 一个冲击材撞击该陶瓷表面，该喷砂处理时间为10~300秒。
8. 根据权利要求7所述的陶瓷表面处理方法，其特征在于，该冲击材为100~500 的氧化铝砂，该喷砂处理时间为60秒。
【专利摘要】一种陶瓷表面处理方法，使陶瓷表面呈粗糙化，其包含：对一陶瓷表面进行喷砂处理，直至该陶瓷表面形成微米粗糙结构，使得该陶瓷表面粗糙度为100～1000μm；及以一含氟盐类混合一溶解介质形成一酸处理液，以该酸处理液对该陶瓷表面进行酸蚀处理，使该酸处理液渗入该微米粗糙结构中，而于该陶瓷表面形成粗糙度为1000～5000μm的次微米粗糙结构；其中，该酸处理液所含的氟离子浓度为0.25M，该含氟盐类为IA、IIA及IIIA族金属与氟离子反应生成的盐类，该溶解介质则含有浓度为10-2～10-8M的氢离子。
【IPC分类】C04B41-91
【公开号】CN104692835
【申请号】CN201310661964
【发明人】曾俊杰, 郭聿芬, 翁丽雯
【申请人】财团法人金属工业研究发展中心
【公开日】2015年6月10日
【申请日】2013年12月6日