納米鈦酸鋇粉體及鈦酸鋇薄膜制備的研究現狀分析

劉靜亞　吳文慧

[摘要]純鈦因其多種優(yōu)勢，如耐腐蝕性強、生物相容性好、機械性能優(yōu)異、價格低廉等，廣泛應用于口腔臨床領域，然而純鈦烤瓷修復體中鈦瓷結合強度較差，常導致崩瓷的現象發(fā)生，從而限制了它的臨床應用。有研究表明在鈦瓷間加入鈦酸鋇中間涂層，阻礙粘接力較差的氧化膜的形成，可增強鈦瓷間的結合強度。該文以在鈦瓷間加入鈦酸鋇薄膜以增強鈦瓷結合強度為重點，檢索包括鈦酸鋇粉體的制備及鈦酸鋇薄膜的制備等方面國內外的相關文獻，綜述其研究現狀。

[關鍵詞]鈦酸鋇粉體；鈦瓷結合強度；鈦酸鋇薄膜

從1990年起，純鈦合金就開始作為齒科材料，廣范應用于口腔臨床領域。同時因具有耐腐蝕性強、生物相容性好、機械性能優(yōu)異、價格低廉等優(yōu)點，更加受到廣大學者的關注。然而與傳統(tǒng)的鎳鉻合金及貴金屬合金烤瓷修復體相比，純鈦烤瓷修復體中鈦瓷結合強度較差，常導致崩瓷的現象發(fā)生，從而限制了其臨床應用。其中影響鈦瓷結合的主要原因是在高溫烤瓷時，鈦表面會形成疏松多孔，附著較差的氧化膜，影響了鈦瓷結合。為了解決這一問題，一些學者在鈦瓷間加入中間涂層，有效隔絕鈦與氧的接觸，控制鈦表面氧化膜的生成，從而提高了鈦瓷的結合強度。

近年來，一些學者用過溶膠一凝膠法在純鈦表面制備鈦酸鋇薄膜，致力于增強鈦瓷結合強度。本人采用電泳沉積法在純鈦表面制備鈦酸鋇薄膜以增強鈦瓷結合強度，需要納米鈦酸鋇粉體作為原料?，F就納米鈦酸鋇粉體及鈦酸鋇薄膜制備的研究現狀進行綜述。

1 鈦酸鋇粉體的合成方法

1.1 高溫固相煅燒法

高溫固相煅燒法是把碳酸鋇和二氧化鈦作為原料，使其在1200℃～1250℃的高溫下煅燒，冷卻后將其粉碎，最終得到鈦酸鋇粉體產品。此種方法的優(yōu)點：制作工藝成熟，操作相對簡單；實驗過程中所需設備可靠，易獲得；原材料價格較便宜，節(jié)約成本。但同時也存在很多缺點：組分的不均勻性；耗能費時，成本較高；粒徑分布范圍很寬；所得粉體純度較低；多次球磨可能會引入其他無關雜質。

1.2 水熱合成法

水熱合成法是指把含有鋇和鈦的化合物作為原料，按照一定比例配制成前軀體溶液，在前軀體溶液中加入適量的礦化劑，用來調節(jié)前軀體溶液的酸堿度，置于反應溫度在100～400，壓力從0.1MPa到幾十乃至幾百兆帕的密閉壓力容器中，然后以水作為溶劑，進行水熱反應來制備納米材料的一種方法。粉體的形成需要經歷溶解和結晶的過程。

水熱合成法的優(yōu)點；反應溫度低，環(huán)境友好；制作工藝簡單；制備的粉體具有粒徑小、分布均勻、純度高，團聚較少；其原材料便宜，易制得理想化學計量組成并具有完整晶形的產物。但同樣存在很多缺陷：需要較高的溫度和壓力；設備投資大，成本較高；鋇與鈦的物質量不易控制，反應很難完全進行，這些缺點限制了該法的應用。

1.3 草酸鹽共沉淀法

草酸鹽共沉淀法是目前工業(yè)上制取BaTiO₃粉體的最主要的方法之一，是通過草酸鈦酸鋇四水合物（BTO）前體來制備BaTiO₃粉體的。把氯化鋇和四氯化鈦混合于水溶液中，將其加入到劇烈攪拌的熱草酸水溶液中，以一定速度攪拌，即可得到白色的BTO沉淀。

其優(yōu)點是：原料配比可自行調整；具有較強的純化能力；在低至1225℃的溫度下燒結，即可得到致密性較好的陶瓷；在沉淀的過程中可實現摻雜，使摻雜劑均勻地分布于BaTiO₃粉體中。

但是，這種方法也存在許多缺點：

（1）由于化學計量受到許多反應條件的影響，不容易做到精確控制，不易掌握前體BTO的Ba與n的摩爾比；

（2）在相對高的溫度下煅燒粉體，會導致BaTiO₃粒子團聚現象的發(fā)生。

1.4 溶膠-凝膠法

溶膠一凝膠法（sol-gel法，又稱金屬醇鹽法）它的基本原理是：把一些易水解的無機鹽或金屬醇鹽溶于某種溶劑中，與水發(fā)生反應，歷經水解、聚縮、凝膠、干燥等過程，通過保溫干燥除去羥基和烷基、有機溶劑和水，最終制得所需的陶瓷粉體。這是由于金屬醇鹽易發(fā)生水解，生成鋇和鈦的單體，在一定條件下鈦和鋇的單體能夠直接發(fā)生反應，形成鋇-鈦溶膠、凝膠，經過干燥進一步結晶成鈦酸鋇晶體。

此方法的優(yōu)點：不易混入雜質及被污染；在常溫條件下可進行，是一種低溫合成材料的技術；可實現分子級的接觸，具有高度的化學均勻性；直接制得鈦酸鋇晶體，不必煅燒。本法最大缺陷是生產成本較高，尚無工業(yè)應用價值。

2 鈦酸鋇薄膜的制備方法

2.1 溶膠-凝膠法

溶膠一凝膠法是將金屬有機物或者無機化合物經過溶液、溶膠、凝膠、固化的過程，再經熱處理形成氧化物或化合物固體的方法。溶膠一凝膠法具有很多優(yōu)點，反應可在溶液中進行，均勻度高；燒結溫度低；化學計量比準確，易改性；制作工藝簡單、成本低。但也存在很多缺陷，需要繼續(xù)改進：原料成本高，且對人體有害，不環(huán)保；需要很長的熱處理時間，產品易開裂；前驅液制備需要長時間回流，穩(wěn)定時間短。

2.2 電泳沉積法

電泳沉積法常用于制備薄膜材料源于20世紀50年代。其原理是：指在具有一定酸性或堿性的溶劑中分散開預先合成的微米級或亞微米級的具有特定電性能的鈦酸鋇粉料顆粒，在外加電場的作用下，利用電泳動現象，使其在分散介質中作定向移動；到達電極基材后發(fā)生聚沉而形成較密集的微團結構的過程。該方法存在以下優(yōu)點：原材料和設備簡單，成本低；沉積率高，成膜速度快，易控制膜的厚度；被鍍件的形狀不受限制，薄膜厚度均勻；電泳沉積時料液可循環(huán)利用，無污染物排出。因而廣泛應用于薄膜的制備過程中，也越來越受到人們的青睞。

2.3 有機金屬化學氣相沉淀法

有機金屬化學氣相沉淀法（MOCVD）是利用載氣N₂或Ar，將氣化后的Ba和Ti的金屬有機物通入反應室中，使其與氧氣發(fā)生反應，將得到的產物沉積到基底上，從而制備出鈦酸鋇薄膜。此方法的優(yōu)點是：易控制薄膜的組成；沉積速率高；適用于大面積成膜，可以批量生產；工藝參數可獨立控制。

2.4 射頻磁控濺射法

射頻磁控濺射法是一個相對復雜的物理化學過程，是利用直流或高頻電場使惰性氣體發(fā)生電離，電離出等離子體，使正離子和電子高速轟擊靶材，靶材上的原子或分子被濺射出來，然后沉積到基板上形成薄膜。薄膜在濺射過程中會受到多種高能離子的轟擊，也會受到其他多種因素的影響。它具有很多優(yōu)點，包括工藝成熟、成膜面積大、沉積溫度低、無需退火等；最大缺陷是濺射過程中易摻入其他氣體元素，組分不純。

3 小結

為增強鈦瓷問的結合力，對純鈦表面進行多種處理，采用不同的加載方式加入不同的中間涂層材料，但臨床上鈦瓷結合力差，易崩瓷的現象依然存在。研究新的涂層材料，采用新的加載方式以增強鈦瓷問的結合力，仍是研究的重點方向。