CN112624761A - 氧化锆烧结体及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供即使使用在大气压下进行烧结的烧结炉也能够制造、并且具有作为牙科修复件所要求的机械强度和透光性的氧化锆烧结体、其制造方法、其前体以及前体的制造方法中的至少任一者。本发明的氧化锆烧结体的特征在于,含有氧化钇及氧化锆,氧化钇含量为4.5mol%以上且6.5mol%以下,余量为氧化锆,试样厚度为1mm且根据JIS K 7361‑1而测定的全光线透过率为46.5%以上,三点弯曲强度为700MPa以上,试样厚度为1mm且测定波长为400~700nm下的直线透过率的累计值相对于全光线透过率的累计值的比为1.3%以下。
Description
技术领域
本发明涉及氧化锆烧结体及其制造方法。
背景技术
应用于牙冠或牙桥等牙科修复件用途的氧化锆烧结体要求与天然牙齿同等的透光性。为了满足该要求,研究了通过稳定剂的含量的增加而实现的氧化锆烧结体的透光性的提高(专利文献1)。稳定剂的含量的增加使氧化锆烧结体的透光性提高,另一方面,使氧化锆烧结体的机械强度降低。因此,专利文献1等的氧化锆烧结体难以作为特别要求机械强度的牙科修复件来应用。
在专利文献2中,研究了稳定剂的含量高的氧化锆烧结体的机械强度的改善,公开了一种尽管是可能产生机械强度的降低的稳定剂的含量,但可以满足特别需要机械强度的牙科修复件所要求的机械强度的氧化锆烧结体。同样地,在专利文献3中,公开了一种氧化锆烧结体,其通过烧结气氛的控制,即使在机械强度的降低显著的5mol%以上的稳定剂的含量的范围内,也可以满足大部分的牙科修复件所要求的机械强度。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2015-143178号公报
专利文献2:日本特开2018-052806号公报
专利文献3:日本特开2011-073907号公报
发明内容
发明所要解决的问题
但是,在牙科修复件的制造中,普遍使用在大气气氛且大气压下进行烧结的烧结炉。因此,通过需要热等静压(HIP)或微波烧结等专用设备的烧结、需要氧气氛等气氛控制的烧结而制造出的氧化锆烧结体难以作为应用于牙科修复件的氧化锆烧结体来应用。
本公开的目的在于,提供即使使用在大气压下进行烧结的烧结炉也能够制造、并且具有作为牙科修复件所要求的机械强度和透光性的氧化锆烧结体、其制造方法、其前体以及前体的制造方法中的至少任一者。
用于解决问题的手段
在本公开中,考虑到在牙科修复件的制造中普遍使用大气气氛且大气压下的烧结的情况,对氧化钇含量高的氧化锆烧结体的机械强度和透光性的兼顾进行了研究。其结果,在稳定剂的含量高的氧化锆烧结体中,发现了透明性不会过高、具有适于牙科修复件的透光性的同时机械强度得到了提高的氧化锆烧结体。
即,本发明是权利要求书所记载的发明,另外,本发明的主旨如下。
[1]一种氧化锆烧结体,其特征在于,含有氧化钇及氧化锆,氧化钇含量为4.5mol%以上且6.5mol%以下,余量为氧化锆,试样厚度为1mm且根据JIS K 7361-1而测定出的全光线透过率为46.5%以上,三点弯曲强度为700MPa以上,试样厚度为1mm且测定波长为400~700nm下的直线透过率的累计值相对于全光线透过率的累计值的比为1.3%以下。
[2]根据上述[1]所述的氧化锆烧结体,其中,所述氧化锆烧结体含有氧化铝。
[3]根据上述[1]或[2]所述的氧化锆烧结体,其中,氧化铝含量为0.005质量%以上且0.2质量%以下。
[4]根据上述[1]至[3]中任一项所述的氧化锆烧结体,其中,平均晶体粒径为0.5μm以上且1.8μm以下。
[5]根据上述[1]至[4]中任一项所述的氧化锆烧结体,其中,所述氧化锆烧结体含有氧化钇浓度不同的晶体颗粒。
[6]根据上述[1]至[5]中任一项所述的氧化锆烧结体,其中,氧化钇浓度最大的晶体颗粒与氧化钇浓度最小的晶体颗粒之间的氧化钇浓度的差为2.7mol%以上且7mol%以下。
[7]根据上述[1]至[6]中任一项所述的氧化锆烧结体,其中,氧化钇浓度为3.0mol%以上且4.0mol%以下的晶体颗粒在晶体颗粒中所占的个数比例为10%以上且50%以下。
[8]一种上述[1]至[7]中任一项所述的氧化锆烧结体的制造方法,其特征在于,所述氧化锆烧结体的制造方法具有对含有氧化锆粉末的成形体进行烧结的工序,所述氧化锆粉末含有氧化钇源及氧化锆,氧化钇源的含量为4.5mol%以上且6.5mol%以下,余量为氧化锆,正方晶和立方晶在氧化锆的结晶相中所占的合计比例为90%以下,BET比表面积为7.5m2/g以上且15m2/g以下,并且平均微晶直径为以上。
[9]根据上述[8]所述的制造方法,其中,所述氧化锆粉末含有氧化钇含量不同的氧化锆粉末颗粒。
[10]根据上述[9]所述的制造方法,其中,在所述氧化锆粉末中,一种氧化锆粉末颗粒与另一种氧化锆粉末颗粒之间的氧化钇含量的差超过3.0mol%。
[11]根据上述[9]至[10]中任一个所述的制造方法,其中,所述工序中的烧结为常压烧结。
[12]一种氧化锆粉末,其含有氧化钇源和氧化锆,氧化钇源的含量为4.5mol%以上且6.5mol%以下,余量为氧化锆,正方晶和立方晶在氧化锆的结晶相中所占的合计比例为90%以下,BET比表面积为7.5m2/g以上且15m2/g以下,平均微晶直径为以上。
[13]一种煅烧体的制造方法,其特征在于,使用上述[12]所述的氧化锆粉末。
发明效果
根据本公开,能够提供即使使用在大气压下进行烧结的烧结炉也能够制造、并且具有作为牙科修复件所要求的机械强度和透光性的氧化锆烧结体、其制造方法、其前体以及前体的制造方法中的至少任一者。
附图说明
图1是实施例1的氧化锆烧结体的表面的SEM观察图。
图2是表示氧化钇浓度为3~4mol%的晶体颗粒在氧化锆烧结体中所占的个数比例与三点弯曲强度之间的关系的图表。
具体实施方式
以下,对于本公开的氧化锆烧结体,示出实施方式的一例来进行说明。
本实施方式的氧化锆烧结体是如下的氧化锆烧结体,其特征在于,含有氧化钇及氧化锆,氧化钇含量为4.5mol%以上且6.5mol%以下,余量为氧化锆,试样厚度为1mm且根据JIS K 7361-1而测定出的全光线透过率为46.5%以上,三点弯曲强度为700MPa以上,试样厚度为1mm且测定波长为400~700nm下的直线透过率的累计值相对于全光线透过率的累计值的比为1.3%以下。
在本实施方式中,“氧化锆烧结体”是以氧化锆为主相的烧结体,并且是氧化锆(ZrO2)在烧结体的全部组分中所占的比例最高的烧结体。可举出氧化锆烧结体中,相对于氧化锆烧结体的质量的氧化锆(ZrO2)的质量比例(在氧化锆含有稳定剂的情况下,为稳定剂和氧化锆的合计质量比例)为95质量%以上且100质量%以下,进一步为99质量%以下,更进一步为99.5质量%以上且100质量%以下。
本实施方式的氧化锆烧结体含有氧化钇和氧化锆。氧化钇(Y2O3)不对氧化锆进行着色而作为稳定剂发挥作用。因此,本实施方式的氧化锆烧结体可以视为含有氧化钇的氧化锆烧结体、固溶有氧化钇的氧化锆烧结体、氧化钇稳定氧化锆烧结体、氧化钇部分稳定氧化锆烧结体、或部分稳定化氧化锆烧结体等。本实施方式的氧化锆烧结体优选含有氧化钇及氧化锆作为含有氧化钇的氧化锆。另外,氧化钇的至少一部分固溶于氧化锆,进一步优选为氧化锆不含未固溶的氧化钇。
本实施方式中的“不含未固溶的氧化钇”是指在后述的XRD测定及XRD图案的解析中,未确认到源自氧化钇(Y2O3)的XRD峰的状态,可允许含有不会对本实施方式的氧化锆烧结体的特性造成影响的程度的未固溶的氧化钇。
氧化钇含量为4.5mol%以上且6.5mol%以下,优选为大于4.5mol%且6.0mol%以下、4.7mol%以上且5.8mol%以下、4.8mol%以上且5.5mol%以下、或5.0mol%以上且5.5mol%以下。在另一实施方式中,氧化钇含量为4.5mol%以上、大于4.5mol%、4.7mol%以上、4.8mol%以上或5.0mol%以上,此外为6.5mol%以下、6.0mol%以下、5.8mol%以下或5.5mol%以下。当氧化钇含量小于4.5mol%时,难以稳定地获得具有高透光性的氧化锆烧结体。另一方面,当氧化钇含量大于6.5mol%时,机械强度降低。为了即使在反复的制造中也能够容易再现良好地获得具有高透光性的氧化锆烧结体,氧化钇含量优选为5.0mol%以上且6.0mol%以下、5.0mol%以上且5.8mol%以下、或5.2mol%以上且5.6mol%以下。
本实施方式的氧化锆烧结体中的氧化钇含量是氧化钇(Y2O3)相对于氧化锆烧结体中的氧化锆(ZrO2)及氧化钇(Y2O3)的合计的摩尔比(mol%),根据{Y2O3[mol]/(ZrO2+Y2O3)[mol]}×100来求出。
本实施方式的氧化锆烧结体可以含有氧化铝(Al2O3),也可以由氧化锆、氧化钇及氧化铝构成。可以例示出氧化铝含量为0质量%以上且0.2质量%以下、0质量%以上且0.15质量%以下、或0质量%以上且小于0.1质量%。为了通过含有少量的氧化铝而容易促进烧结,氧化铝含量可以例示出大于0质量%且0.2质量%以下、0.005质量%以上且0.15质量%以下、0.01质量%以上且0.12质量%以下、0.015质量%以上且小于0.1质量%、或0.02质量%以上且0.07质量%以下。
本实施方式的氧化锆烧结体中的氧化铝含量是氧化铝相对于氧化锆烧结体中的氧化锆(ZrO2)、氧化钇(Y2O3)和氧化铝(Al2O3)的合计的质量比例(质量%),根据{Al2O3[g]/(ZrO2+Y2O3+Al2O3)[g]}×100来求出。
只要在不损害本实施方式的氧化锆烧结体的效果的范围内,则也可以含有具有对氧化锆进行着色的功能的元素(以下,也称为“着色剂”)。着色剂是具有对氧化锆进行着色的功能的元素,也可以是具有抑制氧化锆的相变的功能的元素。作为具体的着色剂,可以例示出过渡金属元素和镧系稀土类元素中的至少任一种,优选为选自铁(Fe)、钴(Co)、镍(Ni)、锰(Mn)、镨(Pr)、钕(Nd)、铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、铒(Er)和镱(Yb)中的一种以上,更优选为选自铁、钴、锰、镨、钕、铽和铒中的一种以上,进一步优选为选自铁、钴和铒中的一种以上。
本实施方式的氧化锆烧结体也可以含有氧化铪(HfO2)等不可避免的杂质。可举出作为不可避免的杂质的氧化铪的含量为2.0质量%以下。但是,优选为不含有对本实施方式的氧化锆烧结体的效果的影响大的元素,例如,可举出本实施方式的氧化锆烧结体满足氧化镁(MgO)换算后的镁的含量为0质量ppm以上且500质量ppm以下、二氧化硅(SiO2)换算后的硅的含量为0质量ppm以上且500质量ppm以下、以及二氧化钛(TiO2)换算后的钛的含量为0质量ppm以上且500质量ppm以下中的至少任一者,镁、硅及钛的含量分别优选为0质量ppm以上且500质量ppm以下。
本实施方式的氧化锆烧结体的组分可以通过一般的组分分析(例如,ICP测定)来测定。在另一个实施方式中,在其制造方法已知的情况下,可以根据所用的原料的组分来求出。
本实施方式的氧化锆烧结体优选在结晶相中包含正方晶和立方晶中的至少任一种,更优选为包含正方晶和立方晶。本实施方式的氧化锆烧结体优选在结晶相中以正方晶和立方晶中的至少任一种为主相,正方晶和立方晶在结晶相中所占的合计比例(以下也称为“正方晶+立方晶率”)优选为95%以上、或99%以上。在本实施方式中,在结晶相中所占的正方晶和立方晶以外的结晶相可以视作单斜晶。单斜晶在结晶相中所占的比例(以下也称为“单斜晶率”)为0%以上或0.5%以上,且小于5%,优选小于1%。
正方晶+立方晶率及单斜晶率是根据本实施方式的氧化锆烧结体的表面的粉末X射线衍射(以下也称为“XRD”)图案,利用以下的式子求出的值。
fT+C=[It(111)+Ic(111)]/[Im(111)+Im(11-1)+It(111)+Ic(111)]
fM=1-fT+C
在上式中,fT+C为正方晶+立方晶率,fM为单斜晶率,It(111)为正方晶(111)面的面积强度,Ic(111)为立方晶(111)面的面积强度,Im(111)为单斜晶(111)面的面积强度,Im(11-1)为单斜晶系(11-1)面的面积强度。
各结晶面的面积强度可以通过将平滑化处理及背景去除处理后的XRD图案利用分割拟Voigt函数进行轮廓拟合来求出。平滑化处理、背景处理以及面积强度的计算等XRD图案的解析可以使用X射线衍射装置附带的解析程序(例如,综合粉末X射线分析软件PDXLVer.2.2,RIGAKU公司制)等来进行。
本实施方式的氧化锆烧结体的表面的XRD图案优选通过基于以下条件的XRD测定而得到。
射线源:CuKα射线(λ=0.15418nm)
测定模式:连续扫描
扫描速度:4°/分钟
步宽:0.02°
测定范围:2θ=26°~33°
XRD测定可以使用一般的X射线衍射装置(例如,MiniFlex,RIGAKU公司制)来进行。
作为与在上述XRD测定中被测定的氧化锆的各结晶面相当的XRD峰,可举出在以下的2θ具有峰顶的XRD峰。
相当于单斜晶(111)面的XRD峰:2θ=31±0.5°
相当于单斜晶(11-1)面的XRD峰:2θ=28±0.5°
相当于正方晶(111)面的XRD峰:2θ=30±0.5°
相当于立方晶(111)面的XRD峰:2θ=30±0.5°
相当于正方晶(111)面的XRD峰和相当于立方晶(111)面的XRD峰作为重复的一个峰而被测定。因此,上式中的It(111)+Ic(111)可以根据在2θ=30±0.5°具有峰顶的一个XRD峰的面积强度来求出。
本实施方式的氧化锆烧结体的相对密度优选为99.8%以上、或99.85%以上。相对密度为100%以下,进一步为99.98%以下。
本实施方式中的“相对密度”是实测密度相对于理论密度的比例(%)。实测密度是以阿基米德法所测定的体积相对于以质量测定所测定的质量的比例(g/cm3),并且,理论密度是通过以下的式(1)~(4)求出的密度(g/cm3)。
A=0.5080+0.06980X/(100+X) (1)
C=0.5195-0.06180X/(100+X) (2)
ρZ=[124.25(100-X)+225.81X]/[150.5(100+X)A2C] (3)
ρ0=100/[(Y/3.987)+(100-Y)/ρZ] (4)
在式(1)~(4)中,ρ0为理论密度,ρZ为氧化锆的理论密度,A和C为常数,X为氧化钇相对于氧化锆(ZrO2)及氧化钇(Y2O3)的合计的摩尔比(mol%),Y为氧化铝相对于氧化锆烧结体中的氧化锆、氧化钇和氧化铝的合计的质量比例(质量%)。
另外,在本实施方式的氧化锆烧结体含有氧化锆、氧化钇和氧化铝以外的金属氧化物或稀土类氧化物的情况下,只要将上述式(4)中的“Y”和“(Y/3.987)”的项如下进行置换即可。
Y=Y1+Y2+…Yn
(Y/3.987)=(Y1/W1+Y2/W2+…Yn/Wn)
这里,Y1、Y2、…、Yn是氧化锆及氧化钇以外的各金属氧化物的质量比例(质量%),W1、W2、…、Wn为氧化锆及氧化钇以外的各金属氧化物或稀土类氧化物的密度(g/cm3)。另外,由于式(1)~(4)是考虑了不可避免的杂质的值,因此对于作为不可避免的杂质的氧化铪,也可以不置换式(4)。
能够例示本实施方式的氧化锆烧结体的平均晶体粒径为0.5μm以上且1.8μm以下,或0.55μm以上且1.6μm以下。氧化锆烧结体具有平均晶体粒径越小则机械强度越高的倾向,但本实施方式的氧化锆烧结体在其氧化钇含量的范围内,即使平均晶体粒径为0.5μm以上,也容易具有高机械强度。平均晶体粒径优选为0.5μm以上且1μm以下、0.55μm以上且0.8μm以下、0.6μm以上且小于0.8μm、或0.7μm以上且小于0.8μm。
本实施方式中的“平均晶体粒径”可以通过使用SEM观察图的平面测量法求出。即,在SEM观察图中描绘面积已知的圆,测量该圆内的晶体颗粒数(Nc)及该圆的圆周上的晶体颗粒数(Ni),并使合计的晶体颗粒数(Nc+Ni)达到250±50个,然后可以使用以下的式子求出平均晶体粒径。
平均晶体粒径=2/{(Nc+(1/2)×Ni)/(A/M2)}0.5
在上式中,Nc为圆内的晶体颗粒数,Ni为圆的圆周上的晶体颗粒数,A为圆的面积,M为扫描型电子显微镜观察的倍率(例如,5,000~10,000倍)。另外,在一个SEM观察图中的晶体颗粒数(Nc+Ni)小于200个的情况下,只要使用多个SEM观察图使(Nc+Ni)成为250±50个即可。
供SEM观察的氧化锆烧结体只要使用对表面粗糙度为Ra≤0.02μm的氧化锆烧结体进行热蚀刻处理(例如在大气中,在1400℃~1500℃下进行处理)后的氧化锆烧结体即可。
本实施方式的氧化锆烧结体也可以含有大小不同的晶体颗粒,优选含有粗大的晶体颗粒和微细的晶体颗粒,更优选具有粗大的晶体颗粒和多个微细的晶体颗粒形成了晶界的结构。具体而言,如图1的圆部所示,可以例示出具有如下结构:晶体颗粒分布成长径(晶体颗粒中的最长的长度)小于1.0μm的晶体颗粒包围长径为1.0μm以上的晶体颗粒的外周。
本实施方式的氧化锆烧结体优选含有氧化钇浓度不同的晶体颗粒,更优选由具有不同的氧化钇浓度的晶体颗粒构成。一般情况下,氧化锆烧结体由具有相同程度的氧化钇浓度的晶体颗粒构成。与此相对,氧化锆烧结体通过由具有不同的氧化钇浓度的晶体颗粒构成,从而倾向于具有协同地反映出各晶体颗粒的特性的特性。
本实施方式的氧化锆烧结体中,例如氧化钇浓度最大的晶体颗粒与氧化钇浓度最小的晶体颗粒之间的氧化钇浓度的差(以下也称为“晶体颗粒间浓度差”)优选为2.7mol%以上且7mol%以下。而且,通过使晶体颗粒间浓度差为3mol%以上且7mol%以下、进一步为3.2mol%以上且5mol%以下,从而存在氧化锆烧结体的机械强度变得更高的倾向。
为了在本实施方式的氧化钇含量的范围内具有机械强度变高的倾向,氧化钇浓度为3.0mol%以上且4.0mol%以下的晶体颗粒在晶体颗粒中所占的个数比例优选为10%以上且50%以下。为了具有机械强度变得特别高的倾向,氧化钇浓度为3.0mol%以上且4.0mol%以下的晶体颗粒的个数比例更优选为25%以上且40%以下。
在本实施方式中,晶体颗粒的氧化钇浓度可以通过SEM-EDS分析求出。具体而言,使用以能够确认晶体颗粒的晶界的倍率(例如,倍率10,000倍,优选为在SEM观察图上所占的晶体颗粒为150±25个的倍率)观察的SEM观察图,在判别晶体颗粒之后,对于在SEM观察图上能够确认颗粒整体的各晶体颗粒(即,SEM观察图的外周的晶体颗粒以外的晶体颗粒),只要通过以下的式子求出即可。
C=CY/{CY+(2×CZr)}×100
在上式中,C为晶体颗粒的氧化钇浓度(mol%),CY为晶体颗粒中的钇的EDS谱的合计强度,CZr为晶体颗粒中的锆的EDS谱的合计强度。
氧化钇浓度为3.0mol%以上且4.0mol%以下的晶体颗粒的个数比例可以根据相对于在上述SEM-EDS分析中观察到(判别出)的全部晶体颗粒的合计个数的、氧化钇浓度为3.0mol%以上且4.0mol%以下的晶体颗粒的个数比例而求出。
在本实施方式中,SEM-EDS分析可以通过一般的SEM-EDS装置(例如,SEM:JSM-7600F,日本电子公司制,EDS:NSS312E,Thermo Fisher Scientific公司制)来测定。晶体颗粒的判别、定量值只要基于EDS谱的每个元素的峰值强度,通过上述装置或搭载于装置的功能(解析程序等)来计算即可。
本实施方式的氧化锆烧结体中,试样厚度为1mm且根据JIS K 7361-1而测定出的全光线透过率(以下也称为“光透过率”)优选为46.5%以上、大于47%、47.5%以上、或48%以上。光透过率低于此的氧化锆烧结体会妨碍向前牙用的牙科修复件等一部分牙科修复件的应用。通过使光透过率为48.5%以上、优选为49%以上,本实施方式的氧化锆烧结体容易作为前牙前端等特别要求高透光性的牙科修复件来应用。可例示出本实施方式的氧化锆烧结体的氧化钇含量的范围内的光透过率为54%以下、53%以下、或52%以下。
本实施方式中,光透过率是能够以基于JIS K 7361-1的方法测定出的、使用白日光作为入射光所测定的全光线透过率。此外,在本实施方式中直线透过率是能够以基于JISK 7361-1的方法测定出的、使用白日光作为入射光所测定的直线透过率。可以例示出使用试样厚度为1mm且两面的表面粗糙度为Ra≤0.02μm的圆板状的氧化锆烧结体作为测定试样,并使用在光源中具备D65光源的雾度仪(例如,雾度仪NDH4000,日本电色公司制)作为测定装置,来测定光透过率以及直线透过率。
本实施方式的氧化锆烧结体中,试样厚度为1mm且测定波长为400~700nm下的、直线透过率的累计值相对于全光线透过率的累计值之比(以下也称为“PT/TT比”)为1.3%以下,优选为1.2%以下、1.0%以下、0.8%以下、或0.6%以下。PT/TT比是表示可见光区域中的直线透过率与全光线透过率之比的指标之一,通过满足该范围的PT/TT比,从而成为具有抑制了透明性(Transpalency)的透光性(Tranlucency)的氧化锆烧结体。由此,本实施方式的氧化锆烧结体可被目视确认为具备更接近天然牙齿的透光感的牙科修复件。本实施方式的氧化锆烧结体的PT/TT比优选为大于0%、0.1%以上、或0.3%以上。作为PT/TT比的范围,可以例示出大于0%以上且1.3%以下、0.1%以上且1.0%以下、或0.3%以上且0.9%以下。
在本实施方式中,通过UV-VIS光谱测定分别测定各波长下的直线透过率和全光线透过率,并求出其累计值之比而得到PT/TT比。作为UV-VIS光谱的测定条件,可列举以下条件。
测定方法:UV-VIS分光光度测定
测定方式:双光束方式
光源:卤素灯
测定波长范围:400nm~700nm
波长步长:0.5nm
可以例示出使用试样厚度为1mm且两面的表面粗糙度为Ra≤0.02μm的圆板状的氧化锆烧结体作为测定试样,并使用一般的UV-VIS分光光度计(例如,分光光度计V-650,日本分光公司制)作为测定装置,来进行PT/TT比的测定。
本实施方式的氧化锆烧结体由于满足上述的光透过率及PT/TT比,因此也可以视为透光性氧化锆烧结体、高透光性氧化锆烧结体、或光透过性氧化锆烧结体等。
本实施方式的氧化锆烧结体的三点弯曲强度优选为700MPa以上、715MPa以上、730MPa以上、或780MPa以上。通过满足这样的三点弯曲强度,本实施方式的氧化锆烧结体也可以作为更小形状的牙科修复件来应用。进一步地,三点弯曲强度优选为800MPa以上、或820MPa以上。通过除了满足上述的光透过率及PT/TT比以外,还满足这样的三点弯曲强度,本实施方式的氧化锆烧结体可以作为前牙用的牙科修复件而用作四连以上的牙桥。三点弯曲强度越高越优选,但在满足本实施方式的氧化钇含量的情况下,可以例示出三点弯曲强度为1200MPa以下、1000MPa以下、或900MPa以下。如果氧化钇含量变多,则三点弯曲强度存在下降的倾向,因此可举出例如在氧化钇含量为5.0mol%以上的情况下,三点弯曲强度为1000MPa以下。
在本实施方式中,所谓三点弯曲强度,是通过基于JIS R 1601的三点弯曲试验而求出的值。三点弯曲强度的测定只要以支点间距离30mm,使用宽度为4mm、厚度为3mm的柱形状的烧结体作为测定试样,并以测定10次的平均值作为本实施方式的氧化锆烧结体的三点弯曲强度即可。
而且,本实施方式的氧化锆烧结体的三点弯曲强度测定后的断裂源的单斜晶频度(以下也简称为“单斜晶频度”)优选为40%以上或50%以上,此外优选为80%以下或75%以下。单斜晶频度是通过在三点弯曲强度测定中所产生的断裂源的光学显微镜观察图的显微拉曼光谱分析而得到的值,是显微拉曼光谱分析中的单斜晶率(Vm)为1%以上的测定区域的数量的比例。具体而言,将包含断裂源的900μm×600μm的光学显微镜观察图划分为20μm×20μm的格子状的测定区域,测定各测定区域中的拉曼光谱,并根据以下的式子求出单斜晶率(Vm)。
Vm=(a×P2)/(b×P1+a×P2)
在上式中,Vm为单斜晶率,P1为在149±3cm-1具有峰顶的峰的面积,P2为在179±3cm-1具有峰顶的峰和在189±3cm-1具有峰顶的峰的合计面积,a和b分别为系数(a=0.5和b=2.2)。
单斜晶频度可以作为单斜晶率(Vm)为1%以上的测定区域的数量相对于测定区域的合计数量(=1350)的比例而求出。
显微拉曼光谱分析可以通过一般的显微拉曼装置(例如,NRS-5100,日本分光公司制)来测定,各测定区域中的峰的峰面积可以使用装置附带的解析软件(例如,SpectrumManager,日本分光公司制)来求出。
可例示出本实施方式的氧化锆烧结体根据在JIS R 1607中所规定的SEPB法而测定出的断裂韧性值为5MPa·m1/2以下,进一步为3MPa·m1/2以上且5MPa·m1/2以下。
本实施方式的氧化锆烧结体优选为通过常压烧结而得到的状态的烧结体、即所谓的常压烧结体,更优选为通过大气气氛下的常压烧结(以下也称为“大气烧结”)而得到的状态下的大气常压烧结体。由此,使用牙科修复件的制造常用的烧成炉,容易简便地进行制造。
本实施方式的氧化锆烧结体适合于在牙科材料中作为牙科修复件、进一步作为前牙用的牙科修复件、更进一步作为前牙前端用的牙科修复件来使用。在另一个实施方式中,该实施方式的氧化锆烧结体也可以作为诸如牙冠、牙桥、嵌体(inlay)、高嵌体(onlay)等牙科修复件、正畸支架等牙科矫正器之类的牙科材料来使用。而且,本实施方式的氧化锆烧结体可以应用于结构材料、装饰材料、光学材料等其他的氧化锆烧结体的公知的用途。
作为本公开的氧化锆烧结体的其他实施方式,可例示出以下的方式。
一种氧化锆烧结体,其特征在于,含有氧化钇及氧化锆,氧化钇含量为4.5mol%以上且6.5mol%以下,余量为氧化锆,所述氧化锆烧结体含有氧化钇浓度不同的晶体颗粒。
一种氧化锆烧结体,其特征在于,含有氧化钇及氧化锆,氧化钇含量为4.5mol%以上且6.5mol%以下,余量为氧化锆,氧化钇浓度为3.0mol%以上且4.0mol%以下的晶体颗粒在晶体颗粒中所占的个数比例为10%以上且50%以下。
一种氧化锆烧结体,其特征在于,含有氧化钇及氧化锆,氧化钇含量为4.5mol%以上且6.5mol%以下,余量为氧化锆,晶体颗粒间浓度差为3mol%以上且7mol%以下。
一种氧化锆烧结体,其特征在于,含有氧化钇及氧化锆,氧化钇含量为4.5mol%以上且6.5mol%以下,余量为氧化锆,
所述氧化锆烧结体满足含有氧化钇浓度不同的晶体颗粒、氧化钇浓度为3.0mol%以上且4.0mol%以下的晶体颗粒在晶体颗粒中所占的个数比例为10%以上且50%以下、以及晶体颗粒间浓度差为3mol%以上且7mol%以下当中的至少一者。
接着,对本实施方式的氧化锆烧结体的制造方法进行说明。
作为本实施方式的氧化锆烧结体的优选制造方法,可列举出如下的氧化锆烧结体的制造方法,其特征在于,所述氧化锆烧结体的制造方法具有对含有氧化锆粉末的成形体进行烧结的工序,所述氧化锆粉末含有氧化钇源及氧化锆,氧化钇源的含量为4.5mol%以上且6.5mol%以下,余量为氧化锆,正方晶和立方晶在氧化锆的结晶相中所占的合计比例为90%以下,BET比表面积为7.5m2/g以上且15m2/g以下,并且平均微晶直径为以上。
供于本实施方式的制造方法的成形体含有氧化锆粉末,所述氧化锆粉末含有氧化钇源和氧化锆,氧化钇源的含量为4.5mol%以上且6.5mol%以下,余量为氧化锆,正方晶和立方晶在氧化锆的结晶相中所占的合计比例为90%以下,BET比表面积为7.5m2/g以上且15m2/g以下。通过将含有这样的氧化锆粉末的成形体供于烧结,即使是应用烧结时的升温速度快的烧结方法(例如,250℃/小时以上)的烧结、大气烧结,也能得到致密的烧结体。
氧化锆粉末含有氧化钇源和氧化锆。氧化钇源是氧化钇及其前体中的至少任一种,优选为氧化钇。作为氧化钇的前体,例如可举出氯化钇和硝酸钇中的至少任一种,优选为氯化钇。氧化钇源优选固溶于氧化锆,氧化钇源可以全部固溶于氧化锆,另外,氧化锆粉末优选不含未固溶于氧化锆的氧化钇源。
氧化钇源的含量只要与作为目标的氧化锆烧结体中的氧化钇含量同等即可。氧化锆粉末的氧化钇源的含量可以例示出4.5mol%以上且6.5mol%以下、大于4.5mol%且6.0mol%以下、4.7mol%以上且5.8mol%以下、或4.8mol%以上且5.5mol%以下。作为另一个实施方式,氧化钇源的含量可以例示出5.0mol%以上且6.0mol%以下、或5.0mol%以上且5.8mol%以下。
氧化锆粉末中的氧化钇源的含量是将氧化锆粉末中的钇(Y)换算为Y2O3的值相对于将氧化锆粉末中的锆(Zr)换算为ZrO2且将钇(Y)换算为Y2O3的合计值的比例(mol%),根据{Y2O3[mol]/(ZrO2+Y2O3)[mol]}×100求出。
氧化锆粉末也可以含有氧化铝源。氧化铝源为氧化铝及其前体中的至少任一种,优选为氧化铝,更优选为α-氧化铝。氧化锆粉末的氧化铝源的含量只要与作为目标的氧化锆烧结体中的氧化铝含量同等即可。作为氧化锆粉末的氧化铝源的含量,可举出0质量%以上且0.2质量%以下、0质量%以上且0.15质量%以下、0质量%以上且小于0.1质量%,大于0质量%且0.2质量%以下、0.005质量%以上且0.15质量%以下、0.01质量%以上且0.12质量%以下、或0.015质量%以上且小于0.1质量%。
氧化锆粉末中的氧化铝源的含量是将氧化锆粉末中的铝(Al)换算为Al2O3的质量相对于将氧化锆粉末中的锆(Zr)换算为ZrO2、将钇(Y)换算为Y2O3且将铝(Al)换算为Al2O3的合计质量的质量比例(质量%),根据{Al2O3[g]/(ZrO2+Y2O3+Al2O3)[g]}×100求出。
氧化锆粉末也可以含有着色剂以使作为目标的氧化锆烧结体成为所期望的色调。着色剂是具有对氧化锆进行着色的功能的元素,也可以是具有抑制氧化锆的相变的功能的元素。作为具体的着色剂,可以例示出过渡金属元素和镧系稀土类元素中的至少任一种,优选为选自铁、钴、镍、锰、镨、钕、铕、钆、铽、铒和镱中的一种以上,更优选为选自铁、钴、锰、镨、钕、铽和铒中的一种以上,进一步优选为选自铁、钴和铒中的一种以上。
氧化锆粉末也可以含有氧化铪(HfO2)等不可避免的杂质。可举出作为不可避免的杂质的氧化铪的含量为2.0质量%以下。但是,可举出氧化锆粉末满足氧化镁(MgO)换算后的镁的含量为0质量ppm以上且500质量ppm以下、二氧化硅(SiO2)换算后的硅的含量为0质量ppm以上且500质量ppm以下、以及二氧化钛(TiO2)换算后的钛的含量为0质量ppm以上且500质量ppm以下中的至少任一者,镁、硅及钛的含量分别优选为0质量ppm以上且500质量ppm以下。
氧化锆粉末中,正方晶和立方晶在结晶相中所占的合计比例(以下也称为“T+C相率”)为90%以下,优选为85%以下、80%以下或75%以下。通过满足该范围的T+C相率及后述的平均微晶直径,烧结后得到的氧化锆烧结体的机械强度变高。T+C相率优选为50%以上、55%以上或60%以上。在本实施方式中,在氧化锆粉末的结晶相中所占的T+C相率以外的相可以视为单斜晶。可列举单斜晶在结晶相中所占的比例(以下也称为“M相率”)大于10%、大于15%、大于20%或大于25%,另外,小于50%、小于45%或小于40%。另外,当氧化钇含量变高时,T+C相率也容易变高。
氧化锆粉末中的T+C相率可以通过与正方晶+立方晶率(fT+C)同样的方法求出,M相率可以通过与单斜晶率(fM)同样的方法求出。另外,氧化锆粉末的XRD图案是通过对氧化锆粉末以与氧化锆烧结体的XRD测定同样的条件进行测定而得到的。
氧化锆粉末的BET比表面积为7.5m2/g以上且15m2/g以下。在上述的氧化钇源的含量中,如果BET比表面积小于该范围,则烧结速度变得过慢,另一方面,如果BET比表面积超过该范围,则烧结速度变得过快。无论在哪种情况下,在常压烧结特别是大气烧结中都难以实现致密化。为了在即使应用升温速度快的烧结的情况下也存在促进致密化的倾向,BET比表面积优选为8m2/g以上且15m2/g以下、9m2/g以上且13m2/g以下、或9.5m2/g以上且11m2/g以下。在另一个实施方式中,BET比表面积为9.5m2/g以上或10m2/g以上,另外为12m2/g以下、11m2/g以下或10.5m2/g以下。
在本实施方式中,BET比表面积是根据JIS Z 8830而测定的BET比表面积,可以通过基于吸附气体使用了氮气的载气法的BET1点法来进行测定。作为BET比表面积的具体的测定条件,可以例示出以下的条件。
吸附介质:N2
吸附温度:-196℃
预处理条件:在大气中以250℃处理30分钟
BET比表面积可以使用一般的装置(例如,FlowSorbIII2305,岛津制作所公司制)来测定。
氧化锆粉末的平均微晶直径优选为以上、以上、以上或以上。在除了满足上述的T+C相率以外,还满足该范围的平均微晶直径的氧化锆粉末中,烧结时的晶体颗粒的生长和气孔排除容易高效地进展,即使是常压烧结进而是大气烧结,也可获得具有高透光性和机械强度的氧化锆烧结体。出于同样的理由,平均微晶直径优选为以下、以下、以下或以下。另外,当氧化钇含量变高时,平均微晶直径容易变大。
在本实施方式中,平均微晶直径是根据氧化锆粉末的XRD图案中的正方晶(111)面和立方晶(111)面重叠的XRD峰(以下也称为“主XRD峰”)求出的晶体粒径,是由以下的式子计算出的值。
D=κλ/βcosθ
在上式中,D为平均微晶直径κ为谢乐(Scherrer)常数(κ=1),λ为测定X射线的波长(在以CuKα为射线源的情况下,λ=0.15418nm),β为主XRD峰的半峰宽(°),θ为主XRD峰的布拉格角。另外,β是通过对平滑化处理及背景除去处理后的XRD图案进行基于分割拟Voigt函数的轮廓拟合而得到的主XRD峰的半峰宽的值。可以使用X射线衍射装置附带的解析程序(例如,综合粉末X射线解析软件PDXL Ver.2.2,RIGAKU公司制)等来进行轮廓拟合。
氧化锆粉末的平均粒径优选为0.35μm以上且0.5μm以下,更优选为0.4μm以上且0.45μm以下。
在本实施方式中,平均粒径是通过湿式法而测定出的粉末的体积粒径分布中的D50,可以使用一般的装置(例如,MT3300EXII、Microtrac Bell公司制)进行测定。作为测定试样,可以使用使通过超声波处理等分散处理除去缓慢聚集后的粉末分散到纯水中而成为浆料的试样。基于湿式法的体积粒径分布的测定优选使浆料成为酸性(例如pH=3.0~6.0)来测定。
氧化锆粉末的制造方法是任意的,可以例示出包括将含有氧化锆溶胶及氧化钇源的组合物在950℃以上且1250℃以下进行热处理后,将其粉碎的工序的制造方法。氧化锆溶胶优选为通过水热合成法或水解法中的任一种而得到的氧化锆溶胶,更优选为通过水解法而得到的氧化锆溶胶。上述的热处理温度越高,BET比表面积存在越小的倾向。
由于氧化锆粉末的操作性提高,因此氧化锆粉末也可以是经过颗粒化的粉末(以下也称为“粉末颗粒”)。可以例示出粉末颗粒的粒径为30μm以上且80μm以下。颗粒化只要是使氧化锆粉末成为缓慢聚集的状态的方法即可,可以例示出喷雾造粒等造粒法。
在本实施方式中,粒径是通过干式法而测定出的粉末的体积粒径分布中的D50,可以使用一般的装置(例如,MT3100II,Microtrac Bell公司制)进行测定。作为测定试样,可以不实施超声波处理等分散处理而直接使用缓慢聚集的状态的粉末。
氧化锆粉末优选含有氧化钇含量不同的氧化锆粉末颗粒,更优选含有某一氧化钇含量的氧化锆粉末颗粒和氧化钇含量与该氧化锆粉末颗粒不同的氧化锆粉末颗粒(以下,将氧化锆粉末中氧化钇含量多的氧化锆粉末颗粒也称为“高Y颗粒”,将与高Y颗粒相比氧化钇含量较少的氧化锆粉末颗粒也称为“低Y颗粒”)。由此,即使是烧结温度相对较低的烧结,所得到的氧化锆烧结体的透光性也有变高的倾向。
本实施方式中的“含有氧化钇含量不同的氧化锆粉末颗粒”只要是构成氧化锆粉末的一部分氧化锆粉末颗粒彼此的氧化钇含量不同即可,不需要使构成氧化锆粉末的所有氧化锆粉末颗粒的氧化钇含量相互不同。
在另一个实施方式中,氧化锆粉末优选为含有两种以上的氧化锆粉末颗粒,并且第一氧化锆粉末颗粒的氧化钇含量与第二氧化锆粉末颗粒的氧化钇含量不同。在又一个实施方式中,氧化锆粉末优选为某一氧化钇含量的氧化锆粉末与氧化钇含量与该氧化锆粉末不同的氧化锆粉末的混合粉末。
可以例示出低Y颗粒的氧化钇含量为1.0mol%以上、1.3mol%以上、1.5mo%以上、1.8mol%以上、2.0mol%以上或2.3mol%以上,且为5.0mol%以下、4.5mol%以下、4.2mol%以下、3.5mol%以下或3.2mol%以下。另外,可以例示出高Y颗粒的氧化钇含量为大于5.0mol%、5.2mo%以上、5.5mol%以上或6.0mol%以上,且为10.0mol%以下、9.0mol%以下、8.5mol%以下、8.0mol%以下或7.0mol%以下。
高Y颗粒的氧化钇含量与低Y颗粒的氧化钇含量之差(以下也称为“氧化钇含量差”)优选超过3.0mol%。由此,氧化锆粉末容易满足上述的T+C相率及平均微晶直径。氧化钇含量差优选为3.3mol%以上、3.5mol%以上、4.0mol%以上或4.3mol%以上。可以例示出氧化钇含量差为7.5mol%以下、7.0mol%以下或6.5mol%以下。为了使通过大气气氛下的烧结而得到的氧化锆烧结体的透光性及机械强度有变高的倾向,氧化钇含量差优选为3.8mol%以上且6.5mol%以下。
在本实施方式中,氧化钇含量差可以通过氧化锆粉末的STEM-EDS来测定。在另一个实施方式中,在氧化锆粉末的制造方法已知的情况下,可以根据制造所使用的各前体粉末的氧化钇含量的差来求出。
氧化锆粉末的STEM-EDS测定是在TEM观察图中,向没有氧化锆粉末颗粒彼此的重叠而观察到的粉末颗粒照射电子束,得到各氧化锆粉末颗粒的EDS谱。对于所得到的EDS谱,可以根据钇的峰强度相对于钇的峰强度和锆的峰强度的合计的比来测定各粉末颗粒的氧化钇含量(=Y2O3/(ZrO2+Y2O3)∶mol%)。
在STEM-EDS测定中,只要得到足够数量的氧化锆粉末颗粒(例如,10个以上,优选为30±5个)的氧化钇浓度,并以其最大值与最小值之差作为氧化钇浓度差即可。
在本实施方式中,可以例示出STEM-EDS测定通过市售的装置(例如,TEM:JEM-2100F,日本电子公司制,EDS:JED-2300T,日本电子公司制)来进行。
优选地,可以例示出低Y颗粒的T+C相率为0%以上或1%以上,且为50%以下、40%以下、20%以下或10%以下,另外,可举出高Y颗粒的T+C相率为大于50%、70%以上或90%以上、且为100%以下。
含有氧化钇含量不同的氧化锆粉末颗粒的氧化锆粉末的制造方法是任意的,优选为混合氧化钇含量不同的两种以上的氧化锆粉末(以下,也分别称为“前体粉末”),以成为供于本实施方式的制造方法的氧化锆粉末的物性。由此,可得到由混合粉末构成的氧化锆粉末。混合方法只要是使前体粉末充分混合的方法即可,可以例示出干式混合和湿式混合中的至少任一种,优选为湿式混合,更优选为在水溶剂中进行混合。
前体粉末的混合比例只要根据前体粉末及作为目标的氧化锆粉末的氧化钇含量适当调整即可,可举出1质量%∶99质量%至99质量%∶1质量%、20质量%∶80质量%至80质量%∶20质量%、或35质量%∶65质量%至65质量%∶35质量%。另外,氧化锆粉末只要是两种前体粉末的混合粉末即可,但也可以是3种以上的前体粉末的混合粉末。
从使氧化锆粉末的物性均匀的观点出发,前体粉末优选分别具有与作为目标的氧化锆粉末相同程度的BET比表面积和平均粒径,只要具有上述的氧化锆粉末的BET比表面积和平均粒径的值即可。优选地,与低氧化钇粉末相比,高氧化钇粉末的BET比表面积较大(例如,BET比表面积差为0.5m2/g以上且2.0m2/g以下)。
成形体可以包含粘合剂。通过包含粘合剂,成形体的保形性变高。成形体所包含的粘合剂可以使用陶瓷的成形所使用的公知的粘合剂,优选为有机粘合剂。作为有机粘合剂,为选自聚乙烯醇、聚乙烯醇缩丁醛、蜡及丙烯酸系树脂中的一种以上,优选为聚乙烯醇及丙烯酸系树脂中的一种以上,更优选为丙烯酸系树脂。在本实施方式中,丙烯酸系树脂是含有丙烯酸酯及甲基丙烯酸酯中的至少任一种的聚合物。作为具体的丙烯酸系树脂,可以例示出选自聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、丙烯酸共聚物和甲基丙烯酸共聚物中的一种以上、以及它们的衍生物。
供于本实施方式的制造方法的成形体的形状是任意的。作为成形体的形状,可以例示出选自立方体状、长方体状、多面体状、柱状、圆柱状、圆板状及大致球状中的至少一种,在考虑到由烧结引起的热收缩的基础上,可以例示出与牙科修复件形状等作为目标的氧化锆烧结体同样的形状。
可以例示出成形体的相对密度为45%以上且55%以下,优选为48%以上且52%以下。
成形体的相对密度是实测密度相对于理论密度的比例。这可以使用通过由质量测定得到的质量除以根据由尺寸测定得到的尺寸求出的体积而求出的密度作为实测密度(g/cm3),并通过与氧化锆烧结体同样的方法来测定。
供于本实施方式的制造方法的成形体的制造方法是任意的,可以应用公知的陶瓷的成形方法。作为成形方法,例如可以例示出选自单轴压制、冷等静压、滑移浇铸和注塑成形中的一种以上。为了简便,成形方法优选为单轴压制和冷等静压中的至少任一种,更优选为在单轴压制后进行冷等静压。由此,得到成形体即保持氧化锆粉末物理性聚集后的形状的压粉体。单轴压制的压力可以例示为15MPa以上且150MPa以下,冷等静压的压力可以例示为90MPa以上且400MPa以下,成形中的压力越高则所得到的成形体的密度越容易变高。通过这种制造方法得到的成形体也能够看作含有氧化锆粉末的压粉体。
在成形体含有粘合材料的情况下,可以具有在烧结之前除去粘合剂的工序,即所谓的脱粘结剂工序。粘合剂的除去方法是任意的,可以例示出大气中低于400~900℃的热处理。
在对上述的成形体进行烧结的工序(以下也称为“烧结工序”)中,该成形体也可以是具有烧结初期的结构的成形体,即所谓的煅烧体。作为烧结初期的结构,例如可举出氧化锆颗粒彼此形成了缩颈的结构,煅烧体可以由氧化锆的熔接颗粒构成。煅烧体可以通过CAD/CAM等加工而形成为任意的形状,由此容易得到任意形状的氧化锆烧结体。
煅烧条件可举出低于氧化锆的烧结温度的温度下的热处理,例如大气气氛、900℃以上且低于1200℃、0.5小时以上且10小时以下,优选为大气气氛、1000℃以上且1150℃以下、1小时以上且10小时以下。
煅烧体通过将氧化锆粉末成形而制成压粉体,并对其进行热处理而得到。由于BET比表面积、T+C相率及微晶直径等因热处理而发生变化,因此成形体(压粉体)与煅烧体的物性不一致的情况较多。作为煅烧体,例如可举出含有氧化钇源及氧化锆、氧化钇源的含量为4.5mol%以上且6.5mol%以下、余量为氧化锆的煅烧体,进一步可举出氧化钇源的含量为4.5mol%以上且6.5mol%以下、余量为氧化锆、由熔接颗粒构成的煅烧体。
通过本实施方式的制造方法得到的煅烧体例如可举出在能量色散谱的元素的定量分析中的钇浓度的分布的频度的最大值(以下也称为“最大频度”)为小于30%、28%以下或15%以下。另外,可以例示出最大频度为8%以上或10%以上。
另外,可以例示出煅烧体的在能量色散谱的元素的定量分析中的氧化钇浓度的最大值及最小值之差为大于3.0mol%、3.3mol%以上、3.5mol%以上、4.0mol%以上或4.3mol%以上,另外为7.5mol%以下、7.0mol%以下或6.5mol%以下。
能量色散谱(以下也称为“EDS谱”)的元素的定量分析只要针对煅烧体的扫描型电子显微镜(以下也称为“SEM”)观察图得到EDS谱,并将所得到的EDS谱的锆(Zr)和钇(Y)的特性X射线的强度进行定量即可。EDS谱的定量可以在SEM观察图中对40,000点以上(优选为50,000±10,000点)进行测定。钇浓度可以作为钇的强度相对于锆的强度的比例(以下,也称为“Y/Zr比”)求出。钇浓度分布是将一定的钇浓度划分为浓度范围来表示的钇浓度分布,可以是作为Y/Zr比划分为每0.5原子数%的浓度范围来表示的钇浓度分布。频度是与各钇浓度对应的测定点数相对于EDS谱的定量中的合计测定点数的比例(%)。
烧结工序中的烧结可以应用公知烧结方法作为烧结方法,例如选自常压烧结、加压烧结及真空烧结中的一种以上。但是,为了广泛应用于牙科修复件的制造,烧结方法优选为常压烧结,更优选为仅为常压烧结,即不使用加压烧结或真空烧结的烧结方法。即使烧结方法仅为常压烧结,也可以从供于本实施方式的制造方法的成形体,作为所谓的常压烧结体而得到本实施方式的氧化锆烧结体。在本实施方式中,所谓“常压烧结”,是指在烧结时对被烧结物(成形体或煅烧体等)不施加外力而通过加热来进行烧结的方法。
作为烧结条件,可以例示出以下的条件。烧结温度为1200℃以上且1600℃以下,优选为1300℃以上且1580℃以下、1400℃以上且1560℃以下、或1430℃以上且1560℃以下。在另一个实施方式中,烧结温度为1450℃以上且1650℃以下,优选为1500℃以上且1650℃以下、或1550℃以上且1650℃以下。到烧结温度为止的升温速度可举出50℃/小时以上且800℃/小时以下,优选为100℃/小时以上且800℃/小时以下、150℃/小时以上且800℃/小时以下、或150℃/小时以上且700℃/小时以下。烧结温度下的保持时间(以下也称为“烧结时间”)根据烧结温度而不同,为1小时以上且5小时以下、1小时以上且3小时以下、或1小时以上且2小时以下。烧结气氛优选为还原性气氛以外的气氛,更优选为氧气氛或大气气氛中的至少任一种。氧气氛下的烧结容易促进气孔排除,所得到的氧化锆烧结体的直线透过率有时会变得过高。因此,烧结气氛更优选为大气气氛。所谓大气气氛,可以例示出主要由氮和氧组成、并且氧浓度为18~23体积%左右的气氛。
【实施例】
以下,通过实施例对本实施方式具体地进行说明。然而,本实施方式并不限定于这些实施例。
(XRD测定)
粉末试样和烧结体试样的XRD图案通过基于以下条件的XRD测定而得到。
射线源:CuKα射线(λ=0.15418nm)
测定模式:连续扫描
扫描速度:4°/分钟
步宽:0.02°
测定范围:2θ=26°~33°
XRD测定使用一般的X射线衍射装置(装置名:MiniFlex,RIGAKU公司制)。使用装置附带的解析程序(软件名:综合粉末X射线解析软件PDXL Ver.2.2,RIGAKU公司制)。对所得到的XRD图案进行平滑化处理和背景处理后,通过利用分割拟Voigt函数的轮廓拟合来解析XRD图案。另外,由于氧化锆粉末的平均微晶直径小,其计算中的XRD装置的机械扩展的影响微小,因此不进行机械扩展的修正而求出β值。
(组分分析)
试样的组分通过ICP分析来测定。
(BET比表面积)
使用氮气作为吸附气体,通过流动式比表面积自动测定装置(装置名:FlorSorbIII2305,岛津制作所制)来测定粉末试样的BET比表面积。在BET比表面积的测定之前,粉末试样在空气中以250℃进行30分钟脱气处理。
(平均粒径)
粉末试样的平均粒径使用Microtrac粒度分布计(装置名:MT3300EXII,MicrotracBell公司制)来测定。
作为预处理,使试样粉末悬浮于蒸馏水而制成浆料后,使用超声波均质机(装置名:US-150T,日本精机制作所制)对其进行3分钟分散处理。
(平均晶体粒径)
氧化锆烧结体的平均晶体粒径通过使用SEM观察图的平面测量法而求出。使用将表面粗糙度为Ra≤0.02μm的氧化锆烧结体在空气中以比烧结温度低50℃的温度进行处理所得到的试样作为测定试样,并以可观察到200个左右的晶体颗粒的倍率(5000~10000倍)进行SEM观察。
在所得到的SEM观察图中描绘面积已知的圆,测量该圆内的晶体颗粒数(Nc)及该圆的圆周上的晶体颗粒数(Ni),并使合计的晶体颗粒数(Nc+Ni)达到250±50个,然后使用以下的式子求出平均晶体粒径。
平均晶体粒径=2/{(Nc+(1/2)×Ni)/(A/M2)}0.5
(相对密度)
烧结体试样的相对密度作为实测密度相对于理论密度的比例(%)而求出。实测密度通过以阿基米德法测定出的体积相对于使用电子天平测定出的质量的比例(g/cm3)而求出。理论密度根据上述的式(1)~(4)求出。
(光透过率和直线透过率)
光透过率(全光线透过率)及直线透过率利用雾度仪(装置名:NDH4000,日本电色公司制),使用D65光源,通过依照JIS K 7361-1的方法来测定。
测定试样使用进行双面研磨以使表面粗糙度成为Ra≤0.02μm的、厚度为1mm的圆板状的烧结体。
(PT/TT比)
使用试样厚度为1mm且两面的表面粗糙度为Ra≤0.02μm的圆板状的氧化锆烧结体作为测定试样,并使用一般的UV-VIS分光光度计(例如,分光光度计V-650,日本分光公司制)作为测定装置,来进行PT/TT比的测定。测定条件如下所示。
测定方法:UV-VIS分光光度测定
测定方式:双光束方式
光源:卤素灯
测定波长范围:400nm~700nm
波长步长:0.5nm
(三点弯曲强度)
通过依照JIS R1601的方法来测定三点弯曲强度。测定进行10次,求出其平均值。测定针对宽度为4mm、厚度为3mm的柱形状的烧结体试样进行,并设为支点间距离30mm来实施。十字头速度设为0.5mm/min。
实施例1
将对氧氯化锆水溶液进行水解反应而得到的水合氧化锆溶胶与氧化钇进行混合及干燥后,在大气中以1160℃进行2小时的热处理,由此得到氧化钇含量为2.5mol%的含有氧化钇的氧化锆粉末。将所得到的含有氧化钇的氧化锆粉末、平均粒径为0.3μm的α-氧化铝、以及纯水混合,制成含有氧化锆粉末(前体粉末1)的浆料,该氧化锆粉末(前体粉末1)含有0.05质量%的氧化铝并且氧化钇含量为2.5mol%。所得到的氧化锆粉末(前体粉末1)的T+C相率为18%,平均微晶直径为BET比表面积为10.0m2/g。
另外,除了将氧化钇含量设为8.5mol%以外通过同样的方法,得到含有氧化锆粉末(前体粉末2)的浆料,该氧化锆粉末(前体粉末2)含有0.05质量%的氧化铝并且氧化钇含量为8.5mol%。所得到的氧化锆粉末(前体粉末2)的T+C相率为100%,平均微晶直径为BET比表面积为11.3m2/g。
前体粉末1的浆料与前体粉末2的浆料之间的氧化钇含量差为6.0mol%。将两种浆料混合以使氧化钇含量成为5.2mol%,然后进行干燥,得到含有0.05质量%的氧化铝并且氧化钇含量为5.2mol%的氧化锆粉末。
将氧化锆粉末以19.6MPa的压力进行单轴加压压制成形且以压力196MPa进行CIP处理而得到成形体。
将所得到的成形体在大气气氛下以1000℃进行1小时的煅烧,得到煅烧体。所得到的煅烧体的最大频度为12%,氧化钇浓度的最大值与最小值之差为5.5mol%。然后,在大气气氛下,以升温速度600℃/小时、烧结温度1450℃烧结2小时,得到本实施例的氧化锆烧结体。
实施例2
除了将氧化钇混合以使氧化钇含量成为2.0mol%以外,通过与实施例1的前体粉末1同样的方法,制成含有氧化锆粉末(前体粉末1)的浆料,该氧化锆粉末(前体粉末1)含有0.05质量%的氧化铝并且氧化钇含量为2.0mol%。所得到的氧化锆粉末(前体粉末1)的T+C相率为4%,平均微晶直径为BET比表面积为8.6m2/g。
除了将氧化钇混合以使氧化钇含量成为6.5mol%以外,通过与实施例1的前体粉末2同样的方法,制成含有氧化锆粉末(前体粉末2)的浆料,氧化锆粉末(前体粉末2)含有0.05质量%的氧化铝并且氧化钇含量为6.5mol%。所得到的氧化锆粉末(前体粉末2)的T+C相率为100%,平均微晶直径为BET比表面积为10.3m2/g。
前体粉末1的浆料与前体粉末2的浆料之间的氧化钇含量差为4.5mol%。将两种浆料混合以使氧化钇含量成为5.2mol%,然后进行干燥,得到含有0.05质量%的氧化铝并且氧化钇含量为5.2mol%的氧化锆粉末。
除了使用所得到的氧化锆粉末以外,以与实施例1同样的方法进行成形、煅烧及烧结,得到本实施例的氧化锆烧结体。
实施例3
除了将氧化钇混合以使氧化钇含量成为1.5mol%以外,通过与实施例1的前体粉末1同样的方法,制成含有氧化锆粉末(前体粉末1)的浆料,该氧化锆粉末(前体粉末1)含有0.05质量%的氧化铝并且氧化钇含量为1.5mol%。所得到的氧化锆粉末(前体粉末1)的T+C相率为0%,BET比表面积为7.9m2/g。
通过与实施例1的前体粉末2同样的方法,得到含有氧化锆粉末(前体粉末2)的浆料,该氧化锆粉末(前体粉末2)含有0.05质量%的氧化铝并且氧化钇含量为8.5mol%。
前体粉末1的浆料与前体粉末2的浆料之间的氧化钇含量差为7.0mol%。将两种浆料混合以使氧化钇含量成为5.2mol%,然后进行干燥,得到含有0.05质量%的氧化铝并且氧化钇含量为5.2mol%的氧化锆粉末。
除了使用所得到的氧化锆粉末以外,以与实施例1同样的方法进行成形、煅烧及烧结,得到本实施例的氧化锆烧结体。
实施例4
除了将氧化钇混合以使氧化钇含量成为1.5mol%、以及在大气中以1130℃进行2小时的热处理以外,通过与实施例1的前体粉末1同样的方法,制成含有氧化锆粉末(前体粉末1)的浆料,该氧化锆粉末(前体粉末1)含有0.05质量%的氧化铝并且氧化钇含量为1.5mol%。所得到的氧化锆粉末的T+C相率为0%,BET比表面积为11.4m2/g。
除了将氧化钇混合以使氧化钇含量成为5.5mol%以外,通过与实施例1的前体粉末2同样的方法,制成含有氧化锆粉末(前体粉末2)的浆料,该氧化锆粉末(前体粉末2)含有0.05质量%的氧化铝并且氧化钇含量为5.5mol%。所得到的氧化锆粉末的T+C相率为97%,平均微晶直径为BET比表面积为10.0m2/g。
前体粉末1的浆料与前体粉末2的浆料之间的氧化钇含量差为4.0mol%。将两种浆料混合以使氧化钇含量成为5.2mol%,然后进行干燥,得到含有0.05质量%的氧化铝并且氧化钇含量为5.2mol%的氧化锆粉末。
除了使用所得到的氧化锆粉末以外,以与实施例1同样的方法进行成形、煅烧及烧结,得到本实施例的氧化锆烧结体。所得到的煅烧体的最大频度为26%,氧化钇浓度的最大值与最小值之差为3.3mol%。
实施例5
除了将氧化钇混合以使氧化钇含量成为3.0mol%以外,通过与实施例1的前体粉末1同样的方法,制成含有氧化锆粉末(前体粉末1)的浆料,该氧化锆粉末(前体粉末1)含有0.05质量%的氧化铝并且氧化钇含量为3.0mol%。所得到的氧化锆粉末的T+C相率为42%,平均微晶直径为BET比表面积为9.5m2/g。
除了将氧化钇混合以使氧化钇含量成为6.5mol%以外,通过与实施例1的前体粉末2同样的方法,制成含有氧化锆粉末(前体粉末2)的浆料,该氧化锆粉末(前体粉末2)含有0.05质量%的氧化铝并且氧化钇含量为6.5mol%。所得到的氧化锆粉末的T+C相率为100%,平均微晶直径为BET比表面积为10.3m2/g。
前体粉末1的浆料与前体粉末2的浆料之间的氧化钇含量差为3.5mol%。将两种浆料混合以使氧化钇含量成为5.2mol%,然后进行干燥,得到含有0.05质量%的氧化铝并且氧化钇含量为5.2mol%的氧化锆粉末。
除了使用所得到的氧化锆粉末以外,以与实施例1同样的方法进行成形、煅烧及烧结,得到本实施例的氧化锆烧结体。
实施例6
除了将氧化钇混合以使氧化钇含量成为2.5mol%以外,通过与实施例1的前体粉末1同样的方法,制成含有氧化锆粉末(前体粉末1)的浆料,该氧化锆粉末(前体粉末1)含有0.05质量%的氧化铝并且氧化钇含量为2.5mol%。所得到的氧化锆粉末(前体粉末1)的BET比表面积为9.1m2/g。
除了将氧化钇混合以使氧化钇含量成为8.5mol%以外,通过与实施例1的前体粉末2同样的方法,制成含有氧化锆粉末(前体粉末2)的浆料,该氧化锆粉末(前体粉末2)含有0.05质量%的氧化铝并且氧化钇含量为8.5mol%。所得到的氧化锆粉末的BET比表面积为11.3m2/g。
前体粉末1的浆料与前体粉末2的浆料之间的氧化钇含量差为6.0mol%。将两种浆料混合以使氧化钇含量成为5.5mol%,然后进行干燥,得到含有0.05质量%的氧化铝并且氧化钇含量为5.5mol%的氧化锆粉末。
除了使用所得到的氧化锆粉末以外,以与实施例1同样的方法进行成形、煅烧及烧结,得到本实施例的氧化锆烧结体。
实施例7
除了将氧化钇混合以使氧化钇含量成为2.5mol%、以及在大气中以1160℃进行2小时的热处理以外,通过与实施例1的前体粉末1同样的方法,制成含有氧化锆粉末(前体粉末1)的浆料,该氧化锆粉末(前体粉末1)含有0.05质量%的氧化铝并且氧化钇含量为2.5mol%。所得到的氧化锆粉末的BET比表面积为10.0m2/g。
除了将氧化钇混合以使氧化钇含量成为8.5mol%以外,通过与实施例1的前体粉末2同样的方法,制成含有氧化锆粉末(前体粉末2)的浆料,该氧化锆粉末(前体粉末2)含有0.05质量%的氧化铝并且氧化钇含量为8.5mol%。所得到的氧化锆粉末的BET比表面积为11.3m2/g。
前体粉末1的浆料与前体粉末2的浆料之间的氧化钇含量差为6.0mol%。将两种浆料混合以使氧化钇含量成为5.5mol%,然后进行干燥,得到含有0.05质量%的氧化铝,并且氧化钇含量为5.5mol%的氧化锆粉末。
除了使用所得到的氧化锆粉末以外,以与实施例1同样的方法进行成形、煅烧及烧结,得到本实施例的氧化锆烧结体。
实施例8
除了将氧化钇混合以使氧化钇含量成为1.5mol%、以及在大气中以1150℃进行2小时的热处理以外,通过与实施例1的前体粉末1同样的方法,制成含有氧化锆粉末(前体粉末1)的浆料,该氧化锆粉末(前体粉末1)含有0.05质量%的氧化铝,并且氧化钇含量为1.5mol%。所得到的氧化锆粉末的T+C相率为0%,BET比表面积为10.7m2/g。另外,以与实施例4同样的方法得到含有前体粉末2的浆料。
前体粉末1的浆料与前体粉末2的浆料之间的氧化钇含量差为4.0mol%。将两种浆料混合以使氧化钇含量成为4.8mol%,然后进行干燥,得到含有0.05质量%的氧化铝并且氧化钇含量为4.8mol%的氧化锆粉末。
除了使用所得到的氧化锆粉末以外,以与实施例1同样的方法进行成形、煅烧及烧结,得到本实施例的氧化锆烧结体。
实施例9
除了将前体粉末1的浆料与前体粉末2的浆料混合以使氧化钇含量成为5.0mol%以外,以与实施例8同样的方法,得到含有0.05质量%的氧化铝并且氧化钇含量为5.0mol%的氧化锆粉末。
除了使用所得到的氧化锆粉末以外,以与实施例1同样的方法进行成形、煅烧及烧结,得到本实施例的氧化锆烧结体。
实施例10
除了将前体粉末1的浆料与前体粉末2的浆料混合以使氧化钇含量成为5.8mol%以外,以与实施例1同样的方法,得到含有0.05质量%的氧化铝并且氧化钇含量为5.8mol%的氧化锆粉末。
除了使用所得到的氧化锆粉末以外,以与实施例1同样的方法进行成形、煅烧及烧结,得到本实施例的氧化锆烧结体。
实施例11
除了在大气中以1140℃进行2小时的热处理、以及不使用氧化铝以外,通过与实施例1的前体粉末1同样的方法,制成含有氧化锆粉末(前体粉末1)的浆料,该氧化锆粉末(前体粉末1)的氧化钇含量为2.5mol%。所得到的氧化锆粉末(前体粉末1)的T+C相率为17%,BET比表面积为11.1m2/g。
通过与实施例1的前体粉末2同样的方法,得到含有氧化锆粉末(前体粉末2)的浆料,该氧化锆粉末(前体粉末2)含有0.05质量%的氧化铝并且氧化钇含量为8.5mol%。
以与实施例1同样的方法,将前体粉末1的浆料与前体粉末2的浆料混合,得到含有0.023质量%的氧化铝并且氧化钇含量为5.2mol%的氧化锆粉末。
除了使用所得到的氧化锆粉末以外,以与实施例1同样的方法进行成形、煅烧及烧结,得到本实施例的氧化锆烧结体。
实施例12
除了将氧化钇混合以使氧化钇含量成为2.0mol%、在大气中以1160℃进行2小时的热处理、以及不使用氧化铝以外,通过与实施例1的前体粉末1同样的方法,制成含有氧化锆粉末(前体粉末1)的浆料,该氧化锆粉末(前体粉末1)的氧化钇含量为2.0mol%。所得到的氧化锆粉末(前体粉末1)的T+C相率为5%,BET比表面积为10.2m2/g。
除了在大气中以1130℃进行2小时的热处理、以及不使用氧化铝以外,通过与实施例1的前体粉末2同样的方法,制成含有氧化锆粉末(前体粉末2)的浆料,该氧化锆粉末(前体粉末2)的氧化钇含量为8.5mol%。所得到的氧化锆粉末(前体粉末2)的BET比表面积为12.4m2/g。
前体粉末1的浆料与前体粉末2的浆料之间的氧化钇含量差为6.5mol%。以与实施例1同样的方法,将前体粉末1的浆料与前体粉末2的浆料混合,得到不含氧化铝(氧化铝含量为0质量%)并且氧化钇含量为5.2mol%的氧化锆粉末。
除了使用所得到的氧化锆粉末以外,以与实施例1同样的方法进行成形、煅烧及烧结,得到本实施例的氧化锆烧结体。
比较例1
除了将氧化钇混合以使氧化钇含量成为2.0mol%以外,通过与实施例1的前体粉末1同样的方法,制成含有氧化锆粉末(前体粉末1)的浆料,该氧化锆粉末(前体粉末1)含有0.05质量%的氧化铝并且氧化钇含量为2.0mol%。所得到的氧化锆粉末的T+C相率为5%,平均微晶直径为BET比表面积为13.6m2/g。
除了将氧化钇混合以使氧化钇含量成为5.5mol%以外,通过与实施例1的前体粉末2同样的方法,制成含有氧化锆粉末(前体粉末2)的浆料,该氧化锆粉末(前体粉末2)含有0.05质量%的氧化铝并且氧化钇含量为5.5mol%。所得到的氧化锆粉末的T+C相率为97%,平均微晶直径为BET比表面积为10.0m2/g。
前体粉末1的浆料与前体粉末2的浆料之间的氧化钇含量差为3.5mol%。将两种浆料混合以使氧化钇含量成为5.2mol%,然后进行干燥,得到含有0.05质量%的氧化铝并且氧化钇含量为5.2mol%的氧化锆粉末。
除了使用所得到的氧化锆粉末以外,以与实施例1同样的方法进行成形、煅烧及烧结,得到比较例的氧化锆烧结体。
比较例2
除了将氧化钇混合以使氧化钇含量成为3.0mol%以外,通过与实施例1的前体粉末1同样的方法,制成含有氧化锆粉末(前体粉末1)的浆料,该氧化锆粉末(前体粉末1)含有0.05质量%的氧化铝并且氧化钇含量为3.0mol%。所得到的氧化锆粉末的T+C相率为42%,平均微晶直径为BET比表面积为9.5m2/g。
除了将氧化钇混合以使氧化钇含量成为5.5mol%以外,通过与实施例1的前体粉末2同样的方法,制成含有氧化锆粉末(前体粉末2)的浆料,该氧化锆粉末(前体粉末2)含有0.05质量%的氧化铝并且氧化钇含量为5.5mol%。所得到的氧化锆粉末的T+C相率为97%,平均微晶直径为BET比表面积为10.0m2/g。
前体粉末1的浆料与前体粉末2的浆料之间的氧化钇含量差为2.5mol%。将两种浆料混合以使氧化钇含量成为5.2mol%,然后进行干燥,得到含有0.05质量%的氧化铝并且氧化钇含量为5.2mol%的氧化锆粉末。
除了使用所得到的氧化锆粉末以外,以与实施例1同样的方法进行成形、煅烧及烧结,得到比较例的氧化锆烧结体。
比较例3
除了将氧化钇混合以使氧化钇含量成为5.2mol%以外,通过与实施例1的前体粉末1同样的方法,制成含有氧化锆粉末的浆料,氧化锆粉末含有0.05质量%的氧化铝并且氧化钇含量为5.2mol%。
将所得到的浆料干燥,得到含有0.05质量%氧化铝并且氧化钇含量为5.2mol%的氧化锆粉末。
除了使用所得到的氧化锆粉末以外,以与实施例1同样的方法进行成形、煅烧及烧结,得到比较例的氧化锆烧结体。所得到的煅烧体的最大频度为30%,氧化钇浓度的最大值与最小值之差为2.2mol%。
比较例4
除了将氧化钇混合以使氧化钇含量成为5.5mol%以外,通过与实施例1的前体粉末1同样的方法,制成含有氧化锆粉末的浆料,氧化锆粉末含有0.05质量%的氧化铝并且氧化钇含量为5.5mol%。
将所得到的浆料干燥,得到含有0.05质量%氧化铝并且氧化钇含量为5.5mol%的氧化锆粉末。
除了使用所得到的氧化锆粉末以外,以与实施例1同样的方法进行成形、煅烧及烧结,得到比较例的氧化锆烧结体。
比较例5
以依照专利文献2的实施例14的方法得到氧化锆烧结体。即,除了将氧化钇混合以使氧化钇含量成为3.0mol%以外,通过与实施例1的前体粉末1同样的方法,制成含有氧化锆粉末(前体粉末1)的浆料,该氧化锆粉末(前体粉末1)含有0.05质量%的氧化铝并且氧化钇含量为3.0mol%。所得到的氧化锆粉末的BET比表面积为13.0m2/g。
另外,除了将氧化钇混合以使氧化钇含量成为5.5mol%以外,通过与实施例1的前体粉末2同样的方法,制成含有氧化锆粉末(前体粉末2)的浆料,该氧化锆粉末(前体粉末2)含有0.05质量%的氧化铝并且氧化钇含量为5.5mol%。所得到的氧化锆粉末的T+C相率为97%,平均微晶直径为BET比表面积为10.0m2/g。
前体粉末1的浆料与前体粉末2的浆料之间的氧化钇含量差为2.5mol%。将两种浆料混合以使氧化钇含量成为4.5mol%,然后进行干燥,得到含有0.05质量%的氧化铝并且氧化钇含量为4.5mol%的氧化锆粉末。
除了使用所得到的氧化锆粉末以外,以与实施例1同样的方法进行成形、煅烧及烧结,得到比较例的氧化锆烧结体。
比较例6
以依照专利文献3的实施例40的方法得到成形体。即,分别混合含有3.0mol%或6.0mol%的氧化钇的市售的氧化锆粉末,得到由氧化钇含量为4.2mol%的氧化锆构成的粉末。
除了使用所得到的氧化锆粉末、以及将烧结温度设为1500℃以外,以与实施例1同样的方法得到本比较例的氧化锆烧结体。
比较例7
以依照专利文献3的实施例42的方法得到成形体。即,分别将含有4.0mol%、5.0mol%或6.0mol%的氧化钇的市售的氧化锆粉末、氧化铝粉末和氧化镁粉末混合,得到含有0.2质量%的氧化铝、0.2质量%的氧化镁,并且余量由氧化钇含量为5.5mol%的氧化锆构成的粉末。
除了使用所得到的粉末以外,以与比较例6同样的方法得到本比较例的氧化锆烧结体。
将实施例及比较例的氧化锆粉末的评价结果示于表1,并将氧化锆烧结体的评价结果示于表2。
【表1】
表中“-”表示未测定。
【表2】
表中“-”表示末测定。
由实施例及比较例可以确认,即使是大气气氛下的常压烧结,也能够从实施例的氧化锆粉末得到光透过率大于47%、PT/TT比为1.0以下、并且三点弯曲强度大于700MPa的氧化锆烧结体。另一方面,可以确认,在T+C相率或平均微晶直径中的任一个处于本实施方式的范围外的情况下,三点弯曲强度低,而且透明性变高。而且,由比较例1及2可以确认,仅通过将氧化钇含量不同的前体粉末混合,不能得到本实施方式的氧化锆烧结体。另外,由比较例5可以确认,在减小氧化钇含量的情况下,仅通过将氧化钇含量不同的前体粉末混合,透光性不充分,不能得到本实施方式的氧化锆烧结体。而且,可以确认,比较例6及7是在专利文献3中,将通过氧气氛下的烧结而显示出高透光性的烧结体在大气气氛下进行烧结所得的烧结体,与实施例相比,光透过率较低。
另外,可以确认,在从单一的氧化锆粉末得到的比较例3~4中,三点弯曲强度均小于700MPa。
图1示出了实施例1的氧化锆烧结体的表面的SEM照片。可以确认,实施例1的氧化锆烧结体包含长径为1.0~1.7μm的粗大的晶体颗粒和长径为0.1~0.4μm的微细的晶体颗粒。如图1的圆部所示,可以确认该氧化锆烧结体具有多个微细的晶体颗粒与粗大的晶体颗粒形成了晶界的结构。
图2示出了实施例和比较例的、氧化钇浓度为3~4mol%的晶体颗粒在晶体颗粒中所占的个数比例与三点弯曲强度之间的关系的图表。由图2可以明确,该比例超过10%,三点弯曲强度为700MPa以上,该比例为25%以上,三点弯曲强度为820MPa以上。
另外,从单一的氧化锆粉末得到的比较例3的氧化锆烧结体的晶体颗粒间浓度差为2.65mol%和小于3mol%,相对于此,三点弯曲强度为800MPa以上的实施例1~4的氧化锆烧结体的晶体颗粒间浓度差为3.55mol%、4.17mol%、4.77mol%、以及3.24mol%,均为3mol%以上。另外,将以与实施例1同样的方法得到的氧化锆粉末在1550℃下进行烧结而得到的氧化锆烧结体的晶体颗粒间浓度差为3.14mol%,在实施例1的氧化锆粉末中,可以确认通过烧结温度的高温度化,晶体颗粒间浓度差变小。
而且,对于代表性的实施例及比较例,对三点弯曲强度测定后的试样测定了单斜晶频度。将结果示于下表。
【表3】
可以确认,三点弯曲强度为800MPa以上的实施例的单斜晶频度均为40%以上,另外,当单斜晶频度变高时,三点弯曲强度有变高的倾向。
实施例13
除了使用以与实施例2同样的方法得到的氧化锆粉末、以及将烧结温度设为1550℃以外,以与实施例1同样的方法得到本实施例的氧化锆烧结体。
实施例14
除了使用以与实施例4同样的方法得到的氧化锆粉末以外,以与实施例13同样的方法得到本实施例的氧化锆烧结体。
实施例15
除了使用以与实施例5同样的方法得到的氧化锆粉末以外,以与实施例13同样的方法得到本实施例的氧化锆烧结体。
实施例16
除了使用以与实施例8同样的方法得到的氧化锆粉末以外,以与实施例13同样的方法得到本实施例的氧化锆烧结体。
实施例17
除了使用以与实施例9同样的方法得到的氧化锆粉末以外,以与实施例13同样的方法得到本实施例的氧化锆烧结体。
比较例8
除了使用以与比较例1同样的方法得到的氧化锆粉末以外,以与实施例13同样的方法得到本比较例的氧化锆烧结体。
比较例9
除了使用以与比较例2同样的方法得到的氧化锆粉末以外,以与实施例13同样的方法得到本比较例的氧化锆烧结体。
比较例10
除了使用以与比较例3同样的方法得到的氧化锆粉末以外,以与实施例13同样的方法得到本比较例的氧化锆烧结体。
将结果示于下表。
【表4】
表中“-”表示末测定。
根据比较例3及10的对比可以确认,现有的氧化锆粉末伴随烧结温度的上升而产生平均晶体粒径的粗大化,并且随之产生光透过率的提高。与此相对,对于实施例的氧化锆烧结体,可以确认即使平均晶体粒径由于烧结温度的上升而粗大化,光透过率也有降低的倾向。由此可以确认,就本实施方式的氧化锆粉末而言,与烧结温度1550℃下的常压烧结相比,烧结温度1450℃下的常压烧结更能够得到透光性和机械强度高的氧化锆烧结体。
将2019年10月8日提出申请的日本专利申请2019-185075的说明书、权利要求书、附图和摘要的全部内容引用于此,并作为本公开的说明书的公开内容而导入。
Claims (13)
1.一种氧化锆烧结体,其特征在于,
所述氧化锆烧结体含有氧化钇及氧化锆,氧化钇含量为4.5mol%以上且6.5mol%以下,余量为氧化锆,试样厚度为1mm且根据JIS K 7361-1而测定的全光线透过率为46.5%以上,三点弯曲强度为700MPa以上,试样厚度为1mm且测定波长为400~700nm下的直线透过率的累计值相对于全光线透过率的累计值的比为1.3%以下。
2.根据权利要求1所述的氧化锆烧结体,其中,
所述氧化锆烧结体含有氧化铝。
3.根据权利要求1或2所述的氧化锆烧结体,其中,
氧化铝含量为0.005质量%以上且0.2质量%以下。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的氧化锆烧结体,其中,
平均晶体粒径为0.5μm以上且1.8μm以下。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的氧化锆烧结体,其中,
所述氧化锆烧结体含有氧化钇浓度不同的晶体颗粒。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的氧化锆烧结体,其中,
氧化钇浓度最大的晶体颗粒与氧化钇浓度最小的晶体颗粒之间的氧化钇浓度的差为2.7mol%以上且7mol%以下。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的氧化锆烧结体,其中,
氧化钇浓度为3.0mol%以上且4.0mol%以下的晶体颗粒在晶体颗粒中所占的个数比例为10%以上且50%以下。
9.根据权利要求8所述的制造方法,其中,
所述氧化锆粉末含有氧化钇含量不同的氧化锆粉末颗粒。
10.根据权利要求9所述的制造方法,其中,
在所述氧化锆粉末中,一种氧化锆粉末颗粒与另一种氧化锆粉末颗粒之间的氧化钇含量的差超过3.0mol%。
11.根据权利要求8至10中任一项所述的制造方法,其中,
所述工序中的烧结为常压烧结。
13.一种煅烧体的制造方法,其特征在于,使用权利要求12所述的氧化锆粉末。
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