JP2022041275A - ジルコニア仮焼体の製造方法 - Google Patents
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- GFQYVLUOOAAOGM-UHFFFAOYSA-N zirconium(iv) silicate Chemical compound [Zr+4].[O-][Si]([O-])([O-])[O-] GFQYVLUOOAAOGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
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Abstract
Description
[1]過熱水蒸気の存在下で、ジルコニア粒子と有機成分とを含むジルコニア成形体を加熱する仮焼工程を含む、ジルコニア仮焼体の製造方法;
[2]ジルコニア粒子の平均一次粒子径が30nm以下である、[1]に記載のジルコニア仮焼体の製造方法;
[3]ジルコニア成形体がさらに、安定化剤を含む、[1]又は[2]に記載のジルコニア仮焼体の製造方法;
[4]安定化剤がイットリアであり、イットリアの含有率が2.0~9.0モル%である、[3]に記載のジルコニア仮焼体の製造方法;
[5]ジルコニア仮焼体が、IUPAC分類に従うIV型等温線の窒素吸着及び/又は脱着を示す、[1]~[4]のいずれかに記載のジルコニア仮焼体の製造方法;
[6]加熱温度が120℃以上である、[1]~[5]のいずれかに記載のジルコニア仮焼体の製造方法;
[7]仮焼工程の最高温度が、900℃未満である、[1]~[6]のいずれかに記載のジルコニア仮焼体の製造方法;
[8]仮焼工程の最高温度が、800℃未満である、[1]~[7]のいずれかに記載のジルコニア仮焼体の製造方法;
[9]さらにジルコニア粒子を含む粉末をプレス成形する工程を含み、前記ジルコニア成形体が、ジルコニア粒子を含む粉末をプレス成形する工程により得られたものである、[1]~[8]のいずれかに記載のジルコニア仮焼体の製造方法;
[10]さらにジルコニア粒子と分散媒とを含むスラリーを乾燥させる工程を含み、前記ジルコニア粒子を含む粉末が、ジルコニア粒子と分散媒とを含むスラリーを乾燥させることにより得られたものである、[9]に記載のジルコニア仮焼体の製造方法;
[11]前記スラリーの分散媒が、25℃における表面張力が50mN/m以下の液体を含む、[10]に記載のジルコニア仮焼体の製造方法;
[12]前記有機成分が、樹脂を含む組成物であり、
さらにジルコニア粒子と、ジルコニア粒子と樹脂とを含む組成物を成形する工程を含み、
前記ジルコニア成形体が、ジルコニア粒子と樹脂とを含む組成物を成形する工程により得られたものである、[1]~[8]のいずれかに記載のジルコニア仮焼体の製造方法;
[13]前記有機成分が、重合性単量体を含む組成物であり、
前記ジルコニア成形体が、ジルコニア粒子と重合性単量体とを含む組成物を重合させることにより得られたものである、[1]~[8]のいずれかに記載のジルコニア仮焼体の製造方法;
[14][1]~[13]のいずれかに記載の製造方法により得られるジルコニア仮焼体;
[15][1]~[13]のいずれかに記載の製造方法により得られるジルコニア仮焼体を焼結する工程を含む、ジルコニア焼結体の製造方法;
[16]900℃以上1200℃以下で焼結する工程を含む、[15]に記載のジルコニア焼結体の製造方法;
[17]ジルコニア焼結体が歯科材料である、[15]又は[16]に記載のジルコニア焼結体の製造方法。
本発明に係るジルコニア仮焼体の製造方法に用いるジルコニア成形体の製造方法は、特に限定されないが、ジルコニア粒子と有機成分とを加圧処理してジルコニア成形体を得る工程を含むことが好ましい。
本発明において使用されるジルコニア成形体はジルコニア粒子を含む。使用されるジルコニア粒子の粒径に特に制限はないが、透光性及び強度により優れたジルコニア焼結体が得られると共に、本発明の効果がより顕著に奏されることなどから、ジルコニア粒子の平均一次粒子径は、30nm以下であることが好ましい。すなわち、ジルコニア粒子の平均一次粒子径が30nm以下であると、透光性及び強度により優れたジルコニア焼結体が得られることが期待される一方で、粒子が緻密に成形されるため、脱脂時にバインダー、可塑剤等の有機物由来の燃焼ガスが通過する流路が狭くなる。この狭い流路に起因し、従来の脱脂方法ではバインダー、可塑剤の有機成分の燃焼状態は完全燃焼が主反応であることから、たとえ仮焼体を得るための昇温速度を下げたとしても、局所的な発熱反応により発生した燃焼ガスの応力による欠け或いは割れなどの欠損を生じやすいという問題があった。本発明の過熱水蒸気を用いて仮焼することで、ジルコニア成形体の中心付近と表層付近との温度差を解消し、ジルコニア成形体内での熱膨張率差による欠け或いは割れなどの欠損の発生を抑制すると共にバインダー、可塑剤の有機成分の燃焼状態において不完全燃焼が主となるため、有機物燃焼による局所的な発熱反応を抑制し、かつ燃焼ガス発生量を低減することができ、本発明の効果をより奏することができる。ジルコニア粒子の平均一次粒子径は、20nm以下であることがより好ましく、15nm以下であることがさらに好ましく、10nm以下であってもよく、また、1nm以上であることが好ましく、5nm以上であることがより好ましい。なお、ジルコニア粒子の平均一次粒子径は、例えば、ジルコニア粒子(一次粒子)を透過型電子顕微鏡(TEM)にて写真撮影し、得られた画像上の任意の粒子100個について各粒子の粒子径(最大径)を測定し、それらの平均値として求めることができる。
本発明において使用されるジルコニア成形体は、ジルコニア粒子を成形する成形工程を有する方法により製造することができる。
(i)ジルコニア粒子を含むスラリーをスリップキャスティングする工程;
(ii)ジルコニア粒子を含むスラリーをゲルキャスティングする工程;
(iii)ジルコニア粒子を含む粉末をプレス成形する工程;
(iv)ジルコニア粒子及び樹脂を含む組成物を成形する工程;及び
(v)ジルコニア粒子及び重合性単量体を含む組成物を重合させる工程;
のうちのいずれかであることが好ましく、本発明の効果がより顕著に奏されることなどから、上記(iii)、(iv)及び(v)のうちのいずれかであることがより好ましく、上記(iii)であることがさらに好ましい。
ジルコニア粒子を含むスラリーの調製方法に特に制限はなく、例えば、ジルコニア粒子と分散媒とを混合することにより得ることができる。また、ジルコニア粒子を含むスラリーは、上記したブレークダウンプロセス或いはビルディングアッププロセスを経て得られるものであってもよいし、市販のものであってもよい。
ジルコニア粒子を含む粉末の調製方法に特に制限はなく、例えば、粉末状のジルコニア粒子をそのまま用いてもよいし、粉末状のジルコニアと粉末状の任意成分(例えば、蛍光剤、着色剤、透光性調整剤等)とをドライブレンドして調製してもよいが、より均一で物性に優れたジルコニア成形体、ひいてはジルコニア仮焼体或いはジルコニア焼結体を得ることができることなどから、上記したようなジルコニア粒子を含むスラリーを乾燥させることによって得ることが好ましい。ここで乾燥に供される当該スラリーは、上記のとおり、蛍光剤、着色剤及び透光性調整剤のうちの少なくとも1つを含んでいてもよい。
なお、乾燥に供されるジルコニア粒子を含むスラリーが蛍光剤を含む場合において蛍光剤は、分散媒を置換した後に添加してもよいが、より均一で物性に優れたジルコニア焼結体を得ることができることなどから、分散媒を置換する前に添加することが好ましい。同様に、乾燥に供されるジルコニア粒子を含むスラリーが着色剤及び/又は透光性調整剤を含む場合において着色剤及び/又は透光性調整剤は、分散媒を置換した後に添加してもよいが、より均一で物性に優れたジルコニア焼結体を得ることができることなどから、分散媒を置換する前に添加することが好ましい。
ジルコニア粒子及び樹脂を含む組成物の調製方法に特に制限はなく、例えば、ジルコニア粒子(好ましくは上記のジルコニア粒子を含む粉末)と樹脂とを混合することにより得ることができる。
ジルコニア粒子及び重合性単量体を含む組成物の調製方法に特に制限はなく、例えば、ジルコニア粒子(好ましくは上記のジルコニア粒子を含む粉末)と重合性単量体とを混合することにより得ることができる。
ジルコニア粒子を含むスラリーをスリップキャスティングする工程を有する方法によりジルコニア成形体を製造する場合において、スリップキャスティングの具体的な方法に特に制限はなく、例えば、ジルコニア粒子を含むスラリーを型に流し込んだ後に乾燥させる方法を採用することができる。
ジルコニア粒子を含むスラリーをゲルキャスティングする工程を有する方法によりジルコニア成形体を製造する場合において、ゲルキャスティングの具体的な方法に特に制限はなく、例えば、ジルコニア粒子を含むスラリーを型内でゲル化させるなどして賦形されたジルコニア成形体を得た後に、これを乾燥させる方法を採用することができる。
ジルコニア粒子を含む粉末をプレス成形する工程を有する方法によりジルコニア成形体を製造する場合において、プレス成形の具体的な方法に特に制限はなく、公知のプレス成形機を用いて行うことができる。プレス成形の具体的な方法としては、例えば、一軸プレスなどが挙げられる。
ジルコニア粒子及び樹脂を含む組成物を成形する工程を有する方法によりジルコニア成形体を製造する場合において、当該組成物を成形するための具体的な方法に特に制限はなく、例えば、射出成形、注型成形、押出成形などを採用することができる。また、当該組成物を熱溶解法(FDM)で造形する方法、インクジェット法、粉末/バインダー積層法等の積層造形法(3Dプリンティング等)を採用してもよい。これらの成形方法の中でも、射出成形及び注型成形が好ましく、射出成形がより好ましい。
ジルコニア粒子及び重合性単量体を含む組成物を重合させることにより、当該組成物中の重合性単量体が重合して組成物を硬化させることができる。当該重合させる工程を有する方法によりジルコニア成形体を製造する場合において、その具体的な方法に特に制限はなく、例えば、(a)ジルコニア粒子及び重合性単量体を含む組成物を型内で重合させる方法;(b)ジルコニア粒子及び重合性単量体を含む組成物を用いる光造形(ステレオリソグラフィー;SLA)法などを採用することができる。これらの中でも、(b)の光造形法が好ましい。光造形法によれば、最終的に得られるジルコニア焼結体における所望の形状に対応した形状をジルコニア成形体を製造する時点で付与することができる。そのため、特に本発明のジルコニア焼結体を歯科用補綴物等の歯科材料として用いる場合などにおいて、当該光造形法が好適な場合がある。
本発明のジルコニア成形体の製造方法は、上記のようにして得られたジルコニア成形体をさらに加圧処理する工程を含んでいてもよい。ジルコニア成形体を加圧処理することにより、目的とするジルコニア成形体の密度を向上させ、ジルコニア焼結体の透光性或いは強度の向上が期待できる。
上記したジルコニア成形体を、過熱水蒸気の存在下でジルコニア成形体を加熱して脱脂することにより、本発明のジルコニア仮焼体を得ることができる。すなわち、過熱水蒸気とジルコニア成形体とを接触させつつ、加熱することで欠け或いは割れのないジルコニア仮焼体を製造できる。本発明における「過熱水蒸気」とは100℃よりも高い温度を有する水蒸気を意味する。過熱水蒸気の存在下での加熱温度は、目的とするジルコニア仮焼体が容易に得られるなどの観点から、120℃以上であることが好ましく、150℃以上であることがより好ましく、200℃以上であることがさらに好ましく、また、900℃未満であることが好ましく、850℃以下であることがより好ましく、800℃以下であることがさらに好ましい。過熱水蒸気の存在下での加熱温度が上記下限以上であることにより、有機物の残渣の発生を効果的に抑制することができる。また、仮焼温度が上記上限以下であることにより、焼結が過剰に進行して切削加工機での切削(ミリング)が困難になるのを抑制することができる。過熱水蒸気の存在下での加熱温度は、前記温度範囲内において変化させてもよく、一定であってもよく、またある時間では温度は変化し、かつ他の時間では温度が一定であってもよい。例えば、仮焼工程の昇温工程において、過熱水蒸気の存在下でジルコニア成形体を加熱する場合、過熱水蒸気の存在下での加熱温度は、前記温度範囲内であり、かつ後述する仮焼の際の昇温速度の範囲内であってもよい。ある好適な実施形態では、仮焼工程の昇温工程において、過熱水蒸気の存在下での加熱を行う、ジルコニア仮焼体の製造方法が挙げられる。また、ある他の好適な実施形態では、仮焼工程の昇温工程及び最高温度保持工程において、過熱水蒸気の存在下での加熱を行う、ジルコニア仮焼体の製造方法が挙げられる。また、仮焼工程の最高温度(以下、「仮焼最高温度」ともいう。)は、220℃以上であることが好ましく、280℃以上であることがより好ましく、300℃以上であることがさらに好ましい。また、仮焼最高温度は、900℃未満であることが好ましく、850℃未満であることがより好ましく、800℃未満であることがさらに好ましく、750℃未満であることが特に好ましい。仮焼最高温度が上記下限以上であることにより、有機物の残渣の発生を効果的に抑制することができる。また、仮焼温度が上記上限以下であることにより、焼結が過剰に進行して切削加工機での切削(ミリング)が困難になるのを抑制することができる。過熱水蒸気の存在下での加熱温度は、仮焼工程の最高温度を超えないものである。
ジルコニア焼結体に蛍光剤を含ませる場合には、ジルコニア仮焼体においてこのような蛍光剤を含むことが好ましい。ジルコニア仮焼体における蛍光剤の含有量は、得られるジルコニア焼結体における蛍光剤の含有量などに応じて適宜調整することができる。ジルコニア仮焼体に含まれる蛍光剤の具体的な含有量は、ジルコニア仮焼体に含まれるジルコニアの質量に対して、蛍光剤に含まれる金属元素の酸化物換算で、0.001質量%以上であることが好ましく、0.005質量%以上であることがより好ましく、0.01質量%以上であることがさらに好ましく、また、1質量%以下であることが好ましく、0.5質量%以下であることがより好ましく、0.1質量%以下であることがさらに好ましい。
上記したジルコニア成形体又はジルコニア仮焼体を好ましくは常圧下で焼結することによりジルコニア焼結体を得ることができる。ジルコニア成形体を焼結する場合及びジルコニア仮焼体を焼結する場合のいずれにおいても、焼結温度は、目的とするジルコニア焼結体が容易に得られるなどの観点から、900℃以上であることが好ましく、1000℃以上であることがより好ましく、1050℃以上であることがさらに好ましく、また、1200℃以下であることが好ましく、1150℃以下であることがより好ましく、1120℃以下であることがさらに好ましい。焼結温度が上記下限以上であることにより、焼結を十分に進行させることができ、緻密な焼結体を容易に得ることができる。また、焼結温度が上記上限以下であることにより、結晶粒径が上記範囲内にあるジルコニア焼結体を容易に得ることができ、また蛍光剤を含む場合にその失活を抑制することができる。
ジルコニア焼結体は蛍光剤を含んでいてもよい。ジルコニア焼結体が蛍光剤を含むことにより蛍光性を有する。ジルコニア焼結体における蛍光剤の含有量に特に制限はなく、蛍光剤の種類やジルコニア焼結体の用途などに応じて適宜調整することができるが、歯科用補綴物として好ましく使用できるなどの観点から、ジルコニア焼結体に含まれるジルコニアの質量に対して、蛍光剤に含まれる金属元素の酸化物換算で、0.001質量%以上であることが好ましく、0.005質量%以上であることがより好ましく、0.01質量%以上であることがさらに好ましく、また、1質量%以下であることが好ましく、0.5質量%以下であることがより好ましく、0.1質量%以下であることがさらに好ましい。当該含有量が上記下限以上であることにより、ヒトの天然歯と比較しても蛍光性に劣ることがなく、また、当該含有量が上記上限以下であることにより、透光性及び強度の低下を抑制することができる。
fc = 100 × Ic/(Im+It+Ic)
ここで、fcはジルコニア焼結体における立方晶系の割合(%)を表し、Imは2θ=28度付近のピーク(単斜晶系の(11-1)面に基づくピーク)の高さを表し、Itは2θ=30度付近のピーク(正方晶系の(111)面に基づくピーク)の高さを表し、Icは2θ=30度付近のピーク(立方晶系の(111)面に基づくピーク)の高さを表す。なお、2θ=30度付近のピークが、正方晶系の(111)面及び立方晶系の(111)面の混相に基づくピークとして現れ、正方晶系の(111)面に基づくピークと立方晶系の(111)面に基づくピークとの分離が困難な場合には、リートベルト法を採用するなどして正方晶系と立方晶系の比を求めた上で、これを当該混相に基づくピークの高さ(It+c)に乗じることにより、It及びIcを求めることができる。
fm = 100 × Im/(It+c)
ここで、fmはジルコニア焼結体における、180℃熱水中に5時間浸漬させた後の正方晶系及び立方晶系に対する単斜晶系の割合(%)を表し、Imは2θ=28度付近のピーク(単斜晶系の(11-1)面に基づくピーク)の高さを表し、It+cは2θ=30度付近のピーク(正方晶系の(111)面及び立方晶系の(111)面の混相に基づくピーク)の高さを表す。なお、2θ=30度付近のピークが、正方晶系の(111)面に基づくピークと立方晶系の(111)面に基づくピークとに分離して現れ、上記It+cを特定するのが困難な場合には、正方晶系の(111)面に基づくピークの高さ(It)と立方晶系の(111)面に基づくピークの高さ(Ic)との和を上記It+cとすることができる。
ジルコニア焼結体の用途に特に制限はないが、本発明によれば、高い透光性及び高い強度を兼ね備えた品質に優れるジルコニア焼結体を収率よく製造することができることから、当該ジルコニア焼結体は歯科用補綴物等の歯科材料などとして特に好適であり、中でも、歯頸部に使用される歯科用補綴物のみならず、臼歯咬合面或いは前歯切端部に使用される歯科用補綴物としても極めて有用である。本発明のジルコニア焼結体は、特に前歯切端部に使用される歯科用補綴物として使用することが好ましい。
ジルコニア粒子を透過型電子顕微鏡(TEM)にて写真撮影し、得られた画像上で任意の粒子100個について各粒子の粒子径(最大径)を測定し、それらの平均値をジルコニア粒子の平均一次粒子径とした。
Handbook of Chemistry and Phisics 101st the Editionに記載の値を使用した。
ジルコニア仮焼体のIUPAC分類は全自動ガス吸着量測定装置AS1-MP(Quantachrome社製)を用いて下記測定条件にて測定した。
・試料:作製したジルコニア仮焼体を乳鉢で粉砕後、公称目開き(JIS Z8801-1:2019)が63μmである篩を通過させたものを用いた。
・脱気条件:試料を測定セルに入れ、200℃(真空下)で2日間脱気した。
・セルサイズ:1.5cm3
・吸着ガス:窒素
・測定項目:任意測定点の吸着/脱着等温線(全30点)
・解析項目:BET多点法による比表面積、全細孔容積、平均細孔直径
BJH法による細孔径分布(メソポア領域)
NLDFT法による細孔径分布(ミクロポア~メソポア領域)
ジルコニア焼結体における結晶粒径は、ジルコニア焼結体断面の電界放出型走査電子顕微鏡(FE-SEM)写真を撮影し、その撮影画像にある任意の粒子を10個選択し、各々の円相当径(同一面積の真円の直径)の平均値として求めた。
ジルコニア焼結体の3点曲げ強さは、ISO 6872:2015に準拠して測定し、n=10で測定した平均値を求めた。
ジルコニア焼結体の厚さ0.5mmにおける波長700nmの光の透過率は、分光光度計(株式会社日立ハイテクノロジーズ製、「日立分光光度計 U-3900H形」)を用い、光源より発生した光を試料に透過及び散乱させ、積分球を利用して測定した。当該測定においては、一旦、300~750nmの波長領域で透過率を測定した上で、波長700nmの光についての透過率を求めた。測定には、両面を鏡面研磨加工した直径15mm×厚さ0.5mmの円盤状のジルコニア焼結体を試料として用い、n=3で測定した平均値を求めた。
(7)熱水処理後の単斜晶系の割合
ジルコニア焼結体の、180℃熱水中に5時間浸漬させた後の正方晶系及び立方晶系に対する単斜晶系の割合は、ジルコニア焼結体の表面を鏡面研磨加工し、これを180℃の熱水中に5時間浸漬させた後、上記部分について、X線回折(XRD;X-Ray Diffraction)測定を行い、以下の式から求めた。
fm = 100 × Im/(It+c)
ここで、fmはジルコニア焼結体における、180℃熱水中に5時間浸漬させた後の正方晶系及び立方晶系に対する単斜晶系の割合(%)を表し、Imは2θ=28度付近のピーク(単斜晶系の(11-1)面に基づくピーク)の高さを表し、It+cは2θ=30度付近のピーク(正方晶系の(111)面及び立方晶系の(111)面の混相に基づくピーク)の高さを表す。
ジルコニア焼結体の外観(色)は目視にて評価した。
ジルコニア焼結体の蛍光性はUV光下における蛍光の有無を目視にて評価した。
イットリアを3モル%含む水系のジルコニアスラリー「MELox(登録商標) Nanosize 3Y」(ニッケイ・メル社製、ジルコニア粒子の平均一次粒子径13nm、ジルコニア濃度23質量%)に、当該ジルコニアスラリーの9体積倍のイソプロパノールを加え、これを遠沈管に入れて十分に混合し、4000rpmで10分間遠心した。白色物の沈降を確認した上で上清を取り除き、これに再度イソプロパノールを加えて十分に混合し、4000rpmで10分間遠心した。白色物の沈降を確認した上で上清を取り除き、これにメタノールを加えることによって使用したジルコニアスラリーと同体積となるようにし、さらに十分に混合してメタノール置換スラリーを得た。このメタノール置換スラリーの残存水分量をカールフィッシャー水分量計を用いて測定したところ0.05質量%であった。
このメタノール置換スラリーにSA-260(ジャパンコーティングレジン株式会社製アクリル系バインダー)をスラリー中のジルコニアに対して1質量%となるように添加した後、送り量5mL/分、入口温度150℃、出口温度100℃の条件でスプレードライヤー(日本ビュッヒ社製、B-290)を用いて乾燥して、ジルコニア粒子とSA-260を含む粉末を得た。
これらのジルコニア成形体を冷間等方圧加圧(CIP)処理(圧力170MPa、加圧時間1分)して密度を上げてジルコニア成形体を得た。
さらに、得られた角柱状ジルコニア仮焼体から縦20mm×横17mm×厚さ3mmの板状ジルコニア仮焼体を切り出した(5個)。これらの円盤状及び板状ジルコニア仮焼体を常圧下、1100℃で2時間焼結してジルコニア焼結体を得た。得られたジルコニア焼結体は白色であった(蛍光性はなし)。円盤状及び板状ジルコニア焼結体について目視により欠け及び割れの発生の有無を確認したが、いずれも欠け及び割れは認められなかった(欠け及び割れがないものは円盤状10個、板状5個)。
得られた円盤状のジルコニア焼結体を用いて、上記した方法により結晶粒径、光の透過率及び熱水処理後の単斜晶系の割合をそれぞれ測定した。また、板状のジルコニア焼結体を用いて、上記した方法により3点曲げ強さを測定した(試験片サイズ:16mm×4mm×1.2mm、スパン長:12mm)。各測定結果を表1に示した。また、上記と同様にして作製した角柱状ジルコニア仮焼体に対して、ミリング装置(「カタナH-18」、クラレノリタケデンタル株式会社製)を用いて、歯冠形状のジルコニア仮焼体を切削し、これを常圧下、1100℃で2時間焼結して、歯冠形状の歯科用補綴物を得た。
実施例1において、ジルコニア仮焼体作製時に過熱水蒸気を投入せずに仮焼を実施したこと以外は実施例1と同様にして試験を実施した。
得られた円盤状ジルコニア仮焼体は、いずれも欠け及び割れは認められなかったが(欠け及び割れがないものは10個)、角柱状ジルコニア仮焼体はすべて欠け及び割れが認められた(欠け及び割れがないものは0個)。
得られた円盤状のジルコニア焼結体を用いて、上記した方法により結晶粒径、光の透過率及び熱水処理後の単斜晶系の割合をそれぞれ測定した。また、板状ジルコニア焼結体を作製できなかったため、3点曲げ強さの測定は省略した。各測定結果を表1に示した。
ジルコニアスラリーとして、イットリアを5モル%含む水系のジルコニアスラリー「MELox Nanosize 5Y」(ニッケイ・メル社製、ジルコニア粒子の平均一次粒子径13nm、ジルコニア濃度23質量%)を用いたこと以外は実施例1と同様にして、メタノール置換スラリーを得た。このメタノール置換スラリーの残存水分量をカールフィッシャー水分量計を用いて測定したところ0.05質量%であった。
メタノール置換スラリーとして上記で得られたものを用いたこと以外は実施例1と同様にして、ジルコニア粒子とSA-260を含む粉末、ジルコニア成形体、ジルコニア仮焼体及びジルコニア焼結体をそれぞれ得た。得られたジルコニア仮焼体は、いずれも欠け及び割れは認められなかった(欠け及び割れがないものは円盤状10個、角柱状5個)。得られたジルコニア焼結体は白色であった(蛍光性はなし)。円盤状及び板状ジルコニア焼結体について目視により欠け及び割れの発生の有無を確認したが、いずれも欠け及び割れは認められなかった(欠け及び割れがないものは円盤状10個、板状5個)。結果を表2に示した。
また、上記と同様にして作製したジルコニア仮焼体に対して、ミリング装置(「カタナH-18」、クラレノリタケデンタル株式会社製)を用いて、歯冠形状のジルコニア仮焼体を切削し、これを常圧下、1100℃で2時間焼結して、歯冠形状の歯科用補綴物を得た。
仮焼の際の保持温度を400℃に変更したこと以外は実施例2と同様にして、ジルコニア成形体、ジルコニア仮焼体及びジルコニア焼結体をそれぞれ得た。得られたジルコニア仮焼体は、いずれも欠け及び割れは認められなかった(欠け及び割れがないものは円盤状10個、角柱状5個)。得られたジルコニア焼結体は白色であった(蛍光性はなし)。円盤状及び板状ジルコニア焼結体について目視により欠け及び割れの発生の有無を確認したが、いずれも欠け及び割れは認められなかった(欠け及び割れがないものは円盤状10個、板状5個)。結果を表2に示した。
仮焼の際の過熱水蒸気投入開始温度を200℃に変更したこと以外は実施例2と同様にして、ジルコニア成形体、ジルコニア仮焼体及びジルコニア焼結体をそれぞれ得た。得られたジルコニア仮焼体は、いずれも欠け及び割れは認められなかった(欠け及び割れがないものは円盤状10個、角柱状5個)。得られたジルコニア焼結体は白色であった(蛍光性はなし)。円盤状及び板状ジルコニア焼結体について目視により欠け及び割れの発生の有無を確認したが、いずれも欠け及び割れは認められなかった(欠け及び割れがないものは円盤状10個、板状5個)。結果を表2に示した。
ジルコニアスラリーとして、イットリアを8モル%含む水系のジルコニアスラリー「MELox Nanosize 8Y」(ニッケイ・メル社製、ジルコニア粒子の平均一次粒子径13nm、ジルコニア濃度23質量%)を用いると共に、メタノールの代わりに2-エトキシエタノールを用いたこと以外は実施例1と同様にして、2-エトキシエタノール置換スラリーを得た。この2-エトキシエタノール置換スラリーの残存水分量をカールフィッシャー水分量計を用いて測定したところ0.07質量%であった。この2-エトキシエタノール置換スラリーにポリビニルアルコール(重合度500、けん化度98.5モル%以上、ナカライテスク社製)をスラリー中のジルコニアに対して1質量%となるように添加した後、実施例1と同様にして、ジルコニア粒子とポリビニルアルコールを含む粉末、ジルコニア成形体、ジルコニア仮焼体及びジルコニア焼結体をそれぞれ得た。得られたジルコニア仮焼体は、いずれも欠け及び割れは認められなかった(欠け及び割れがないものは円盤状10個、角柱状5個)。得られたジルコニア焼結体は白色であった(蛍光性はなし)。円盤状及び板状ジルコニア焼結体について目視により欠け及び割れの発生の有無を確認したが、いずれも欠け及び割れは認められなかった(欠け及び割れがないものは円盤状10個、板状5個)。結果を表3に示した。
実施例2と同様にして得られたメタノール置換スラリーに対して、酢酸ニッケル(II)水溶液を、ジルコニアの質量に対するニッケル(II)の酸化物(NiO)換算の含有量が0.02質量%となるように添加し、ジルコニア粒子及び着色剤を含むスラリーを得た。これに実施例1と同様にSA-260を添加した後、送り量5mL/分、入口温度150℃、出口温度100℃の条件でスプレードライヤー(日本ビュッヒ社製、B-290)を用いて乾燥して、ジルコニア粒子及び着色剤とSA-260を含む粉末を得た。
粉末として上記で得られたものを用いたこと以外は実施例1と同様にして、ジルコニア成形体、ジルコニア仮焼体及びジルコニア焼結体をそれぞれ得た。得られたジルコニア仮焼体は、いずれも欠け及び割れは認められなかった(欠け及び割れがないものは円盤状10個、角柱状5個)。得られたジルコニア焼結体は赤色に着色していた(蛍光性はなし)。円盤状及び板状ジルコニア焼結体について目視により欠け及び割れの発生の有無を確認したが、いずれも欠け及び割れは認められなかった(欠け及び割れがないものは円盤状10個、板状5個)。結果を表3に示した。
また、上記と同様にして作製したジルコニア仮焼体に対して、ミリング装置(「カタナH-18」、クラレノリタケデンタル株式会社製)を用いて、上顎中切歯単冠形状及び下顎第一大臼歯単冠形状のジルコニア仮焼体をそれぞれ切削し、これらを常圧下、1100℃で2時間焼結して、赤色に着色した歯冠形状の歯科用補綴物をそれぞれ得た。
実施例2と同様にして得られたメタノール置換スラリーに対して、水酸化ビスマス水溶液を、ジルコニアの質量に対するビスマスの酸化物(Bi2O3)換算の含有量が0.02質量%となるように添加し、ジルコニア粒子及び蛍光剤を含むスラリーを得た。これに実施例1と同様にSA-260を添加した後、送り量5mL/分、入口温度150℃、出口温度100℃の条件でスプレードライヤー(日本ビュッヒ社製、B-290)を用いて乾燥して、ジルコニア粒子及び蛍光剤とSA-260を含む粉末を得た。
粉末として上記で得られたものを用いたこと以外は実施例1と同様にして、ジルコニア成形体、ジルコニア仮焼体及びジルコニア焼結体をそれぞれ得た。得られたジルコニア仮焼体は、いずれも欠け及び割れは認められなかった(欠け及び割れがないものは円盤状10個、角柱状5個)。得られたジルコニア焼結体は白色であり、また蛍光性を有していた。円盤状及び板状ジルコニア焼結体について目視により欠け及び割れの発生の有無を確認したが、いずれも欠け及び割れは認められなかった(欠け及び割れがないものは円盤状10個、板状5個)。結果を表3に示した。
また、上記と同様にして作製したジルコニア仮焼体に対して、ミリング装置(「カタナH-18」、クラレノリタケデンタル株式会社製)を用いて、上顎中切歯単冠形状及び下顎第一大臼歯単冠形状のジルコニア仮焼体をそれぞれ切削し、これらを常圧下、1100℃で2時間焼結して、蛍光性を有する歯冠形状の歯科用補綴物をそれぞれ得た。
実施例2で得られたメタノール置換スラリーにエチルセルロース(富士フィルム和光純薬株式会社製)をスラリー中のジルコニアに対して1質量%添加したものを、超臨界乾燥装置を用いて、以下の手順により超臨界乾燥した。すなわち、メタノール置換スラリーを圧力容器に入れ、圧力容器を超臨界二酸化炭素抽出装置につなぎ、圧漏れのないことを確認した。その後、圧力容器と予熱管を60℃に加温したウォーターバスに漬け、80℃まで昇温すると共に、25MPaまで加圧して、安定化のため10分間静置した。次に、二酸化炭素及びエントレーナーとしてのメタノールを所定条件下(温度:80℃、圧力:25MPa、二酸化炭素の流量:10mL/分、エントレーナー(メタノール)の流量:1.5mL/分)で導入し、2時間経過時点でメタノール導入を停止し、二酸化炭素のみの導入を続けた。二酸化炭素のみの導入が2時間経過した後、二酸化炭素の送液を停止し、温度を80℃に保持したまま圧力を約20分かけて25MPaから徐々に下げて常圧に戻した。圧力容器をウォーターバスから出して常温まで冷却し、開封して処理済み試料を回収し、ジルコニア粒子とアクリル系バインダーを含む粉末を得た。
粉末として上記で得られたものを用いたこと以外は実施例1と同様にして、ジルコニア成形体、ジルコニア仮焼体及びジルコニア焼結体をそれぞれ得た。得られたジルコニア仮焼体は、いずれも欠け及び割れは認められなかった(欠け及び割れがないものは円盤状10個、角柱状5個)。得られたジルコニア焼結体は白色であった(蛍光性はなし)。円盤状及び板状ジルコニア焼結体について目視により欠け及び割れの発生の有無を確認したが、いずれも欠け及び割れは認められなかった(欠け及び割れがないものは円盤状10個、板状5個)。結果を表3に示した。
Claims (17)
- 過熱水蒸気の存在下で、ジルコニア粒子と有機成分とを含むジルコニア成形体を加熱する仮焼工程を含む、ジルコニア仮焼体の製造方法。
- ジルコニア粒子の平均一次粒子径が30nm以下である、請求項1に記載のジルコニア仮焼体の製造方法。
- ジルコニア成形体がさらに、安定化剤を含む、請求項1又は2に記載のジルコニア仮焼体の製造方法。
- 安定化剤がイットリアであり、イットリアの含有率が2.0~9.0モル%である、請求項3に記載のジルコニア仮焼体の製造方法。
- ジルコニア仮焼体が、IUPAC分類に従うIV型等温線の窒素吸着及び/又は脱着を示す、請求項1~4のいずれか1項に記載のジルコニア仮焼体の製造方法。
- 加熱温度が120℃以上である、請求項1~5のいずれかに記載のジルコニア仮焼体の製造方法。
- 仮焼工程の最高温度が、900℃未満である、請求項1~6のいずれかに記載のジルコニア仮焼体の製造方法。
- 仮焼工程の最高温度が、800℃未満である、請求項1~7のいずれかに記載のジルコニア仮焼体の製造方法。
- さらにジルコニア粒子を含む粉末をプレス成形する工程を含み、前記ジルコニア成形体が、ジルコニア粒子を含む粉末をプレス成形する工程により得られたものである、請求項1~8のいずれか1項に記載のジルコニア仮焼体の製造方法。
- さらにジルコニア粒子と分散媒とを含むスラリーを乾燥させる工程を含み、前記ジルコニア粒子を含む粉末が、ジルコニア粒子と分散媒とを含むスラリーを乾燥させることにより得られたものである、請求項9に記載のジルコニア仮焼体の製造方法。
- 前記スラリーの分散媒が、25℃における表面張力が50mN/m以下の液体を含む、請求項10に記載のジルコニア仮焼体の製造方法。
- 前記有機成分が、樹脂を含む組成物であり、
さらにジルコニア粒子と、ジルコニア粒子と樹脂とを含む組成物を成形する工程を含み、
前記ジルコニア成形体が、ジルコニア粒子と樹脂とを含む組成物を成形する工程により得られたものである、請求項1~8のいずれか1項に記載のジルコニア仮焼体の製造方法。 - 前記有機成分が、重合性単量体を含む組成物であり、
前記ジルコニア成形体が、ジルコニア粒子と重合性単量体とを含む組成物を重合させることにより得られたものである、請求項1~8のいずれかに記載のジルコニア仮焼体の製造方法。 - 請求項1~13のいずれかに記載の製造方法により得られるジルコニア仮焼体。
- 請求項1~13のいずれかに記載の製造方法により得られるジルコニア仮焼体を焼結する工程を含む、ジルコニア焼結体の製造方法。
- 900℃以上1200℃以下で焼結する工程を含む、請求項15に記載のジルコニア焼結体の製造方法。
- ジルコニア焼結体が歯科材料である、請求項15又は16に記載のジルコニア焼結体の製造方法。
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