JP4398840B2 - ジルコニア複合焼結体およびそれを用いた生体材料 - Google Patents
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Y2O3は、ジルコニア焼結体の強度を確保するために含有させる安定化剤であり、0.2mol%以上とする。好ましくは0.5mol%以上である。しかし多すぎるとジルコニア焼結体の靭性が低下し、さらに水熱環境下における相変態を誘起するため1.5mol%以下とする。好ましくは1.0mol%以下である。
CeO2は、ジルコニア焼結体の靭性を確保すると共に、水熱環境下における相変態を防止するために含有させる安定化剤であり、4.7mol%以上とする。好ましくは5mol%以上、更に好ましくは7mol%以上である。しかし多すぎると立方晶を形成してジルコニア焼結体の強度や靭性を低下させるため、12mol%以下とする。好ましくは11mol%以下である。
Al2O3を混合、分散させると、ジルコニア粒子とAl2O3粒子とが複合化してジルコニア複合焼結体が高強度化する。こうした効果を発揮させるには1質量%以上含有させる必要がある。好ましくは3質量%以上である。しかしAl2O3が30質量%を超えるとAl2O3自体が凝集しやすくなり、却って強度や靭性の低下を招くので、30質量%以下に抑えるのがよい。好ましくは20質量%以下である。
MgOとCaOは、Al2O3系析出物に固溶して該析出物の形態を制御する作用を有している。その理由は明らかではないが、MgOやCaOがAl2O3系析出物に固溶すると、析出物の形態が変化するのである。またMgOやCaOは焼結助剤としても作用し、ジルコニア複合焼結体の密度を高め、強度・靱性共に向上させる。こうした作用を有効に発揮させるには合計で0.15質量%以上含有させる必要がある。好ましくは0.5質量%以上である。しかし過剰に含有させると凝集するため、却って強度や靭性の低下を招くため、上限は合計で7.5質量%とする。好ましくは5質量%以下である。MgOまたはCaOは夫々単独で添加してもその効果を充分に発揮するが、もちろん併用しても構わない。
配合比=[Al2O3/MgO] …(1)
配合比=[Al2O3/CaO] …(2)
La2O3は、Al2O3系析出物の形態を細長い棒状として析出させるのを促進するのに有効に作用する酸化物である。しかし添加量が多すぎると凝集し、ジルコニア複合焼結体の強度や靭性を低下させるため上限は2質量%とする。なお、こうした効果を有効に発揮させるには、0.005質量%以上含有させるとよい。
TiO2は、上記CeO2を添加することによる結晶構造の歪みを低減し、応力誘起相変態を抑制する安定化剤である。こうした効果を有効に発揮させるには、少なくとも0.01mol%含有させる。好ましくは0.03mol%以上である。しかしTiO2のO2-に対するTi4+のイオン半径比は、ジルコニアの立方晶の理想イオン半径比よりも小さいため、TiO2を過剰に添加すると、却って結晶構造に歪みを生じ、応力負荷状況下で相変態を起こし易くなる。そこでTiO2の上限は1mol%とした。好ましい上限は0.5mol%である。
Y2O3を3mol%含有するYジルコニア粉末、CeO2を12mol%含有するCeジルコニア粉末、Y2O3粉末、CeO2粉末、ZrO2粉末、Al2O3粉末、MgO粉末およびCaCO3粉末、La2O3粉末、TiO2粉末を準備した。
Claims (4)
- Al2O3を含むジルコニア複合焼結体であって、
全ZrO2に対し、
Y2O3:0.2〜1.5mol%と、
CeO2:4.7〜12mol%を含むほか、
全量中に占める比率で、
Al2O3:1〜30質量%と、
MgOおよび/またはCaO:合計で0.15〜7.5質量%を含み、且つ、
Al2O3系析出物が分散していると共に、全Al2O3系析出物の個数の3%以上が、長軸が1〜10μmで短軸/長軸比が0.5以下であることを特徴とするジルコニア複合焼結体。 - 更に、全量中に占める比率で、La2O3:2質量%以下(0質量%を含まない)を含むものである請求項1に記載のジルコニア複合焼結体。
- 更に、全ZrO2に対し、TiO2:1mol%以下(0mol%を含まない)を含むものである請求項1または2に記載のジルコニア複合焼結体。
- 請求項1〜3のいずれかに記載のジルコニア複合焼結体によって形成された生体材料。
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