JP5399949B2 - Zirconia sintered body, zirconia composition and zirconia calcined body - Google Patents

Zirconia sintered body, zirconia composition and zirconia calcined body Download PDF

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本発明は、ジルコニア焼結体に関する。また、本発明は、ジルコニア焼結体を得るための組成物及び仮焼体に関する。 The present invention relates to a zirconia sintered body. The present invention also relates to a set formed product and the calcined body to obtain a zirconia sintered body.

酸化ジルコニウム(IV)(ZrO)(以下、「ジルコニア」という)には多形が存在し、ジルコニアは多形間で相転移を起こす。例えば、正方晶のジルコニアは、単斜晶へ相転移する。このため、ジルコニア単体で焼結体を作製しても、この相転移により結晶構造が破壊されてしまうので、ジルコニア単体の焼結体は、製品としての十分な強度を確保できないという欠点を有する。また、ジルコニア単体の焼結体は、相転移による体積変化により、焼結体の寸法が変化してしまうという欠点も有する。 Zirconium oxide (IV) (ZrO 2 ) (hereinafter referred to as “zirconia”) has polymorphs, and zirconia causes a phase transition between the polymorphs. For example, tetragonal zirconia undergoes a phase transition to monoclinic crystals. For this reason, even if a sintered body is made of zirconia alone, the crystal structure is destroyed by this phase transition, so that the sintered body of zirconia alone has a drawback that sufficient strength as a product cannot be secured. Moreover, the sintered body of a zirconia single-piece | unit has the fault that the dimension of a sintered compact will change by the volume change by a phase transition.

そこで、安定化剤として酸化カルシウム、酸化マグネシウム、酸化イットリウム、酸化セリウム等の酸化物をジルコニアに添加して、相転移の発生を抑制した安定化ジルコニア(Stabilized Zirconia)や部分安定化ジルコニア(PSZ;Partially Stabilized Zirconia)が利用されている。特に、部分安定化ジルコニアは、高強度、高靭性という優れた特性を有するセラミックスであり、部分安定化ジルコニアの焼結体は、例えば、歯の治療に使用する補綴材、工具等の種々の用途に使用されている。   Therefore, stabilized zirconia or partially stabilized zirconia (PSZ; which suppresses the occurrence of phase transition by adding an oxide such as calcium oxide, magnesium oxide, yttrium oxide, or cerium oxide as a stabilizer to zirconia. Partially Stabilized Zirconia) is used. In particular, partially stabilized zirconia is a ceramic having excellent properties such as high strength and high toughness, and sintered parts of partially stabilized zirconia are used in various applications such as prosthetic materials and tools used for tooth treatment, for example. Is used.

しかし、部分安定化ジルコニアは、部分的に安定化されているに過ぎないため、長期的安定性の問題は解決されていない。例えば、部分安定化ジルコニア焼結体は、水分存在下、約200℃に加熱された状態では、正方晶から単斜晶への相転移が生じてしまい、これにより部分安定化ジルコニア焼結体の強度が劣化してしまう(以下、これを「低温劣化」という)。そこで、低温劣化を抑制するジルコニア焼結体の製造技術が開発されている(例えば、特許文献1及び特許文献2参照)。   However, since partially stabilized zirconia is only partially stabilized, the problem of long-term stability has not been solved. For example, in the partially stabilized zirconia sintered body, when it is heated to about 200 ° C. in the presence of moisture, a phase transition from tetragonal to monoclinic crystal occurs. The strength deteriorates (hereinafter referred to as “low temperature deterioration”). Then, the manufacturing technology of the zirconia sintered compact which suppresses low temperature deterioration is developed (for example, refer patent document 1 and patent document 2).

特許文献1及び特許文献2に係る背景技術においては、平均粒径が0.5μm以下の部分安定化ジルコニア微粉末を用いて、1200℃〜1400℃でジルコニア微粉末を焼結させて、ジルコニア焼結体を製造している。   In the background arts related to Patent Document 1 and Patent Document 2, using a partially stabilized zirconia fine powder having an average particle size of 0.5 μm or less, the zirconia fine powder is sintered at 1200 ° C. to 1400 ° C., and zirconia firing is performed. Manufactures knots.

また、特許文献3には、完全焼結後に切削・研削加工が容易で、かつ多数歯欠損のブリッジにも適用可能な曲げ強度を有するフレーム材を製造するための歯科加工用ブロックが開示されている。特許文献3に記載の歯科加工用ブロックは、ジルコニア、アルミナ、ムライト及びスピネルの少なくとも1種を主材とする金属酸化物の完全な焼結体であり、金属酸化物100質量部に対して、1質量部以上23質量部以下のリン酸ランタン及び/又はリン酸アルミニウムを結晶体として含んでいる。   Further, Patent Document 3 discloses a dental processing block for manufacturing a frame material having bending strength that is easy to cut and grind after complete sintering and can be applied to a bridge having a large number of teeth. Yes. The dental processing block described in Patent Document 3 is a complete sintered body of a metal oxide mainly composed of at least one of zirconia, alumina, mullite, and spinel. With respect to 100 parts by mass of the metal oxide, 1 to 23 parts by mass of lanthanum phosphate and / or aluminum phosphate is included as a crystal.

特許文献4に記載のジルコニア系セラミック材料の製造方法においては、2〜5mol%のイットリアで部分安定化したジルコニアの中の1〜30体積%を未安定化ジルコニアで置換した粉末50〜99体積%と残部がアルミナ粉末とからなる混合粉末を成形焼結する。特許文献4に記載のジルコニア系セラミック材料は、ジルコニアマトリックスの平均粒径は0.5μm未満で95%以上の正方晶と5%以下の単斜晶とからなる。   In the method for producing a zirconia-based ceramic material described in Patent Document 4, 50 to 99 vol% of powder in which 1 to 30 vol% of zirconia partially stabilized with 2 to 5 mol% of yttria is replaced with unstabilized zirconia. Then, the mixed powder composed of alumina powder in the balance is molded and sintered. The zirconia-based ceramic material described in Patent Document 4 is composed of 95% or more of tetragonal crystals and 5% or less of monoclinic crystals when the average particle size of the zirconia matrix is less than 0.5 μm.

特開2001−80962号公報JP 2001-80962 A 特開2007−332026号公報JP 2007-332026 A 特開2009−23850号公報JP 2009-23850 A 特開平2−255570号公報JP-A-2-255570

以下の分析は、本発明の観点から与えられる。   The following analysis is given from the perspective of the present invention.

ジルコニア焼結体を例えば歯科用補綴材に適用する場合、その破壊靭性値がより高いことが望まれる。しかし、特許文献1〜3に記載の背景技術においては、低温劣化の抑制や曲げ強度の強化を図ってはいるが、ジルコニア焼結体の破壊靭性を高めることはできない。   When the zirconia sintered body is applied to, for example, a dental prosthetic material, it is desired that the fracture toughness value is higher. However, in the background art described in Patent Documents 1 to 3, the fracture toughness of the zirconia sintered body cannot be increased although the low temperature deterioration is suppressed and the bending strength is enhanced.

特許文献4に記載のジルコニア系セラミック材料においては、低温劣化加速試験前から単斜晶を含有すると共に、大気中200℃という穏やかな試験条件であっても単斜晶への相転移が進行しており、安定性に問題がある。   The zirconia-based ceramic material described in Patent Document 4 contains monoclinic crystals before the accelerated low-temperature degradation test, and the phase transition to monoclinic crystals proceeds even under mild test conditions of 200 ° C. in the atmosphere. There is a problem with stability.

一方、完全安定化ジルコニアにおいては、単斜晶への相転移は抑制することはできても、部分安定化ジルコニアより靭性や強度が低下してしまう。   On the other hand, in fully stabilized zirconia, although the phase transition to monoclinic crystal can be suppressed, the toughness and strength are lower than in partially stabilized zirconia.

また、ジルコニア焼結体を歯科用補綴材として使用するためには、強度の他にも、無色であること、及び半透明性を有することが要求されるが、安定化剤によっては着色が生じたり、透明性が失われたりしてしまうことがある。   Further, in order to use the zirconia sintered body as a dental prosthetic material, in addition to strength, it is required to be colorless and translucent, but coloring may occur depending on the stabilizer. Or transparency may be lost.

本発明の目的は、破壊靱性のより高いジルコニア焼結体を提供することである。また、本発明の目的は、該ジルコニア焼結体の前駆体となる組成物及び仮焼体を提供することである。 An object of the present invention is to provide a zirconia sintered body having higher fracture toughness. Another object of the present invention is to provide a set formed product and the calcined body that Do a precursor of the zirconia sintered body.

本発明の第1視点によれば、安定化剤として酸化イットリウムを含有する部分安定化ジルコニアをマトリックス相として有するジルコニア焼結体が提供される。ジルコニア焼結体の試料表面において、10μm×10μmの領域を256マス×256マスの格子状に区分した各マスにおける酸化イットリウムの濃度を質量%で表記した場合に、酸化イットリウムの表面濃度の標準偏差が0.8以上である。ただし、体積基準で5%〜50%の結晶化ガラスを含有するもの、及び大気中200℃で100時間加熱処理した場合に、ジルコニア結晶のうち10%以上が単斜晶として存在しているものを除く。 According to the first aspect of the present invention, there is provided a zirconia sintered body having partially stabilized zirconia containing yttrium oxide as a stabilizer as a matrix phase. The standard deviation of the surface concentration of yttrium oxide when the concentration of yttrium oxide in each mass obtained by dividing a 10 μm × 10 μm region into a grid of 256 cells × 256 cells on the sample surface of the zirconia sintered body is expressed in mass%. Is 0.8 or more. However, those containing 5% to 50% crystallized glass on a volume basis, and those in which 10% or more of zirconia crystals exist as monoclinic crystals when heat-treated at 200 ° C. for 100 hours in the atmosphere. except for.

上記第1視点の好ましい形態によれば、ジルコニア焼結体は、酸化ジルコニウム(IV)1molに対して4×10−4mol〜4×10−2molのリン(P)元素を含有する。 According to a preferred mode of the first aspect, the zirconia sintered body, containing phosphorus (P) element 4 × 10 -4 mol~4 × 10 -2 mol of the acid zirconium (IV) 1 mol.

上記第1視点の好ましい形態によれば、リン元素の含有率が0.01質量%〜1質量%である。   According to the preferable form of the first aspect, the phosphorus element content is 0.01% by mass to 1% by mass.

上記第1視点の好ましい形態によれば、標準偏差は2以下である。   According to a preferred form of the first aspect, the standard deviation is 2 or less.

上記第1視点の好ましい形態によれば、ジルコニア焼結体は、酸化アルミニウムを0.2質量%〜10質量%さらに含有する。   According to the preferable form of the first aspect, the zirconia sintered body further contains 0.2% by mass to 10% by mass of aluminum oxide.

上記第1視点の好ましい形態によれば、ジルコニア焼結体は、二酸化ケイ素を0.03質量%〜3質量%さらに含有する。   According to the preferable form of the first aspect, the zirconia sintered body further contains 0.03 mass% to 3 mass% of silicon dioxide.

上記第1視点の好ましい形態によれば、JISR1607に準拠して測定したジルコニア焼結体の破壊靭性値が6MPa・m 1/2 以上である。 According to the preferred form of the first aspect, the fracture toughness value of the zirconia sintered body measured according to JIS R1607 is 6 MPa · m 1/2 or more.

上記第1視点の好ましい形態によれば、ジルコニア焼結体を180℃、1MPaの条件で低温劣化加速試験を5時間施した場合に、低温劣化加速試験後のジルコニア焼結体の表面におけるX線回折パターンにおいて、正方晶由来の[111]ピークが生ずる位置付近に存在するピークの高さに対する単斜晶由来の[11−1]ピークが生ずる位置付近に存在するピークの高さの比が1以下である。   According to a preferred embodiment of the first aspect, when the zirconia sintered body is subjected to a low temperature deterioration accelerated test for 5 hours under the conditions of 180 ° C. and 1 MPa, X-rays on the surface of the zirconia sintered body after the low temperature deterioration accelerated test are obtained. In the diffraction pattern, the ratio of the height of the peak existing near the position where the [11-1] peak derived from the monoclinic crystal to the height of the peak existing near the position where the [111] peak derived from the tetragonal crystal is 1 is 1. It is as follows.

上記第1視点の好ましい形態によれば、部分安定化ジルコニアにおける酸化イットリウムの含有率は、酸化ジルコニウムと酸化イットリウムの合計mol数に対して2mol%〜5mol%である。 According to a preferred mode of the first aspect, the content of yttrium oxide in the section partial stabilized zirconia is 2 mol% 5 mol% relative to the total mol number of the oxide zirconium oxide, yttrium.

本発明の第2視点によれば、1350℃〜1550℃で焼結することにより、第1視点に係るジルコニア焼結体を得るための組成物が提供される。 According to a second aspect of the present invention, by sintering at 1350 ° C. to 1550 ° C., the set formed product to obtain a zirconia sintered body according to the first viewpoint is provided.

本発明の第3視点によれば、酸化イットリウムを含有する低安定化ジルコニア粒子と、低安定化ジルコニア粒子よりも酸化イットリウムを多く含有する高安定化ジルコニア粒子と、を含有する、ジルコニア焼結体を得るための組成物(ただし、体積基準で5%〜50%のガラス粉末を含有するものを除く)が提供される。低安定化ジルコニア粒子における酸化イットリウムの含有率は、酸化ジルコニウムと酸化イットリウムの合計mol数に対して1mol%以上2mol%未満である。酸化ジルコニアと酸化イットリウムの合計mol数に対する高安定化ジルコニア粒子における酸化イットリウムの含有率は、酸化ジルコニアと酸化イットリウムの合計mol数に対する低安定化ジルコニア粒子における酸化イットリウムの含有率よりも1mol%〜6mol%高い。 According to a third aspect of the present invention, containing a low-stabilized zirconia particles you yttrium oxide, and a high stabilized zirconia particles containing a large amount of yttrium oxide than the low-stabilized zirconia particles, zirconia sintered set composition as to obtain the body (except for containing 5% to 50% of glass powder on a volume basis) is provided. The content of yttrium oxide in the low-stabilized zirconia particles is 1 mol% or more and less than 2 mol% with respect to the total number of moles of zirconium oxide and yttrium oxide. The content of yttrium oxide in the high-stabilized zirconia particles to the total mol number of the zirconium oxide yttrium oxide, 1 mol% than the content of yttrium oxide in the low-stabilized zirconia particles to the total mol number of the zirconium oxide yttrium oxide ~6mol %high.

上記第3視点の好ましい形態によれば、高安定化ジルコニア粒子における酸化イットリウムの含有率は、酸化ジルコニウムと酸化イットリウムの合計mol数に対して2mol%以上8mol%未満である。 According to the preferred form of the third aspect, the content of yttrium oxide in the highly stabilized zirconia particles is 2 mol% or more and less than 8 mol% with respect to the total number of moles of zirconium oxide and yttrium oxide .

本発明の第3視点によれば、第2及び第3視点に係る組成物を800℃〜1100℃で焼成することにより得られるジルコニア焼結体を得るための仮焼体が提供される。 According to a third aspect of the present invention, obtained by baking the engagement Ru set Narubutsu the second and third viewpoint at 800 ° C. C. to 1100 ° C., the calcined body to obtain a zirconia sintered body is provided The

本発明の第4視点によれば、1400℃〜1600℃で焼結することにより、第1視点に係るジルコニア焼結体を得るための仮焼体が提供される。 According to a fourth aspect of the present invention, by sintering at 1400 ° C. to 1600 ° C., the calcined body to obtain a zirconia sintered body according to the first viewpoint it is provided.

なお、本発明のジルコニア焼結体には、ジルコニア粒子を加圧焼結法によらず焼結させた焼結体(常圧法焼結体)のみならず、HIP(Hot Isostatic Pressing;熱間静水等方圧プレス)処理によって緻密化させた焼結体も含まれる。   The zirconia sintered body of the present invention includes not only a sintered body obtained by sintering zirconia particles irrespective of the pressure sintering method (atmospheric pressure method sintered body) but also HIP (Hot Isostatic Pressing). A sintered body densified by an isotropic pressure process is also included.

また、本発明において「低温劣化加速試験」とは、ISO13356に準拠した試験をいう。ただし、ISO13356に規定されている条件は、「134℃、0.2MPa、5時間」であるが、本発明においては、条件をより過酷にするため、その条件を「180℃、1MPa」とし、試験時間は目的に応じて適宜設定する。以下においては、「低温劣化加速試験」を「水熱処理」又は「水熱処理試験」とも表記する。   In the present invention, the “low temperature deterioration acceleration test” refers to a test based on ISO13356. However, the conditions defined in ISO 13356 are “134 ° C., 0.2 MPa, 5 hours”, but in the present invention, in order to make the conditions more severe, the conditions are set to “180 ° C., 1 MPa” The test time is set appropriately according to the purpose. Hereinafter, the “low temperature deterioration acceleration test” is also referred to as “hydrothermal treatment” or “hydrothermal treatment test”.

本発明は、以下の効果のうち少なくとも1つを有する。   The present invention has at least one of the following effects.

本発明によれば、高破壊靱性のジルコニア焼結体、並びに当該ジルコニア焼結体を得るための組成物及び仮焼体を得ることができる。本発明のジルコニア焼結体は、歯科補綴材、工具等種々の用途に利用することができる。 According to the present invention, it is possible to obtain the zirconia sintered body of high fracture toughness, as well as a set forming material and the calcined body to obtain the zirconia sintered body. The zirconia sintered body of the present invention can be used for various applications such as dental prosthetic materials and tools.

実施例における破壊靭性値の測定試験結果を示すグラフ。The graph which shows the measurement test result of the fracture toughness value in an Example.

特願2009−192287の特許請求の範囲、明細書、図面及び要約書に記載の内容は、本書に繰り込み記載されているものとする。   The contents described in the claims, specification, drawings, and abstract of Japanese Patent Application No. 2009-192287 are incorporated herein by reference.

本発明のジルコニア焼結体について説明する。本発明のジルコニア焼結体は、部分安定化ジルコニア結晶粒子が主として焼結された焼結体であり、部分安定化ジルコニアをマトリックス相として有する。部分安定化ジルコニア結晶粒子における安定化剤としては、例えば、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、酸化イットリウム、酸化セリウム等の酸化物の酸化物が挙げられる。安定化剤は、ジルコニア粒子が部分安定化できるような量を添加すると好ましい。例えば、安定化剤として酸化イットリウムを使用する場合、酸化イットリウムの含有率は、酸化ジルコニウムと安定化剤の合計mol数に対して好ましくは2mol%〜5mol%(約3質量%〜9質量%)添加することができる。ジルコニア焼結体中の安定化剤の含有率は、例えば、誘導結合プラズマ(ICP;Inductively Coupled Plasma)発光分光分析によって測定することができる。   The zirconia sintered body of the present invention will be described. The zirconia sintered body of the present invention is a sintered body in which partially stabilized zirconia crystal particles are mainly sintered, and has partially stabilized zirconia as a matrix phase. Examples of the stabilizer in the partially stabilized zirconia crystal particles include oxides of oxides such as calcium oxide, magnesium oxide, yttrium oxide, and cerium oxide. The stabilizer is preferably added in such an amount that the zirconia particles can be partially stabilized. For example, when yttrium oxide is used as a stabilizer, the content of yttrium oxide is preferably 2 mol% to 5 mol% (about 3 mass% to 9 mass%) with respect to the total number of moles of zirconium oxide and stabilizer. Can be added. The content of the stabilizer in the zirconia sintered body can be measured, for example, by inductively coupled plasma (ICP) emission spectroscopy.

以下の説明において、単に「ジルコニア」と称するものは、部分安定化ジルコニアを意味するものとする。   In the following description, what is simply referred to as “zirconia” shall mean partially stabilized zirconia.

安定化剤は、ジルコニア焼結体において、全体的に、不均一に存在すると好ましい。安定化剤の不均一の程度は、例えば、安定化剤の濃度の標準偏差によって表すことができる。ジルコニア焼結体の試料表面における安定化剤の濃度を質量%で表示した場合に、例えば、計50,000点以上の部分における安定化剤濃度の標準偏差が0.8以上、より好ましくは1以上、さらに好ましくは1.5以上であると好ましい。また、安定化剤濃度の標準偏差は2以下であると好ましい。安定化剤濃度の標準偏差を0.8以上にすると、ジルコニア焼結体の破壊靭性値を高めることができる。安定化剤濃度の標準偏差が2より大きくなると、不安定性が高くなりすぎてしまう。   It is preferable that the stabilizer exists in the zirconia sintered body as a whole non-uniformly. The degree of heterogeneity of the stabilizer can be represented, for example, by the standard deviation of the stabilizer concentration. When the concentration of the stabilizer on the sample surface of the zirconia sintered body is expressed in mass%, for example, the standard deviation of the stabilizer concentration in a portion of a total of 50,000 points or more is 0.8 or more, more preferably 1 As described above, more preferably 1.5 or more. The standard deviation of the stabilizer concentration is preferably 2 or less. When the standard deviation of the stabilizer concentration is 0.8 or more, the fracture toughness value of the zirconia sintered body can be increased. If the standard deviation of the stabilizer concentration is greater than 2, the instability becomes too high.

当該標準偏差は、ジルコニア焼結体の試料表面10μm×10μmの領域の50,000点以上の濃度から算出すると好ましい。例えば、安定化剤濃度の標準偏差の測定方法としては、例えば、ジルコニア焼結体の試料表面において、10μm×10μmの正方形状の領域を縦256マス、横256マスの格子状に区分けし、各マス(計65536マス)における安定化剤の濃度を測定し、その標準偏差を求める。   The standard deviation is preferably calculated from the concentration of 50,000 points or more in the region of 10 μm × 10 μm of the sample surface of the zirconia sintered body. For example, as a method for measuring the standard deviation of the stabilizer concentration, for example, on the sample surface of the zirconia sintered body, a square region of 10 μm × 10 μm is divided into a grid of 256 cells in the vertical direction and 256 cells in the horizontal direction. The concentration of the stabilizer in the mass (total 65536 mass) is measured, and the standard deviation is obtained.

ジルコニア焼結体の試料表面における安定化剤の濃度の測定方法としては、例えば、電界放出型電子プローブマイクロアナライザ(FE−EPMA;Field Effect Electron Probe Micro Analyzer)等を用いて試料表面における安定化剤の濃度を測定することができる。試料表面濃度によらなくとも、ジルコニア焼結体の一部を採取して濃度を測定する方法であってもよい。   As a method for measuring the concentration of the stabilizer on the sample surface of the zirconia sintered body, for example, a stabilizer on the sample surface using a field emission electron probe microanalyzer (FE-EPMA) or the like is used. Concentration can be measured. A method of collecting a part of the zirconia sintered body and measuring the concentration without depending on the sample surface concentration may be used.

ジルコニア焼結体における安定化剤濃度、標準偏差、その測定方法等に係る事項は、仮焼体であっても同様であり、ここでの説明は省略する。 Stabilizer concentration in the zirconia sintered body, the standard deviation, the matters relating to the measuring method and the like is the same even calcined body, the description thereof is omitted here.

本発明のジルコニア焼結体は、リン(P)、ヒ素(As)、アンチモン(Sb)及びビスマス(Bi)のうち、少なくとも1つの元素(以下、「第15族元素」という)を含有すると好ましい。第15族元素を含有することにより、低温劣化加速試験による単斜晶への相転移を抑制することができる。また、破壊靱性も高めることができる。第15族元素のうち、安全性の観点から、リン、アンチモン及びビスマスのうち少なくともいずれかを使用すると好ましい。このうち、相転移抑制効果、焼結体の強度、及びコスト性の観点から、特にリンが好ましい。   The zirconia sintered body of the present invention preferably contains at least one element (hereinafter referred to as “Group 15 element”) of phosphorus (P), arsenic (As), antimony (Sb), and bismuth (Bi). . By containing the Group 15 element, it is possible to suppress the phase transition to the monoclinic crystal by the low temperature deterioration acceleration test. Moreover, fracture toughness can also be improved. Of the Group 15 elements, it is preferable to use at least one of phosphorus, antimony and bismuth from the viewpoint of safety. Among these, phosphorus is particularly preferable from the viewpoint of the effect of suppressing the phase transition, the strength of the sintered body, and the cost.

本発明のジルコニア焼結体における第15族元素の含有率は、酸化ジルコニウム(IV)1molに対して4×10−4mol〜4×10−2molにすると好ましく、4×10−3mol〜3×10−2molにするとより好ましく、8×10−3mol〜2×10−2molにするとさらに好ましい。第15族元素の含有率がこの範囲内にあると、正方晶から単斜晶への相転移の抑制効果が現れるからである。 The content of the Group 15 element in the zirconia sintered body of the present invention is preferably 4 × 10 −4 mol to 4 × 10 −2 mol with respect to 1 mol of zirconium (IV) oxide, and 4 × 10 −3 mol to 3 × 10 −2 mol is more preferable, and 8 × 10 −3 mol to 2 × 10 −2 mol is more preferable. This is because when the content of the Group 15 element is within this range, the effect of suppressing the phase transition from tetragonal to monoclinic appears.

第15族元素としてリンを使用する場合、相転移抑制効果の観点から、ジルコニア焼結体におけるリンの含有率は、酸化ジルコニウム及び酸化イットリウムの合計質量に対して、0.01質量%〜1質量%であると好ましく、0.1質量%〜0.6質量%であるとより好ましく、0.2質量%〜0.5質量%であるとさらに好ましい。   When using phosphorus as the Group 15 element, from the viewpoint of the effect of suppressing the phase transition, the phosphorus content in the zirconia sintered body is 0.01% by mass to 1% by mass with respect to the total mass of zirconium oxide and yttrium oxide. %, Preferably 0.1% to 0.6% by mass, and more preferably 0.2% to 0.5% by mass.

ジルコニア焼結体中における第15族元素の含有率は、ジルコニア焼結体の組成分析によって測定することができる。また、原料のジルコニア粒子の第15族元素の含有率及びジルコニア焼結体作製時に添加した第15族元素の添加率(すなわち焼成前の含有率)をジルコニア焼結体中における第15族元素の含有率(すなわち焼成後の含有率)をみなしてもよい。ただし、焼成によってある成分がジルコニア焼結体中から消失してしまい、焼成前の含有率と焼成後の含有率を実質的に同視できない場合には、組成分析によることとする。ジルコニア焼結体中の第15族元素の含有率は、例えば、誘導結合プラズマ(ICP;Inductively Coupled Plasma)発光分光分析によって測定することができる。   The content of the Group 15 element in the zirconia sintered body can be measured by composition analysis of the zirconia sintered body. Further, the content ratio of the Group 15 element in the raw zirconia particles and the addition ratio of the Group 15 element added at the time of preparing the zirconia sintered body (that is, the content ratio before firing) of the Group 15 element in the zirconia sintered body are determined. You may consider content rate (namely, content rate after baking). However, when a certain component disappears from the zirconia sintered body by firing, and the content before firing and the content after firing cannot be substantially equated, the composition analysis is performed. The content of the Group 15 element in the zirconia sintered body can be measured, for example, by inductively coupled plasma (ICP) emission spectroscopic analysis.

第15族元素は、ジルコニア結晶粒子中に包含されていてもよいし、結晶粒界中に存在していてもよい。すなわち、ジルコニア結晶粒子作製時に第15族元素を添加してもよいし、ジルコニア結晶粒子と第15族元素とを混合して所定の形状に成形してもよい。   The Group 15 element may be included in the zirconia crystal grains or may be present in the crystal grain boundaries. That is, the Group 15 element may be added when the zirconia crystal particles are produced, or the zirconia crystal particles and the Group 15 element may be mixed and formed into a predetermined shape.

本発明のジルコニア焼結体は、酸化アルミニウム(アルミナ)を含有すると好ましい。酸化アルミニウムを含有させると、低温劣化の進行を抑制することができる。また、ジルコニア焼結体の熱膨張率をガラスの熱膨張率に近づけることができるので、例えば歯科用補綴材として使用する場合に欠陥の発生を抑制することができる。本発明のジルコニア焼結体における酸化アルミニウムの含有率は、酸化ジルコニウム、酸化イットリウム及び酸化アルミニウムの合計質量に対して、0.2質量%〜10質量%であると好ましく、6質量%〜10質量%であるとより好ましい。   The zirconia sintered body of the present invention preferably contains aluminum oxide (alumina). When aluminum oxide is contained, the progress of low-temperature deterioration can be suppressed. Moreover, since the thermal expansion coefficient of a zirconia sintered compact can be approximated to the thermal expansion coefficient of glass, generation | occurrence | production of a defect can be suppressed when using, for example as a dental prosthetic material. The content of aluminum oxide in the zirconia sintered body of the present invention is preferably 0.2% by mass to 10% by mass with respect to the total mass of zirconium oxide, yttrium oxide and aluminum oxide, and 6% by mass to 10% by mass. % Is more preferable.

ジルコニア焼結体中における酸化アルミニウムの含有率は、ジルコニア焼結体の組成分析によって測定することができる。また、原料のジルコニア粒子の酸化アルミニウムの含有率及びジルコニア焼結体作製時に添加した酸化アルミニウムの添加率(すなわち焼成前の含有率)をジルコニア焼結体中における酸化アルミニウムの含有率(すなわち焼成後の含有率)をみなしてもよい。ただし、焼成によってある成分がジルコニア焼結体中から消失してしまい、焼成前の含有率と焼成後の含有率を実質的に同視できない場合には、組成分析によることとする。ジルコニア焼結体中の酸化アルミニウムの含有率は、例えば、誘導結合プラズマ(ICP;Inductively Coupled Plasma)発光分光分析によって測定することができる。   The content of aluminum oxide in the zirconia sintered body can be measured by composition analysis of the zirconia sintered body. Further, the content of aluminum oxide in the raw zirconia particles and the addition rate of aluminum oxide added during the preparation of the zirconia sintered body (that is, the content before firing) are the content of aluminum oxide in the zirconia sintered body (that is, after firing). Content rate). However, when a certain component disappears from the zirconia sintered body by firing, and the content before firing and the content after firing cannot be substantially equated, the composition analysis is performed. The content of aluminum oxide in the zirconia sintered body can be measured, for example, by inductively coupled plasma (ICP) emission spectroscopic analysis.

酸化アルミニウムは、ジルコニア結晶粒子中に包含されていてもよいし、結晶粒界中に存在していてもよい。すなわち、ジルコニア結晶粒子作製時に酸化アルミニウムを添加してもよいし、ジルコニア結晶粒子と酸化アルミニウムとを混合して所定の形状に成形してもよい。   Aluminum oxide may be included in the zirconia crystal grains or may exist in the crystal grain boundaries. That is, aluminum oxide may be added at the time of preparing zirconia crystal particles, or zirconia crystal particles and aluminum oxide may be mixed and formed into a predetermined shape.

本発明のジルコニア焼結体は、さらに二酸化ケイ素を含有すると好ましい。第15族元素(特にリン)と二酸化ケイ素とをジルコニア焼結体に含有させると、第15族元素のみを含有させるときより、相転移抑制効果をさらに高めることができる。本発明のジルコニア焼結体における二酸化ケイ素の含有率は、相転移抑制効果の観点から、酸化ジルコニウム、酸化イットリウム及び二酸化ケイ素の合計質量に対して、0.03質量%〜3質量%であると好ましく、0.05質量%〜1質量%であるとより好ましく、0.1質量%〜0.8質量%であるとさらに好ましい。   The zirconia sintered body of the present invention preferably further contains silicon dioxide. When the Group 15 element (particularly phosphorus) and silicon dioxide are contained in the zirconia sintered body, the effect of suppressing the phase transition can be further enhanced than when only the Group 15 element is contained. The content of silicon dioxide in the zirconia sintered body of the present invention is 0.03 mass% to 3 mass% with respect to the total mass of zirconium oxide, yttrium oxide and silicon dioxide from the viewpoint of the effect of suppressing the phase transition. Preferably, it is more preferably 0.05% by mass to 1% by mass, and further preferably 0.1% by mass to 0.8% by mass.

ジルコニア焼結体中における二酸化ケイ素の含有率は、ジルコニア焼結体の組成分析によって測定することができる。また、原料のジルコニア粒子の二酸化ケイ素の含有率及びジルコニア焼結体作製時に添加した二酸化ケイ素の添加率(すなわち焼成前の含有率)をジルコニア焼結体中における二酸化ケイ素の含有率(すなわち焼成後の含有率)をみなしてもよい。ただし、焼成によってある成分がジルコニア焼結体中から消失してしまい、焼成前の含有率と焼成後の含有率を実質的に同視できない場合には、組成分析によることとする。ジルコニア焼結体中の二酸化ケイ素の含有率は、例えば、誘導結合プラズマ(ICP;Inductively Coupled Plasma)発光分光分析によって測定することができる。   The content of silicon dioxide in the zirconia sintered body can be measured by composition analysis of the zirconia sintered body. In addition, the content of silicon dioxide in the raw zirconia particles and the addition rate of silicon dioxide added at the time of preparing the zirconia sintered body (that is, the content before firing) are the content of silicon dioxide in the zirconia sintered body (that is, after firing). Content rate). However, when a certain component disappears from the zirconia sintered body by firing, and the content before firing and the content after firing cannot be substantially equated, the composition analysis is performed. The content of silicon dioxide in the zirconia sintered body can be measured, for example, by inductively coupled plasma (ICP) emission spectroscopy.

二酸化ケイ素は、ジルコニア結晶粒子中に包含されていてもよいし、結晶粒界中に存在していてもよい。すなわち、ジルコニア結晶粒子作製時に二酸化ケイ素を添加してもよいし、ジルコニア結晶粒子と二酸化ケイ素とを混合して所定の形状に成形してもよい。   Silicon dioxide may be included in the zirconia crystal grains or may exist in the crystal grain boundaries. That is, silicon dioxide may be added at the time of preparing zirconia crystal particles, or zirconia crystal particles and silicon dioxide may be mixed and formed into a predetermined shape.

本発明のジルコニア焼結体におけるジルコニア結晶粒子の結晶型は、主として正方晶である。本発明のジルコニア焼結体は、低温劣化加速試験(水熱試験)未処理状態のX線回折パターンにおいて、単斜晶は実質的には検出されないと好ましい。本発明のジルコニア焼結体(水熱試験未処理状態)に単斜晶が含まれるとしても、X線回折パターンにおいて、2θが30°付近の正方晶由来の[111]ピークが生ずる位置付近に存在するピークの高さに対する、2θが28°付近の単斜晶由来の[11−1]ピークが生ずる位置付近に存在するピークの高さの比(すなわち、「2θが28°付近の単斜晶由来の[11−1]ピークが生ずる位置付近に存在するピークの高さ」/「2θが30°付近の正方晶由来の[111]ピークが生ずる位置付近に存在するピークの高さ」である;以下「ピーク比」という)は、0.2以下であると好ましく、0〜0.1であるとより好ましい。   The crystal form of the zirconia crystal particles in the zirconia sintered body of the present invention is mainly tetragonal. In the zirconia sintered body of the present invention, it is preferable that the monoclinic crystal is not substantially detected in the X-ray diffraction pattern in the untreated state at the low temperature deterioration acceleration test (hydrothermal test). Even if monoclinic crystals are contained in the zirconia sintered body of the present invention (untreated hydrothermal test state), in the X-ray diffraction pattern, a [111] peak derived from a tetragonal crystal with 2θ of around 30 ° is generated. The ratio of the height of the peak existing near the position where the [11-1] peak derived from the monoclinic crystal whose 2θ is around 28 ° to the height of the existing peak (ie, “monoclinic when 2θ is around 28 °) The height of the peak existing near the position where the [11-1] peak derived from the crystal occurs / the height of the peak existing near the position where the [111] peak derived from the tetragonal crystal with 2θ of around 30 ° occurs. Is; hereinafter referred to as “peak ratio”) is preferably 0.2 or less, and more preferably 0 to 0.1.

本発明のジルコニア焼結体の破壊靭性値は、低温劣化加速試験未処理の状態において、好ましくは6MPa・m 1/2 以上、より好ましくは8MPa・m 1/2 以上である。破壊靱性値は、JISR1607に準拠して測定する。 The fracture toughness value of the zirconia sintered body of the present invention is preferably 6 MPa · m 1/2 or more, more preferably 8 MPa · m 1/2 or more, in a state where the low temperature deterioration acceleration test has not been performed. The fracture toughness value is measured according to JIS R1607.

本発明のジルコニア焼結体の曲げ強度は、低温劣化加速試験未処理の状態において、好ましくは1000MPa以上、より好ましくは1100MPa以上である。曲げ強度は、JISR1601に準拠して測定する。   The bending strength of the zirconia sintered body of the present invention is preferably 1000 MPa or more, more preferably 1100 MPa or more, in a state where the low temperature deterioration acceleration test has not been processed. The bending strength is measured according to JIS R1601.

第15族元素を含有する本発明の好ましいジルコニア焼結体は、低温劣化の加速試験である水熱処理試験(低温劣化加速試験)を施しても正方晶から単斜晶への相転移を抑制することができる。特に、1450℃以上で焼成した焼結体について相転移抑制効果が顕著である。例えば、180℃、1MPaで5時間の水熱処理を本発明のジルコニア焼結体に施した場合、水熱処理後のジルコニア焼結体の表面におけるX線回折パターンにおいて、ピーク比は、好ましくは1以下であり、より好ましくは0.5以下であり、さらに好ましくは0.1以下であり、さらに好ましくは0.05以下であり、さらに好ましくは0.01以下である。   The preferred zirconia sintered body of the present invention containing a Group 15 element suppresses the phase transition from tetragonal to monoclinic even when subjected to a hydrothermal treatment test (low temperature degradation accelerated test) which is an accelerated test of low temperature degradation. be able to. In particular, the effect of suppressing the phase transition is remarkable for the sintered body fired at 1450 ° C. or higher. For example, when hydrothermal treatment at 180 ° C. and 1 MPa for 5 hours is performed on the zirconia sintered body of the present invention, the peak ratio in the X-ray diffraction pattern on the surface of the zirconia sintered body after hydrothermal treatment is preferably 1 or less More preferably, it is 0.5 or less, More preferably, it is 0.1 or less, More preferably, it is 0.05 or less, More preferably, it is 0.01 or less.

また、本発明のジルコニア焼結体に対して、180℃、1MPaで24時間の水熱処理を施した場合、水熱処理後のジルコニア焼結体の表面におけるX線回折パターンにおいて、ピーク比は、好ましくは3以下であり、より好ましくは2以下であり、さらに好ましくは1.5以下であり、さらに好ましくは1以下であり、さらに好ましくは0.5以下である。   Further, when hydrothermal treatment is performed at 180 ° C. and 1 MPa for 24 hours on the zirconia sintered body of the present invention, the peak ratio is preferably in the X-ray diffraction pattern on the surface of the zirconia sintered body after hydrothermal treatment. Is 3 or less, more preferably 2 or less, still more preferably 1.5 or less, still more preferably 1 or less, and still more preferably 0.5 or less.

本発明の好ましいジルコニア焼結体は、水熱処理試験を施してもその曲げ強度を高水準で維持することができる。例えば、本発明のジルコニア焼結体に対して、180℃、1MPaで24時間の水熱処理を施した場合、JISR1601に準拠して測定した水熱処理後のジルコニア焼結体の曲げ強度は、好ましくは50MPa以上であり、より好ましくは100MPa以上であり、さらに好ましくは500MPa以上であり、さらに好ましくは800MPa以上であり、さらに好ましくは1000MPa以上である。   The preferred zirconia sintered body of the present invention can maintain its bending strength at a high level even when subjected to a hydrothermal treatment test. For example, when the zirconia sintered body of the present invention is subjected to hydrothermal treatment at 180 ° C. and 1 MPa for 24 hours, the bending strength of the zirconia sintered body after hydrothermal treatment measured according to JIS R1601 is preferably It is 50 MPa or more, More preferably, it is 100 MPa or more, More preferably, it is 500 MPa or more, More preferably, it is 800 MPa or more, More preferably, it is 1000 MPa or more.

本発明の好ましいジルコニア焼結体は、水熱処理試験を施してもその寸法変化は小さく、高い寸法精度を維持することができる。本発明のジルコニア焼結体に対して、180℃、1MPaで24時間の水熱処理を施した場合、JISR1601に準拠して作製された水熱処理後のジルコニア焼結体の試験片の幅の膨張率は、未水熱処理の試験片の幅に対して、好ましくは0.6%以下であり、より好ましくは0.5%以下であり、さらに好ましくは0.3%以下であり、さらに好ましくは0.1%以下であり、さらに好ましくは0.05%以下である。   The preferred zirconia sintered body of the present invention has a small dimensional change even when subjected to a hydrothermal treatment test, and can maintain high dimensional accuracy. When the zirconia sintered body of the present invention is subjected to hydrothermal treatment at 180 ° C. and 1 MPa for 24 hours, the coefficient of expansion of the width of the test piece of the zirconia sintered body after hydrothermal treatment produced according to JIS R1601 Is preferably 0.6% or less, more preferably 0.5% or less, still more preferably 0.3% or less, and further preferably 0% or less with respect to the width of the test piece subjected to non-hydrothermal treatment. .1% or less, and more preferably 0.05% or less.

本発明のジルコニア焼結体における結晶粒子の粒径は特に限定されるものではない。   The particle size of the crystal particles in the zirconia sintered body of the present invention is not particularly limited.

本発明のジルコニア焼結体における相転移抑制効果は、ジルコニア焼結体中の粒径の影響を受けない。したがって、用途に応じて適宜好適な粒径を選択することができる。   The effect of suppressing the phase transition in the zirconia sintered body of the present invention is not affected by the particle size in the zirconia sintered body. Therefore, a suitable particle size can be selected appropriately according to the application.

本発明のジルコニア焼結体は、好ましくは、半透明性を有していると共に、無着色である。これにより、本発明にジルコニア焼結体は、顔料等を添加することにより用途に応じてその外観を調整することができる。例えば、本発明のジルコニア焼結体は、補綴材等の歯科用材料として好適に使用することができる。また、ジルコニア焼結体は、マット感がなく、未焼結のように見えない外観を有すると好ましい。   The zirconia sintered body of the present invention preferably has translucency and is not colored. Thereby, the external appearance of the zirconia sintered compact can be adjusted according to a use by adding a pigment etc. to this invention. For example, the zirconia sintered body of the present invention can be suitably used as a dental material such as a prosthetic material. Moreover, it is preferable that the zirconia sintered body does not have a matte feeling and has an appearance that does not look unsintered.

本発明においては、第15族元素及び二酸化ケイ素のうちの少なくとも1つをジルコニア焼結体中に含有させることにより、ジルコニア結晶粒子の粒径及び粒径分布に特に留意することなく、破壊靱性を高めつつも、低温劣化性を低下させたジルコニア焼結体を得ることができる。また、焼結温度をより高温にすることができるので、曲げ強度を高めることができる。これにより、高破壊靱性、高強度及び長期的安定性を有するジルコニア焼結体を得ることができる。第15族元素及び二酸化ケイ素の添加の効果及び利点については、特願2009−192287の特許請求の範囲、明細書及び図面に記載されているので、これを援用することにより、本書における詳細な説明は省略する。   In the present invention, by including at least one of the Group 15 element and silicon dioxide in the zirconia sintered body, the fracture toughness can be increased without paying particular attention to the particle size and particle size distribution of the zirconia crystal particles. It is possible to obtain a zirconia sintered body having a low temperature deterioration property while being increased. Further, since the sintering temperature can be increased, the bending strength can be increased. Thereby, a zirconia sintered body having high fracture toughness, high strength and long-term stability can be obtained. The effects and advantages of the addition of Group 15 elements and silicon dioxide are described in the claims, specifications and drawings of Japanese Patent Application No. 2009-192287, and the detailed description in this document is incorporated herein by reference. Is omitted.

次に、本発明のジルコニア焼結体を得るための組成物及び仮焼体について説明する。組成物及び仮焼体は、本発明のジルコニア焼結体の前駆体(中間製品)となるものである。組成物には、粉体、粉体を溶媒に添加した流体、及び粉体を所定の形状に成形した成形体も含まれる。 Next, the set formed product to obtain a zirconia sintered body of the present invention and the calcined body will be described. Set forming material and the calcined body is to be the precursor of the zirconia sintered body of the present invention (an intermediate product). The set formed product, powder, fluid powder was added to the solvent, and the molded element of the powder into a predetermined shape is also included.

本発明の組成物は、安定化剤を含有する又は含有しない低安定化ジルコニア粒子と、低安定化ジルコニア粒子よりも安定化剤を多く含有する高安定化ジルコニア粒子と、を含有する。すなわち、安定化剤の含有率(又は濃度)が異なる複数のジルコニア粒子を混合する。低安定化ジルコニア粒子における安定化剤の含有率は、酸化ジルコニウムと安定化剤の合計mol数に対して0mol%以上2mol%未満であると好ましい。高安定化ジルコニア粒子における安定化剤の含有率は、酸化ジルコニウムと安定化剤の合計mol数に対して2mol%以上8mol%未満であると好ましい。高安定化ジルコニア粒子の安定化剤の含有率は、低安定化ジルコニア粒子の安定化剤の含有率よりも0.5mol%〜7mol%高いと好ましく、1mol%〜7mol%高いとより好ましく、1.5mol%〜7mol%高いとさらに好ましい。例えば、低安定化ジルコニア粒子の安定化剤の含有率を1mol%とすることができ、高安定化ジルコニア粒子の安定化剤の含有率を3mol%とすることができる。低安定化ジルコニア粒子と高安定化ジルコニア粒子の混合比率については、低安定化ジルコニア粒子と高安定化ジルコニア粒子の合計質量に対して、低安定化ジルコニア粒子の含有率が5質量%〜40質量%であると好ましく、10質量%〜30質量%であるとより好ましく、15質量%〜25質量%であるとより好ましい。これにより、破壊靱性を高めることができるような安定化剤濃度の標準偏差が得られる。 Set composition as the present invention contains a low-stabilized zirconia particles not containing or containing a stabilizing agent, and a high stabilized zirconia particles containing a large amount of stabilizer than the low-stabilized zirconia particles. That is, a plurality of zirconia particles having different stabilizer contents (or concentrations) are mixed. The content of the stabilizer in the low-stabilized zirconia particles is preferably 0 mol% or more and less than 2 mol% with respect to the total number of moles of zirconium oxide and the stabilizer. The content of the stabilizer in the highly stabilized zirconia particles is preferably 2 mol% or more and less than 8 mol% with respect to the total number of moles of zirconium oxide and the stabilizer. The stabilizer content of the highly stabilized zirconia particles is preferably 0.5 mol% to 7 mol% higher than the stabilizer content of the low stabilized zirconia particles, more preferably 1 mol% to 7 mol% higher. More preferably, it is higher by 5 mol% to 7 mol%. For example, the stabilizer content of the low-stabilized zirconia particles can be 1 mol%, and the stabilizer content of the highly-stabilized zirconia particles can be 3 mol%. Regarding the mixing ratio of the low-stabilized zirconia particles and the highly-stabilized zirconia particles, the content of the low-stabilized zirconia particles is 5% by mass to 40% by mass with respect to the total mass of the low-stabilized zirconia particles and the high-stabilized zirconia particles. %, More preferably 10% by mass to 30% by mass, and even more preferably 15% by mass to 25% by mass. This provides a standard deviation in stabilizer concentration that can increase fracture toughness.

なお、本発明においては、「高安定化」と「低安定化」と2種類のジルコニア粒子を混合しているが、安定化剤含有率が異なる3種以上のジルコニア粒子を混合してもよい。この場合には、各ジルコニア粒子の安定化剤含有率及び配合比を適宜調節することにより安定化剤濃度の標準偏差を調節するようにする。   In the present invention, “highly stabilized” and “lowly stabilized” and two types of zirconia particles are mixed, but three or more types of zirconia particles having different stabilizer contents may be mixed. . In this case, the standard deviation of the stabilizer concentration is adjusted by appropriately adjusting the stabilizer content and the mixing ratio of each zirconia particle.

本発明の組成物は、第15族元素単体又は第15族元素含有化合物を含有すると好ましい。第15族元素単体又は第15族元素含有化合物は、ジルコニア結晶粒子中に含有されていてもよいし、ジルコニア結晶粒子間に存在していてもよい。ジルコニア結晶粒子は、造粒されていてもよい。組成物における第15族元素の含有率は、酸化ジルコニウム(IV)1molに対して4×10−4mol〜4×10−2molであると好ましく、4×10−3mol〜3×10−2molであるとより好ましく、8×10−3mol〜2×10−2molであるとさらに好ましい。なお、第15族元素含有化合物1分子中に2以上の第15族元素を含有する場合、第15族元素の含有率は、第15族元素含有化合物のmol数ではなく、第15族元素のmol数を基準にして算出する。第15族元素がリンである場合、相転移抑制効果の観点から、組成物におけるリンの含有率は、部分安定化ジルコニア粒子に対して0.01質量%〜1質量%であると好ましく、0.1質量%〜0.6質量%であるとより好ましく、0.2質量%〜0.5質量%であるとさらに好ましい。 Set composition as the present invention, preferably contains a Group 15 element or Group 15 element-containing compound. The group 15 element simple substance or the group 15 element-containing compound may be contained in the zirconia crystal particles or may exist between the zirconia crystal particles. The zirconia crystal particles may be granulated . The content of the Group 15 element in the set Narubutsu is preferable to be 4 × 10 -4 mol~4 × 10 -2 mol relative to zirconium oxide (IV) 1mol, 4 × 10 -3 mol~3 × 10 −2 mol is more preferable, and 8 × 10 −3 mol to 2 × 10 −2 mol is further preferable. In addition, when the group 15 element-containing compound contains two or more group 15 elements in one molecule, the content of the group 15 element is not the number of moles of the group 15 element-containing compound, but the group 15 element content. Calculated based on the number of moles. Preferably the case group 15 element is phosphorus, in terms of phase transition suppression effect, the content of phosphorus in the set Narubutsu, 0.01 mass% to 1 mass% with respect to partially stabilized zirconia particles, More preferably, it is 0.1 mass%-0.6 mass%, and it is further more preferable that it is 0.2 mass%-0.5 mass%.

本発明の組成物は、酸化アルミニウムを含有すると好ましい。酸化アルミニウムは、ジルコニア結晶粒子中に含有されていてもよいし、ジルコニア結晶粒子間に存在していてもよい。組成物における酸化アルミニウムの含有率は、酸化ジルコニウム、酸化イットリウム及び酸化アルミニウムの合計質量に対して、0.2質量%〜10質量%であると好ましく、6質量%〜10質量%であるとより好ましい。 Set composition as the present invention, preferably contains aluminum oxide. Aluminum oxide may be contained in the zirconia crystal particles or may exist between the zirconia crystal particles . The content of aluminum oxide in the set Narubutsu is zirconium oxide, based on the total weight of yttrium oxide and aluminum oxide, and preferably to be 0.2 wt% to 10 wt%, and 6 wt% to 10 wt% More preferred.

本発明の組成物は、さらに二酸化ケイ素を含有すると好ましい。二酸化ケイ素は、ジルコニア結晶粒子中に含有されていてもよいし、ジルコニア結晶粒子間に存在していてもよい。第15族元素(特にリン)と二酸化ケイ素とを組成物に含有させると、第15族元素のみを含有させるときより、ジルコニア焼結体の低温劣化に対する相転移抑制効果をさらに高めることができる。本発明の組成物における二酸化ケイ素の含有率は、相転移抑制効果の観点から、部分安定化ジルコニア粒子に対して0.03質量%〜3質量%であると好ましく、0.05質量%〜1質量%であるとより好ましく、0.1質量%〜0.8質量%であるとさらに好ましい。 Set composition as the present invention preferably further contains silicon dioxide. Silicon dioxide may be contained in the zirconia crystal particles or may exist between the zirconia crystal particles. The inclusion in the Group 15 element (in particular phosphorus) and the set formed was a silicon dioxide, it can be from time to incorporate only the Group 15 elements, further increasing the phase transition inhibitory effect on the low temperature degradation of the zirconia sintered body . The content of silicon dioxide in the composition of the present invention is preferably 0.03% by mass to 3% by mass, and 0.05% by mass to 1% with respect to the partially stabilized zirconia particles, from the viewpoint of the effect of suppressing phase transition. More preferably, it is more preferably 0.1% by mass to 0.8% by mass.

ジルコニア結晶粒子の粒径及び粒径分布は特に限定されるものではない。   The particle size and particle size distribution of the zirconia crystal particles are not particularly limited.

成物は、粉末状であってもよいし、成形されたものでもよいし、溶媒中にあってもよいし、溶媒を含んでいてもよい。また、組成物は、バインダ等の添加物を含有するものであってもよい。 Set Narubutsu may be a powder, may be one which is formed, may be in a solvent, may contain a solvent. Also, the set Narubutsu may be those containing an additive binder or the like.

本発明の組成物は、成形体である場合、いずれの成形方法によって成形されたものでもよく、例えばプレス成形、射出成形、光造形法によって成形されたものとすることができ、多段階的な成形を施したものでもよい。例えば、本発明の組成物をプレス成形した後に、さらにCIP(Cold Isostatic Pressing;冷間静水等方圧プレス)処理を施したものでもよい。 Set composition as the present invention, when a molded body is good, for example press molding, injection molding, can be assumed to have been formed by stereolithography which has been molded by any molding method, multistage It may be subjected to various moldings. For example, a set composition as the present invention after press-forming, further CIP (Cold Isostatic Pressing; cold hydrostatic isostatic pressing) process may be one subjected to.

本発明の組成物は、1350℃〜1550℃で焼成することにより本発明のジルコニア焼結体となる。 Set composition as the present invention will become zirconia sintered body of the present invention by firing at 1350 ° C. to 1550 ° C..

本発明の仮焼体は、ジルコニア粒子が焼結するに至らない温度で本発明の組成物を焼成したもの、又は本発明の組成物のジルコニア粒子を一部もしくは部分的に焼結させたものである。本発明の仮焼体における第15族元素含有率、酸化アルミニウム含有率及び二酸化ケイ素含有率は、本発明の組成物の場合と同様であり、ここでの説明は省略する。 Calcined body of the present invention include those which zirconia particles are fired set composition as the present invention at a temperature that does not lead to sintering, or zirconia particles set composition as the present invention is partially or partially sintered It is a thing. Provisional Group 15 element content in the baked body, an aluminum oxide content and silicon dioxide content of the present invention is similar to that of the set composition as the present invention, description thereof will be omitted.

本発明の仮焼体は、本発明の組成物を800℃〜1100℃で焼成することによって得られる。仮焼体の試料表面において、安定化剤は、全体的に、不均一に存在すると好ましい。 Calcined body of the present invention is obtained by firing the set composition as the present invention at 800 ° C. C. to 1100 ° C.. On the sample surface of the calcined body, the stabilizer is preferably present in a non-uniform manner as a whole.

本発明の仮焼体は、1350℃〜1600℃で焼成することにより、本発明のジルコニア焼結体となる。   The calcined body of the present invention becomes the zirconia sintered body of the present invention by firing at 1350 ° C. to 1600 ° C.

次に、本発明のジルコニア焼結体、並びにジルコニア焼結体の組成物及び仮焼体の製造方法について説明する。 Then, the zirconia sintered body of the present invention, as well as the set formed of the zirconia sintered body and a method for manufacturing a calcined body will be described.

以下においては、本発明の一実施形態として、ジルコニア結晶粒子中に所望量の第15族元素及び二酸化ケイ素が含有されていない場合の製造方法について説明する。   Hereinafter, as an embodiment of the present invention, a manufacturing method in the case where a desired amount of Group 15 element and silicon dioxide are not contained in zirconia crystal particles will be described.

第1に、高安定化ジルコニア結晶粒子と低安定化ジルコニア結晶粒子を準備する。高安定化ジルコニア粒子及び低安定化ジルコニア粒子における安定化剤濃度は、それぞれ上記の通りである。ジルコニア結晶粒子の粒径及び粒径分布は、適宜好適なものを選択する。   First, highly stabilized zirconia crystal particles and low stabilized zirconia crystal particles are prepared. The stabilizer concentration in the highly stabilized zirconia particles and the low stabilized zirconia particles is as described above. As the particle size and particle size distribution of the zirconia crystal particles, suitable ones are appropriately selected.

第2に、高安定化ジルコニア結晶粒子と、低安定化ジルコニア結晶粒子と、第15族元素含有化合物又は第15族元素単体とを混合して、本発明の組成物を作製する。以下、高安定化ジルコニア結晶粒子と低安定化ジルコニア結晶粒子の混合物を「ジルコニア結晶粒子」と表記する。まず、ジルコニア結晶粒子と第15族元素含有化合物又は第15族元素単体とを混合する。第15族元素は、酸化ジルコニウム(IV)1molに対して4×10−4mol〜4×10−2mol含有させると好ましく、4×10−3mol〜3×10−2mol含有させるとより好ましく、8×10−3mol〜2×10−2mol含有させるとさらに好ましい。第15族元素含有化合物1分子中に2以上の第15族元素を含有する場合、第15族元素含有化合物のmol数ではなく、第15族元素のmol数を基準にして計算する。 Second, the high-stabilized zirconia crystal particles, and a low-stabilized zirconia crystal particles, the Group 15 element-containing compounds or Group 15 element alone and a mixture of, to produce a set composition as the present invention. Hereinafter, a mixture of highly stabilized zirconia crystal particles and low stabilized zirconia crystal particles is referred to as “zirconia crystal particles”. First, zirconia crystal particles and a Group 15 element-containing compound or a Group 15 element simple substance are mixed. The Group 15 element is preferably contained in an amount of 4 × 10 −4 mol to 4 × 10 −2 mol with respect to 1 mol of zirconium (IV) oxide, and more preferably in an amount of 4 × 10 −3 mol to 3 × 10 −2 mol. Preferably, 8 × 10 −3 mol to 2 × 10 −2 mol are more preferable. When two or more Group 15 elements are contained in one molecule of a Group 15 element-containing compound, the calculation is based on the number of moles of the Group 15 element, not the number of moles of the Group 15 element-containing compound.

第15族元素含有化合物としてリン含有化合物を使用する場合、リン含有化合物は、無機化合物と有機化合物のいずれであってもよい。無機化合物を使用する場合、例えば、リン酸類やリン酸塩類を使用することができる。この場合、例えば、リン酸(HPO)、リン酸アルミニウム(AlPO)、リン酸マグネシウム(Mg(PO)、リン酸カルシウム(Ca(PO)、リン酸水素マグネシウム(MgHPO)、リン酸二水素マグネシウム(Mg(HPO)、リン酸水素カルシウム(CaHPO)、リン酸二水素アンモニウム((NH)HPO)等を使用することができる。また、有機化合物を使用する場合、例えば、ホスフィンオキサイド類を使用することができる。 When a phosphorus-containing compound is used as the Group 15 element-containing compound, the phosphorus-containing compound may be either an inorganic compound or an organic compound. When an inorganic compound is used, for example, phosphoric acids and phosphates can be used. In this case, for example, phosphoric acid (H 3 PO 4 ), aluminum phosphate (AlPO 4 ), magnesium phosphate (Mg 3 (PO 4 ) 2 ), calcium phosphate (Ca 3 (PO 4 ) 2 ), magnesium hydrogen phosphate (MgHPO 4 ), magnesium dihydrogen phosphate (Mg (H 2 PO 4 ) 2 ), calcium hydrogen phosphate (CaHPO 4 ), ammonium dihydrogen phosphate ((NH 4 ) H 2 PO 4 ), etc. Can do. Moreover, when using an organic compound, phosphine oxides can be used, for example.

第15族元素含有化合物としてヒ素含有化合物を使用する場合、例えば、酸化ヒ素化合物等を使用することができる。   When using an arsenic-containing compound as the Group 15 element-containing compound, for example, an arsenic oxide compound or the like can be used.

第15族元素含有化合物としてアンチモン含有化合物を使用する場合、酸化アンチモン化合物等を使用することができる。   When an antimony-containing compound is used as the Group 15 element-containing compound, an antimony oxide compound or the like can be used.

第15族元素含有化合物としてビスマス含有化合物を使用する場合、酸化ビスマス化合物等を使用することができる。   When a bismuth-containing compound is used as the Group 15 element-containing compound, a bismuth oxide compound or the like can be used.

本発明のジルコニア焼結体を、歯科用補綴材のように人体に使用する場合には、第15族元素含有化合物は、人体に対して悪影響が小さいものであると好ましく、人体に対して無害であるとより好ましい。   When the zirconia sintered body of the present invention is used for a human body like a dental prosthetic material, the Group 15 element-containing compound is preferably one that has a small adverse effect on the human body, and is harmless to the human body. Is more preferable.

成物には、さらに二酸化ケイ素を添加すると好ましい。二酸化ケイ素は、酸化ジルコニウム、酸化イットリウム及び二酸化ケイ素の合計質量に対して、0.03質量%〜3質量%、より好ましくは0.05質量%〜1質量%、さらに好ましくは0.1質量%〜0.8質量%含有させると好ましい。 The set formed product, preferably further addition of silicon dioxide. Silicon dioxide is 0.03% by mass to 3% by mass, more preferably 0.05% by mass to 1% by mass, and still more preferably 0.1% by mass with respect to the total mass of zirconium oxide, yttrium oxide and silicon dioxide. It is preferable to contain ~ 0.8 mass%.

成物には、さらに酸化アルミニウムを添加すると好ましい。酸化アルミニウムの含有率は、酸化ジルコニウム、酸化イットリウム及び酸化アルミニウムの合計質量に対して、0.2質量%〜10質量%であると好ましく、6質量%〜10質量%であるとより好ましい。 The set formed product, preferably further addition of aluminum oxide. The content of aluminum oxide is preferably 0.2% by mass to 10% by mass, and more preferably 6% by mass to 10% by mass with respect to the total mass of zirconium oxide, yttrium oxide, and aluminum oxide.

成物には、バインダを添加してもよい。バインダの添加の有無は、焼結体の製造目的に応じて適宜選択することができる。バインダを使用する場合、例えばアクリル系バインダを使用することができる。 The set formed product, may be added to the binder. The presence or absence of the addition of the binder can be appropriately selected according to the purpose of manufacturing the sintered body. When using a binder, for example, an acrylic binder can be used.

混合方法は、乾式混合と湿式混合のいずれであってもよい。湿式混合の場合、溶媒として、例えば、水、アルコール等を使用することができる。また、混合は、手動混合でも良いし、機械混合でもよい。混合前のジルコニア結晶粒子が2次粒子を形成している場合には、2次粒子をできる限り解砕して混合すると好ましい。   The mixing method may be either dry mixing or wet mixing. In the case of wet mixing, for example, water, alcohol or the like can be used as a solvent. Further, the mixing may be manual mixing or mechanical mixing. When the zirconia crystal particles before mixing form secondary particles, it is preferable to pulverize and mix the secondary particles as much as possible.

第3に、組成物を所望の形状に加圧成形する。加圧成形方法は、適宜好適な方法を選択することができる。加圧圧力は、例えば20MPa以上とすることができる。加圧成形後、組成物に、例えば150MPa以上の圧力で、CIP(Cold Isostatic Pressing;冷間静水等方圧プレス)をさらに施してもよい。 Third, to compression molding a set Narubutsu into a desired shape. As the pressure molding method, a suitable method can be appropriately selected. The pressurizing pressure can be set to 20 MPa or more, for example. After pressure molding, the set formed product, for example at a pressure greater than or equal to 150 MPa, CIP; may be further subjected to (Cold Isostatic Pressing cold hydrostatic isostatic pressing).

加圧成形前に、組成物は、ジルコニア粒子を顆粒に造粒したものにしてもよい。また、混合時に溶媒を使用した場合には、加圧成形前や予備成形前にまず溶媒を除去する。溶媒は、例えば、顆粒に造粒する際にスプレードライヤーによって除去してもよいし、オーブン乾燥で除去してもよい。 Before pressing, the set Narubutsu may be the ones to granulate the zirconia particles into granules. When a solvent is used during mixing, the solvent is first removed before pressure molding or pre-molding. For example, the solvent may be removed by a spray drier when granulated into granules, or may be removed by oven drying.

成物は、加圧成形後、切削や研削等により、所望の形状に加工することもできる。 Set Narubutsu after pressure molding, by machining or grinding or the like, it can also be processed into a desired shape.

第4に、焼結前に、組成物を仮焼して仮焼体を作製してもよい。この場合、仮焼条件は、例えば、仮焼温度800℃〜1100℃で、その保持時間を1時間〜3時間とすることができる。 Fourth, prior to sintering, the set Narubutsu may be produced calcined to calcined body. In this case, the calcination conditions are, for example, a calcination temperature of 800 ° C. to 1100 ° C. and a holding time of 1 hour to 3 hours.

仮焼体は、仮焼後、切削や研削等により、所望の形状に加工することもできる。   The calcined body can be processed into a desired shape by cutting or grinding after calcining.

第5に、組成物又は仮焼体を焼成して、ジルコニア粒子を焼結させて、ジルコニア焼結体を作製する。焼成温度は、1350℃以上にすると好ましい。第15族元素を含有する場合、焼成温度は、1450℃以上であると好ましい。焼成温度が低いと、ジルコニア焼結体の強度が低くなってしまう。また、焼成温度をより高くしたほうが低温劣化における相転移抑制効果を高めることができる。例えば、好ましくは1500℃より高く、より好ましくは1550℃より焼成温度を高くして焼成した本発明のジルコニア焼結体は、水熱処理による単斜晶への相転移を効率的に抑制することができる。 Fifth, by firing a set Narubutsu or calcined body, the zirconia particles by sintering, to produce a zirconia sintered body. The firing temperature is preferably 1350 ° C. or higher. When a Group 15 element is contained, the firing temperature is preferably 1450 ° C. or higher. If the firing temperature is low, the strength of the zirconia sintered body will be low. Moreover, the higher the firing temperature, the higher the effect of suppressing phase transition in low temperature degradation. For example, the zirconia sintered body of the present invention, preferably fired at a firing temperature higher than 1500 ° C., more preferably higher than 1550 ° C., can effectively suppress the phase transition to monoclinic crystals due to hydrothermal treatment. it can.

焼成は、大気圧空気雰囲気下で実施することができる。   Firing can be carried out in an atmospheric air atmosphere.

第6に、ジルコニア焼結体は、緻密性を高めるために、さらにHIP処理を施してもよい。   Sixth, the zirconia sintered body may be further subjected to HIP treatment in order to improve the denseness.

ジルコニア焼結体の製造方法についての上記説明においては、ジルコニア結晶粒子中に所望量の第15族元素含有化合物と二酸化ケイ素が含有されていない場合について説明したが、所望量の第15族元素含有化合物及び二酸化ケイ素のうち少なくとも一方がジルコニア結晶粒子中に元々包含されていてもよいし、所望量の一部がジルコニア結晶粒子中に包含されていてもよい。その場合は、ジルコニア結晶粒子中の第15族元素含有化合物又は二酸化ケイ素の含有量を考慮して、それぞれの添加量を調整するようにする。例えば、ジルコニア結晶粒子中に所望量の二酸化ケイ素が含有されている場合には、組成物作製時には第15族元素含有化合物のみを添加すればよい。また、ジルコニア結晶粒子中に所望量の一部の二酸化ケイ素が含有されている場合には、組成物作製時には第15族元素含有化合物と共に、所望量残部の二酸化ケイ素を添加すればよい。それ以外は、上記方法と同様である。 In the above description of the method for producing a zirconia sintered body, the case where the desired amount of the Group 15 element-containing compound and silicon dioxide are not contained in the zirconia crystal particles has been described, but the desired amount of the Group 15 element is contained. At least one of the compound and silicon dioxide may be originally included in the zirconia crystal particles, or a part of a desired amount may be included in the zirconia crystal particles. In that case, the amount of each additive is adjusted in consideration of the content of the Group 15 element-containing compound or silicon dioxide in the zirconia crystal particles. For example, if it is contained in the desired amount of silicon dioxide in the zirconia crystal grains, the set Narubutsu during manufacturing may be added only Group 15 element-containing compound. Further, when a portion of the silicon dioxide of a desired amount into the zirconia crystal particles are contained, the set Narubutsu when made with a Group 15 element-containing compound may be added to silicon dioxide of a desired amount of balance. The rest is the same as the above method.

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[ジルコニア焼結体の製造]
安定化剤としてイットリアを使用したジルコニア焼結体を作製した。実施例1〜4において使用した高安定化ジルコニア結晶粒子(株式会社ノリタケカンパニーリミテド社製)及び低安定化ジルコニア結晶粒子(株式会社ノリタケカンパニーリミテド社製)のイットリア含有率を表1に示す。それぞれ、酸化ジルコニウムと酸化イットリウムの合計mol数に対する酸化イットリウムの含有率を示す。高安定化ジルコニア結晶粒子と低安定化ジルコニア粒子を解砕しながら、表1に示す配合で水中混合して組成物を作製した。実施例2及び4においては、ジルコニア粒子及びイットリアの合計質量に対してリン元素の含有率が表1のようになるようにリン酸を組成物に添加した。また、二酸化ケイ素を、ジルコニア粒子、イットリア及び二酸化ケイ素の合計質量に対して表1となるように添加し、酸化アルミニウムを、ジルコニア粒子、イットリア及び酸化アルミニウムの合計質量に対して表1となるように添加した。
[Manufacture of zirconia sintered body]
A zirconia sintered body using yttria as a stabilizer was prepared. Table 1 shows the yttria content of the highly stabilized zirconia crystal particles (manufactured by Noritake Company Limited) and the low stabilized zirconia crystal particles (manufactured by Noritake Company Limited) used in Examples 1 to 4. The content ratio of yttrium oxide with respect to the total number of moles of zirconium oxide and yttrium oxide is shown. While beating high-stabilized zirconia crystal particles and the low-stabilized zirconia particles, to produce a set Narubutsu by mixing water with the formulation shown in Table 1. In Examples 2 and 4, the content of elemental phosphorus is added to the set growth was phosphate so that as shown in Table 1 with respect to the total mass of the zirconia particles and yttria. Moreover, silicon dioxide is added so that it may become Table 1 with respect to the total mass of a zirconia particle, a yttria, and silicon dioxide, and aluminum oxide will become Table 1 with respect to the total mass of a zirconia particle, a yttria, and aluminum oxide. Added to.

次に、スプレードライヤーによって溶媒を除去すると共にジルコニア粒子を顆粒に造粒した。次に、30MPaのプレスにより組成物を成形して、直径19mm、厚さ2mmの形状とした。さらに、組成物は、1400℃、170MPaでHIP(Hot Isostatic Pressing;熱間静水等方圧プレス)処理を施し、緻密化させた。次に、各組成物を表に示す各温度で1.5時間焼成して、ジルコニア焼結体を作製した。 Next, the solvent was removed by a spray dryer and zirconia particles were granulated into granules. Then, by molding by Ri set Narubutsu to the press of 30MPa, has a diameter of 19mm, with a thickness of 2mm shape. Furthermore, the set Narubutsu is, 1400 ° C., HIP at 170 MPa; subjecting the (Hot Isostatic Pressing hot hydrostatic isostatic pressing) process for tightening. Then, each set Narubutsu was calcined 1.5 hours at each temperature shown in Table, to prepare a zirconia sintered body.

比較例として、安定化剤の濃度ばらつきの小さいジルコニア焼結体を作製した。比較例1及び2においては、ジルコニア結晶粒子を1種類のみ使用している。主な組成を表2に示す。比較例1において、原料として使用したジルコニア粉末は、結晶粒子中に酸化イットリウムを5.2±0.5質量%(3mol%)含有するジルコニア粉末(東ソー株式会社製;品番TZ−3Y−E)のみである。このジルコニア粉末における二酸化ケイ素含有率は、0.02質量%以下(製品規格値)であり、アルミナ含有率は0.1質量%〜0.4質量%(製品規格値)である。比較例2において、原料として使用したジルコニア粉末は、結晶粒子中に酸化イットリウムを5.2質量%(3mol%)、二酸化ケイ素を0.1質量%、アルミナを約0.5質量%含有するジルコニア粉末(株式会社ノリタケカンパニーリミテド社製)のみである。比較例においては、リン含有化合物は添加していない。 As a comparative example, a zirconia sintered body having a small concentration variation of the stabilizer was produced. In Comparative Examples 1 and 2, only one type of zirconia crystal particles is used. The main composition is shown in Table 2. In Comparative Example 1, the zirconia powder used as a raw material, a 5.2 ± 0.5 wt% yttrium oxide in the crystal grain (3 mol%) content to distearate zirconia powder (manufactured by Tosoh Corporation; No. TZ-3Y- E) only. The silicon dioxide content in the zirconia powder is 0.02% by mass or less (product standard value), and the alumina content is 0.1% by mass to 0.4% by mass (product standard value). In Comparative Example 2, zirconia powder used as a raw material, 5.2 wt% of yttrium oxide in the crystal grain (3 mol%), silicon dioxide 0.1 wt%, you containing about 0.5 wt% of alumina di zirconia powder (manufactured by Noritake Co., Ltd.) is the only. In the comparative example, no phosphorus-containing compound is added.

[ジルコニア焼結体におけるイットリア濃度の測定]
実施例及び比較例に係るジルコニア焼結体の断面におけるイットリア濃度分布を測定した。濃度分布の測定面を得るための前処理をした。まず、ジルコニア焼結体の表面を2000番の研磨材で機械鏡面研磨した。次に、研磨面を1350℃で10分間サーマルエッチングし、当該領域を測定面とした。測定面におけるイットリア濃度測定は、電界放出型電子プローブマイクロアナライザ(FE−EPMA)(日本電子株式会社製JXA−8500F)で測定した。この濃度測定装置においては、10μm×10μmの測定領域を縦256個、横256個のマス目状に区分し、倍率10,000倍で各マスにおけるイットリア濃度を測定する。計65,536点の測定濃度から標準偏差を算出した。結果を表1に示す。
[Measurement of yttria concentration in zirconia sintered body]
The yttria concentration distribution in the cross section of the zirconia sintered compact concerning an Example and a comparative example was measured. Pre-processing was performed to obtain a measurement surface for concentration distribution. First, the surface of the zirconia sintered body was mechanically mirror-polished with No. 2000 abrasive. Next, the polished surface was thermally etched at 1350 ° C. for 10 minutes, and this region was used as a measurement surface. The yttria concentration on the measurement surface was measured with a field emission electron probe microanalyzer (FE-EPMA) (JXA-8500F manufactured by JEOL Ltd.). In this concentration measuring apparatus, a measurement region of 10 μm × 10 μm is divided into 256 vertical and 256 horizontal grids, and the yttria concentration in each mass is measured at a magnification of 10,000 times. The standard deviation was calculated from the measured concentration of 65,536 points in total. The results are shown in Table 1.

イットリア濃度の異なる複数のジルコニア粒子を混合してジルコニア焼結体を作製することにより、1種類のジルコニア粒子から作製したジルコニア焼結体に比べて、安定化剤濃度の標準偏差の大きいジルコニア焼結体を得ることができた。   By producing a zirconia sintered body by mixing a plurality of zirconia particles having different yttria concentrations, the zirconia sintered body having a large standard deviation of the stabilizer concentration compared to a zirconia sintered body produced from one kind of zirconia particles. I was able to get a body.

実施例及び比較例に係る本発明のジルコニア焼結体について破壊靱性測定及び曲げ強度測定を実施した。   Fracture toughness measurement and bending strength measurement were performed on the zirconia sintered bodies of the present invention according to Examples and Comparative Examples.

[破壊靱性値測定試験]
破壊靱性値測定試験は、JISR1607に準拠して実施した。測定結果を表1及び表2に示す。また、図1に、安定化剤濃度の標準偏差(横軸)に対する破壊靭性値(縦軸)の変化を示すグラフを示す。実施例は黒四角のプロットで示し、比較例は白丸のプロットで示す。図1より、安定化剤濃度の標準偏差と破壊靭性値とは比例的関係にあることが分かる。安定化剤濃度の標準偏差を高めた実施例1〜4のジルコニア焼結体においては、通常の方法で作製した比較例1〜2のジルコニア焼結体に比べて、破壊靭性値をより高めることができた。
[Fracture toughness measurement test]
The fracture toughness value measurement test was performed in accordance with JIS R1607. The measurement results are shown in Tables 1 and 2. FIG. 1 is a graph showing the change in fracture toughness value (vertical axis) with respect to the standard deviation (horizontal axis) of the stabilizer concentration. Examples are indicated by black square plots, and comparative examples are indicated by white circle plots. FIG. 1 shows that the standard deviation of the stabilizer concentration and the fracture toughness value are in a proportional relationship. In the zirconia sintered bodies of Examples 1 to 4 in which the standard deviation of the stabilizer concentration is increased, the fracture toughness value is further increased as compared with the zirconia sintered bodies of Comparative Examples 1 and 2 produced by a normal method. I was able to.

少なくとも、酸化アルミニウム含有率が0.2質量%〜10質量%であるとき破壊靭性値を高めることができた。また、破壊靭性値はリン含有の有無により影響されなかった。すなわち、リンを含有させることにより、水熱劣化抑制効果も付与できることが分かった(特願2009−192287参照)。   The fracture toughness value could be increased when the aluminum oxide content was at least 0.2 mass% to 10 mass%. Also, the fracture toughness value was not affected by the presence or absence of phosphorus. That is, it has been found that by containing phosphorus, a hydrothermal deterioration suppressing effect can also be imparted (see Japanese Patent Application No. 2009-192287).

また、本発明においては、焼結温度範囲が、少なくとも、1350℃〜1550℃であれば、焼結温度は破壊靭性値に大きな影響を及ぼすことがないことが分かった。   Further, in the present invention, it was found that if the sintering temperature range is at least 1350 ° C. to 1550 ° C., the sintering temperature does not significantly affect the fracture toughness value.

[曲げ強度測定試験]
曲げ強度試験は、JISR1601に準拠して実施した。測定結果を表1及び表2に示す。安定化剤濃度の標準偏差を大きくしても、曲げ強度には影響しないことがわかった。これより、本発明によれば、曲げ強度を低下させることなく、破壊靭性値を高めることができる。
[Bending strength measurement test]
The bending strength test was performed according to JIS R1601. The measurement results are shown in Tables 1 and 2. It was found that increasing the standard deviation of the stabilizer concentration did not affect the bending strength. From this, according to this invention, a fracture toughness value can be raised, without reducing bending strength.

なお、上述において、酸化ジルコニウム(分子量123.22)1molに対する第15族元素のmol数を算出する際には、安定化剤(例えば酸化イットリウム)及びその他の化合物の存在を考慮して、部分安定化ジルコニア粉末中の酸化ジルコニウム含有率は、一律(二酸化ケイ素の含有率に関わらず)94.5%としている。   In the above description, when calculating the number of moles of the Group 15 element with respect to 1 mole of zirconium oxide (molecular weight 123.22), the presence of a stabilizer (for example, yttrium oxide) and other compounds is considered. The zirconium oxide content in the zirconia powder is 94.5% (regardless of the silicon dioxide content).

上述において、「〜」で表記された範囲のうち、上限及び下限を示す数値は、その範囲に含まれる。   In the above description, numerical values indicating the upper limit and the lower limit in the range represented by “to” are included in the range.

本発明のジルコニア焼結体、並びにジルコニア焼結体の組成物及び仮焼体は、上記実施形態に基づいて説明されているが、上記実施形態に限定されることなく、本発明の範囲内において、かつ本発明の基本的技術思想に基づいて、上記実施形態に対し種々の変形、変更及び改良を含むことができることはいうまでもない。また、本発明の請求の範囲の枠内において、種々の開示要素の多様な組み合わせ・置換ないし選択が可能である。 Zirconia sintered body of the present invention, as well as the set formed product and the calcined body of the zirconia sintered body has been described based on the above embodiment, without being limited to the above embodiments, within the scope of the present invention However, it is needless to say that various modifications, changes and improvements can be included in the above embodiment based on the basic technical idea of the present invention. Further, various combinations, substitutions, or selections of various disclosed elements are possible within the scope of the claims of the present invention.

本発明のさらなる課題、目的及び展開形態は、請求の範囲を含む本発明の全開示事項からも明らかにされる。   Further problems, objects, and developments of the present invention will become apparent from the entire disclosure of the present invention including the claims.

本発明のジルコニア焼結体は、高強度、高靭性、長寿命、高信頼性、小寸法変化、無着色性・半透明性等の利点により、補綴材等の歯科用材料、フェルールやスリーブ等の光ファイバ用接続部品、各種工具(例えば、粉砕ボール、切削具)、各種部品(例えば、ネジ、ボルト・ナット)、各種センサ、エレクトロニクス用部品、装飾品(例えば、時計のバンド)等の種々の用途に利用することができる。   The zirconia sintered body of the present invention has advantages such as high strength, high toughness, long life, high reliability, small dimensional change, non-coloring property / translucency, etc., dental materials such as prosthetic materials, ferrules, sleeves, etc. Connection parts for optical fibers, various tools (for example, pulverized balls, cutting tools), various parts (for example, screws, bolts and nuts), various sensors, electronic parts, ornaments (for example, watch bands), etc. It can be used for

Claims (14)

安定化剤として酸化イットリウムを含有する部分安定化ジルコニアをマトリックス相として有し、
ジルコニア焼結体の試料表面において、10μm×10μmの領域を256マス×256マスの格子状に区分した各マスにおける酸化イットリウムの濃度を質量%で表記した場合に、酸化イットリウムの表面濃度の標準偏差が0.8以上である(ただし、体積基準で5%〜50%の結晶化ガラスを含有するもの、及び大気中200℃で100時間加熱処理した場合に、ジルコニア結晶のうち10%以上が単斜晶として存在しているものを除く)ことを特徴とするジルコニア焼結体。
Having partially stabilized zirconia as a matrix phase containing yttrium oxide as a stabilizer,
The standard deviation of the surface concentration of yttrium oxide when the concentration of yttrium oxide in each mass obtained by dividing a 10 μm × 10 μm region into a grid of 256 cells × 256 cells on the sample surface of the zirconia sintered body is expressed in mass%. Is 0.8 or more (provided that when 5% to 50% of crystallized glass is contained on a volume basis and when heat-treated at 200 ° C. for 100 hours in the atmosphere, 10% or more of zirconia crystals are single. A zirconia sintered body characterized by excluding those existing as oblique crystals) .
化ジルコニウム(IV)1molに対して4×10−4mol〜4×10−2molのリン(P)元素を含有することを特徴とする請求項1に記載のジルコニア焼結体。 Zirconia sintered body according to claim 1, characterized in that it contains phosphorus (P) element 4 × 10 -4 mol~4 × 10 -2 mol of the acid zirconium (IV) 1 mol. リン元素の含有率が0.01質量%〜1質量%であることを特徴とする請求項に記載のジルコニア焼結体。 The zirconia sintered body according to claim 2 , wherein the phosphorus element content is 0.01 mass% to 1 mass%. 前記標準偏差は2以下であることを特徴とする請求項1〜のいずれか一項に記載のジルコニア焼結体。 The zirconia sintered body according to any one of claims 1 to 3 , wherein the standard deviation is 2 or less. 酸化アルミニウムを0.2質量%〜10質量%さらに含有することを特徴とする請求項1〜のいずれか一項に記載のジルコニア焼結体。 The zirconia sintered body according to any one of claims 1 to 4 , further comprising 0.2% by mass to 10% by mass of aluminum oxide. 二酸化ケイ素を0.03質量%〜3質量%さらに含有することを特徴とする請求項1〜のいずれか一項に記載のジルコニア焼結体。 The zirconia sintered body according to any one of claims 1 to 5 , further comprising 0.03% by mass to 3% by mass of silicon dioxide. JISR1607に準拠して測定したジルコニア焼結体の破壊靭性値が6MPa・m 1/2 以上であることを特徴とする請求項1〜のいずれか一項に記載のジルコニア焼結体。 The zirconia sintered body according to any one of claims 1 to 6 , wherein a fracture toughness value of the zirconia sintered body measured in accordance with JIS R1607 is 6 MPa · m 1/2 or more. ジルコニア焼結体を180℃、1MPaの条件で低温劣化加速試験を5時間施した場合に、
前記低温劣化加速試験後のジルコニア焼結体の表面におけるX線回折パターンにおいて、正方晶由来の[111]ピークが生ずる位置付近に存在するピークの高さに対する単斜晶由来の[11−1]ピークが生ずる位置付近に存在するピークの高さの比が1以下であることを特徴とする請求項1〜のいずれか一項に記載のジルコニア焼結体。
When the zirconia sintered body is subjected to a low temperature deterioration acceleration test at 180 ° C. and 1 MPa for 5 hours,
In the X-ray diffraction pattern on the surface of the zirconia sintered body after the accelerated low temperature degradation test, [11-1] derived from monoclinic crystals with respect to the height of the peak existing near the position where the [111] peak derived from tetragonal crystals occurs. The zirconia sintered body according to any one of claims 1 to 7 , wherein a ratio of heights of peaks existing near positions where peaks occur is 1 or less.
前記部分安定化ジルコニアにおける酸化イットリウムの含有率は、酸化ジルコニウムと酸化イットリウムの合計mol数に対して2mol%〜5mol%であることを特徴とする請求項1〜のいずれか一項に記載のジルコニア焼結体。 The content of yttrium oxide in the partially stabilized zirconia is 2 mol% to 5 mol% with respect to the total number of moles of zirconium oxide and yttrium oxide , according to any one of claims 1 to 8 . Zirconia sintered body. 1350℃〜1550℃で焼結することにより請求項1〜のいずれか一項に記載のジルコニア焼結体を得るための組成物。 Set composition as to obtain a zirconia sintered body according to any one of claims 1 to 9 by the sintering at 1350 ° C. to 1550 ° C.. 酸化イットリウムを含有する低安定化ジルコニア粒子と、
前記低安定化ジルコニア粒子よりも酸化イットリウムを多く含有する高安定化ジルコニア粒子と、を含有し(ただし、体積基準で5%〜50%のガラス粉末を含有するものを除く)
前記低安定化ジルコニア粒子における酸化イットリウムの含有率は、酸化ジルコニウムと酸化イットリウムの合計mol数に対して1mol%以上2mol%未満であり、
酸化ジルコニアと酸化イットリウムの合計mol数に対する前記高安定化ジルコニア粒子における酸化イットリウムの含有率は、酸化ジルコニウムと酸化イットリウムの合計mol数に対する前記低安定化ジルコニア粒子における酸化イットリウムの含有率よりも1mol%〜6mol%高いことを特徴とする、ジルコニア焼結体を得るための組成物。
A low-stabilized zirconia particles you yttrium oxide,
High-stabilized zirconia particles containing more yttrium oxide than the low-stabilized zirconia particles (excluding those containing 5% to 50% glass powder on a volume basis) ,
The content of yttrium oxide in the low-stabilized zirconia particles is 1 mol% or more and less than 2 mol% with respect to the total number of moles of zirconium oxide and yttrium oxide,
The content of yttrium oxide in the highly stabilized zirconia particles relative to the total number of moles of zirconia and yttrium oxide is 1 mol% than the content of yttrium oxide in the low stabilized zirconia particles relative to the total number of moles of zirconium oxide and yttrium oxide. you wherein the ~6Mol% higher, set composition as to obtain a zirconia sintered body.
前記高安定化ジルコニア粒子における酸化イットリウムの含有率は、酸化ジルコニウムと酸化イットリウムの合計mol数に対して2mol%以上8mol%未満であることを特徴とする請求項11に記載の組成物。 The content of yttrium oxide in the high-stabilized zirconia particles, the set composition as claimed in claim 11, characterized in that less than 2 mol% or more 8 mol% relative to the total mol number of the oxide zirconium oxide, yttrium. 請求項10〜12のいずれか一項に記載の組成物を800℃〜1100℃で焼成することにより得られるジルコニア焼結体を得るための仮焼体。 Temporary Shokarada for obtaining obtained by firing the set composition as described in 800 ° C. C. to 1100 ° C. in any one of claims 10 to 12, the zirconia sintered body. 1350℃〜1550℃で焼結することにより請求項1〜のいずれか一項に記載のジルコニア焼結体を得るための仮焼体。 Temporary Shokarada for obtaining a zirconia sintered body according to any one of claims 1 to 9 by the sintering at 1350 ° C. to 1550 ° C..
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