JP7120340B2 - Zirconia sintered body and its use - Google Patents
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Description
本発明は、異なる色調を有するジルコニアが焼結により接合したジルコニア焼結体に関する。より詳細には、異なる色調を有するジルコニアが焼結により接合したジルコニア焼結体であって、一方のジルコニアが他方のジルコニアに模様を形成しているジルコニア焼結体に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a zirconia sintered body in which zirconias having different color tones are bonded by sintering. More specifically, it relates to a zirconia sintered body in which zirconias having different color tones are bonded by sintering, one zirconia forming a pattern on the other zirconia.
高靱性及び高強度であることに加えて光沢感を有することから、ジルコニア焼結体は高級感を呈する部材とすることができる。そのため、ジルコニア焼結体は、例えば、高級時計部品や装飾品など、各種部材として利用されている。高級感を呈する部材であるにもかかわらず、ジルコニア焼結体の色調は単色である。さらに、通常、色調の異なるジルコニアは焼結挙動が互いに異なる。そのため、色調の異なるジルコニアを同時に焼結した場合、割れや亀裂、ひずみ等が生じ、欠陥のないジルコニア焼結体を得ることはできなかった。そのため、2以上の異なる色調を有するジルコニア焼結体、及び、これからなる部材を得ることはできなかった。 Since the zirconia sintered body has high toughness, high strength, and gloss, it can be used as a member exhibiting a high-grade appearance. Therefore, zirconia sintered bodies are used as various members such as luxury watch parts and ornaments. The color tone of the zirconia sintered body is monochromatic in spite of being a member exhibiting a high-class appearance. Moreover, different shades of zirconia usually have different sintering behavior. Therefore, when zirconias with different color tones are sintered at the same time, cracks, fissures, distortions, etc. occur, and it is not possible to obtain defect-free zirconia sintered bodies. Therefore, it was not possible to obtain a zirconia sintered body having two or more different color tones and a member made of this.
ジルコニア焼結体を用いた2以上の異なる色調を有する部材とするため、ジルコニア焼結体と、ジルコニア焼結体以外の材料であって当該ジルコニア焼結体と異なる色調を有するもの、とを組合せた部材が検討されている(例えば、特許文献1及び2)。しかしながら、これらの部材は、材料間の質感が大きく異なる。そのため、得られた部材はセラミックスのみからなる部材の意匠性とは異なる意匠性を示すものであり、特にジルコニア焼結体特有の高級感を損ねるものであった。
In order to make a member having two or more different color tones using a zirconia sintered body, a zirconia sintered body is combined with a material other than the zirconia sintered body that has a color tone different from that of the zirconia sintered body. A member with the same thickness is being studied (for example,
また、接着材等の中間層を介して2以上のセラミックスを接合したセラミックス接合体が従来から知られている。しかしながら、セラミックス接合体は中間層を起点とした破壊が生じやすい。そのため、高靱性及び高強度を特徴とするジルコニア焼結体においては、中間層を介した接合体とすることは好ましくない。 Also, a ceramic joined body in which two or more ceramics are joined via an intermediate layer such as an adhesive is conventionally known. However, the ceramic bonded body is prone to breakage originating from the intermediate layer. Therefore, in a zirconia sintered body characterized by high toughness and high strength, it is not preferable to use an intermediate layer as a bonded body.
一方、特許文献3では、2つの色調の異なるジルコニア成形体を焼結することにより得られたジルコニア焼結体が報告されている。特許文献3では、FeCrNiスピネルを含むジルコニア粉末の成形体と、CoAlを含むジルコニア粉末の成形体とを焼結することにより得られたジルコニア焼結体、が開示されている。
On the other hand,
特許文献3で開示された焼結体はジルコニア焼結体からなるものである。これは部材間の質感の相違がない。しかしながら、当該焼結体は、異なる色調を有するジルコニア焼結体の間に目視できる「色の移行帯域」を有する。このような色の移行帯域は「色滲み」として視認される。色滲みによってジルコニア焼結体同士の境界が不明確となる。その結果、ジルコニア焼結体とジルコニア焼結体とが接している部分、特に一方のジルコニア焼結体で形成される模様、が不明確になる。このような不明確な模様はジルコニア焼結体の高級感をさらに損なう印象を与える。
The sintered body disclosed in
特許文献3では色の移行帯域を有さないジルコニア焼結体も開示されている。しかしながら、当該ジルコニア焼結体は、焼結が十分に進行していないために、ジルコニア焼結体同士の境界に隙間を有するものであった。特許文献3における色の移行帯域を有さないジルコニア焼結体は、当該隙間のために色が移行していないに過ぎなかった。当該隙間は、いずれのジルコニア焼結体とも異なる色調として視認され、部材としての審美性を低下させる。これに加え、ジルコニア焼結体同士の境界に存在する隙間は破壊の起点となる。そのため、この様なジルコニア焼結体は、著しく機械的強度が弱く、部材として壊れやすいものであった。
さらに、特許文献3で開示された焼結体は、色滲みや隙間が部材の審美性に影響しない程度まで模様を大きくする必要がある。そのため、特許文献3で開示された焼結体は微細な模様を有する焼結体とすることができない。
Furthermore, in the sintered body disclosed in
本発明は、これらの問題を解決し、2以上の異なる色調を有するジルコニア焼結体であって、高級感を呈する審美性を有し、なおかつ、部材として使用するに十分な強度を有したジルコニア焼結体を提供することを目的とする。特に、本発明は、ピンク、オレンジ、ラベンダーその他の着色を呈するジルコニア焼結体と、他の色調を呈するジルコニア焼結体とからなる多色ジルコニア焼結体であって、高級感を呈する審美性を有し、なおかつ、部材として使用するに十分な強度を有したジルコニア焼結体を提供することを別の目的とする。 The present invention solves these problems, and provides a zirconia sintered body having two or more different color tones, which has an aesthetic appearance that gives a high-class impression, and a zirconia that has sufficient strength to be used as a member. An object is to provide a sintered body. In particular, the present invention relates to a multicolor zirconia sintered body comprising a zirconia sintered body exhibiting pink, orange, lavender and other colors and a zirconia sintered body exhibiting other color tones, and is aesthetically pleasing to the eye. It is another object of the present invention to provide a zirconia sintered body having sufficient strength to be used as a member.
本発明者らは、2以上の異なる色調を有するジルコニア焼結体、特に2以上の異なる色調を有するジルコニア焼結体であって、一方のジルコニアが他方のジルコニアの表面に模様として形成されているジルコニア焼結体について検討した。 The present inventors have proposed a zirconia sintered body having two or more different color tones, particularly a zirconia sintered body having two or more different color tones, wherein one zirconia is formed as a pattern on the surface of the other zirconia. A zirconia sintered body was investigated.
その結果、少なくとも一方の成形体がランタノイドを含有するジルコニア成形体と他のジルコニア成形体とを同時に焼結することで、2以上の異なる色調を有するジルコニア焼結体を得られることを見出した。更には、この様なジルコニア焼結体は、ジルコニア焼結体とジルコニア焼結体とがその接合面として粒界を形成し、なおかつ、当該界面が色滲み及び隙間を有さないことと見出し、本発明を完成するに至った。 As a result, the inventors have found that zirconia sintered bodies having two or more different color tones can be obtained by simultaneously sintering a zirconia molded body in which at least one of the molded bodies contains a lanthanide and another zirconia molded body. Furthermore, in such a zirconia sintered body, the zirconia sintered body and the zirconia sintered body form a grain boundary as a joint surface, and the interface does not have color bleeding or gaps. The present invention has been completed.
すなわち、本発明の要旨は以下のとおりである。
[1] 第一のジルコニア焼結体と第二のジルコニア焼結体を含むジルコニア焼結体であって、第一のジルコニア焼結体がCe、Pr、Nd、Eu、Tb、Ho、Er,Yb及びGdからなる群のいずれか1種以上のランタノイドを含有するジルコニア焼結体であり、該第二のジルコニア焼結体が少なくとも酸化アルミニウムを含有するジルコニア焼結体であり、該第一のジルコニア焼結体と該第二のジルコニア焼結体とが粒界を形成し、該粒界が隙間及び色滲みを有さないことを特徴とするジルコニア焼結体。
[2] 前記第一のジルコニア焼結体と前記第二のジルコニア焼結体のいずれか一方のジルコニア焼結体が、他方のジルコニア焼結体の表面に模様を形成している請求項1に記載のジルコニア焼結体。
[3] 相対密度が99.5%以上である請求項1又は2のいずれかに記載のジルコニア焼結体。
[4] 前記第一のジルコニア焼結体が含有するランタノイドが、Ce、Pr、Nd及びErからなる群のいずれか1種以上である請求項1乃至3のいずれか一項に記載のジルコニア焼結体。
[5] 前記第一のジルコニア焼結体が含有するランタノイドの含有量が、0.1重量%以上6重量%以下である請求項1乃至4のいずれか一項に記載のジルコニア焼結体。
[6] 前記第一のジルコニア焼結体が、アルミナを含む請求項1乃至5のいずれか一項に記載のジルコニア焼結体。
[7] 前記第一のジルコニア焼結体が、アルミナを第一のジルコニア焼結体中のジルコニアに対して1重量%以下含有する請求項6に記載のジルコニア焼結体。
[8] 前記第二のジルコニア焼結体が、酸化アルミニウムを0.25重量%以上20重量%以下含有することを特徴とする請求項1乃至7のいずれか一項に記載のジルコニア焼結体。
[9] 請求項1乃至8のいずれか一項に記載のジルコニア焼結体を含む部材。
That is, the gist of the present invention is as follows.
[1] A zirconia sintered body including a first zirconia sintered body and a second zirconia sintered body, wherein the first zirconia sintered body contains Ce, Pr, Nd, Eu, Tb, Ho, Er, A zirconia sintered body containing at least one lanthanoid selected from the group consisting of Yb and Gd, the second zirconia sintered body containing at least aluminum oxide, and the first zirconia sintered body A zirconia sintered body, wherein the zirconia sintered body and the second zirconia sintered body form grain boundaries, and the grain boundaries do not have gaps or color bleeding.
[2] The zirconia sintered body of either the first zirconia sintered body or the second zirconia sintered body forms a pattern on the surface of the other zirconia sintered body. A zirconia sintered body as described.
[3] The zirconia sintered body according to any one of [1] and [2], which has a relative density of 99.5% or more.
[4] The zirconia sintered body according to any one of
[5] The zirconia sintered body according to any one of [1] to [4], wherein the first zirconia sintered body has a lanthanoid content of 0.1% by weight or more and 6% by weight or less.
[6] The zirconia sintered body according to any one of [1] to [5], wherein the first zirconia sintered body contains alumina.
[7] The zirconia sintered body according to
[8] The zirconia sintered body according to any one of
[9] A member containing the zirconia sintered body according to any one of [1] to [8].
本発明により、2以上の異なる色調を有するジルコニア焼結体であって、高級感を呈する審美性を有し、なおかつ、部材として使用するに十分な強度を有したジルコニア焼結体を提供することできる。また、本発明により、2以上の異なる色調を有するジルコニア焼結体であって、ジルコニア焼結体間に色滲みや隙間を有さないものを提供することができる。さらに、本発明により、高級感を有した部材を提供することができる。 According to the present invention, there is provided a zirconia sintered body having two or more different color tones, having an aesthetic appearance that gives a high-class impression, and having sufficient strength to be used as a member. can. Further, according to the present invention, it is possible to provide zirconia sintered bodies having two or more different color tones without color bleeding or gaps between the zirconia sintered bodies. Furthermore, according to the present invention, it is possible to provide a member having a high-class appearance.
以下、本発明のジルコニア焼結体について説明する。 The zirconia sintered body of the present invention will be described below.
本発明のジルコニア焼結体は、第一のジルコニア焼結体と第二のジルコニア焼結体を含むジルコニア焼結体(以下、「多色ジルコニア焼結体」ともいう。)である。第一のジルコニア焼結体(以下、「淡色焼結体」ともいう。)と第二のジルコニア焼結体(以下、「薄色焼結体」ともいう。)は、互いに異なる色調を有するジルコニア焼結体である。本発明の多色ジルコニア焼結体は、ランタノイドを着色材として含有する淡色焼結体と、薄色焼結体を含むこと、好ましくは実質的に淡色焼結体と薄色焼結体とからなることで、はじめてジルコニア焼結体のみからなり、なおかつ、高級感を呈する審美性を有する部材とすることができる。 The zirconia sintered body of the present invention is a zirconia sintered body including a first zirconia sintered body and a second zirconia sintered body (hereinafter also referred to as "multicolor zirconia sintered body"). The first zirconia sintered body (hereinafter also referred to as "light-colored sintered body") and the second zirconia sintered body (hereinafter also referred to as "light-colored sintered body") are zirconia having different color tones. It is a sintered body. The multicolored zirconia sintered body of the present invention includes a light-colored sintered body containing a lanthanide as a coloring material and a light-colored sintered body, preferably substantially composed of the light-colored sintered body and the light-colored sintered body. As a result, it is possible to obtain a member that consists only of a zirconia sintered body and that has an aesthetic appearance that gives a high-class impression.
本発明の多色ジルコニア焼結体において、淡色焼結体と薄色焼結体とは粒界を形成している。これにより両焼結体が接合している。さらには、淡色焼結体と薄色焼結体とは、焼結することで形成された粒界(以下、「界面」ともいう。)を有している。界面が焼結していることにより、該界面が亀裂やひずみなどの欠陥を有さない接合面となる。これにより、界面が破壊の起点とならなくなる。そのため、本発明の多色ジルコニア焼結体は、ジルコニア焼結体本来の強度が求められる部材としても使用することができる。 In the multicolor zirconia sintered body of the present invention, the light-colored sintered body and the light-colored sintered body form grain boundaries. Both sintered bodies are thereby joined together. Furthermore, the light-colored sintered body and the light-colored sintered body have grain boundaries (hereinafter also referred to as "interfaces") formed by sintering. By sintering the interface, the interface becomes a bonding surface without defects such as cracks and strains. This prevents the interface from becoming the starting point of destruction. Therefore, the multicolored zirconia sintered body of the present invention can also be used as a member for which the original strength of the zirconia sintered body is required.
淡色焼結体と薄色焼結体とが焼結することで、これらが連続したひとつのジルコニア焼結体となる。そのため、本発明の多色ジルコニア焼結体は、淡色焼結体の結晶粒子同士が焼結した構造、及び、薄色焼結体の結晶粒子同士が焼結した構造に加え、淡色焼結体の結晶粒子と薄色焼結体の結晶粒子とが焼結した結晶粒子構造を有した粒子構造を含む。 By sintering the light-colored sintered body and the light-colored sintered body, they become one continuous zirconia sintered body. Therefore, the multicolor zirconia sintered body of the present invention has a structure in which crystal grains of the light-colored sintered body are sintered together, and a structure in which crystal grains of the light-colored sintered body are sintered together. and the crystal grains of the light-colored sintered body are sintered.
従って、本発明の多色ジルコニア焼結体は、このような粒子構造を有さないジルコニア複合体やジルコニア接合体とは異なる。ジルコニア複合体やジルコニア接合体は、淡色焼結体の結晶粒子同士が焼結した構造、及び、薄色焼結体の結晶粒子同士が焼結した構造のみからなる。ジルコニア複合体として、例えば、淡色焼結体と薄色焼結体とを別々に焼結した後、これらを組合せて得られたジルコニア複合体を挙げることができる。ジルコニア接合体として、淡色焼結体と薄色焼結体とが接着層その他の中間層を介して一体化されたジルコニア接合体を挙げることができる。さらに、ジルコニア複合体やジルコニア接合体をHIP処理した場合であっても、濃色焼結体の結晶粒子とが焼結した結晶粒子構造を有した粒子構造を含まれない。HIP処理は、淡色焼結体と濃色焼結体のそれぞれに含まれる開気孔を排除して個々の焼結体の緻密化が進行するのみであり、淡色焼結体と濃色焼結体との間を焼結することができないためである。このように、ジルコニア複合体等HIP処理しても、個々の焼結体の収縮による物理的な嵌合が強くなるだけである。 Therefore, the multicolored zirconia sintered body of the present invention is different from a zirconia composite or a zirconia bonded body that does not have such a grain structure. A zirconia composite or a zirconia bonded body consists only of a structure in which crystal grains of a light-colored sintered body are sintered together, and a structure in which crystal grains of a light-colored sintered body are sintered together. As a zirconia composite, for example, a zirconia composite obtained by separately sintering a light-colored sintered body and a light-colored sintered body and then combining them can be mentioned. Examples of the zirconia bonded body include a zirconia bonded body in which a light-colored sintered body and a light-colored sintered body are integrated via an adhesive layer or other intermediate layer. Furthermore, even when a zirconia composite or a zirconia bonded body is HIP-treated, it does not include a grain structure having a grain structure in which grains of a dark-colored sintered body are sintered. In the HIP treatment, open pores included in each of the light-colored sintered body and the dark-colored sintered body are eliminated, and the densification of each sintered body proceeds only. This is because it is impossible to sinter between Thus, the HIP treatment of the zirconia composite only strengthens the physical fitting due to the shrinkage of the individual sintered bodies.
本発明における界面は、走査型電子顕微鏡(以下、「SEM」とする。)などの電子顕微鏡観察により得られる電子像又は光学顕微鏡による観察から確認することができる。淡色焼結体と薄色焼結体とは異なる色調を有する。そのため、光学顕微鏡観察において、色調の変化している部分をもって界面を確認することができる。また、淡色焼結体と薄色焼結体は少なくとも着色成分が異なる。着色成分の相違により、電子像が異なる色調を呈するため、電子像において色調が変化している部分をもって界面を確認することができる。 The interface in the present invention can be confirmed from an electron image obtained by observation with an electron microscope such as a scanning electron microscope (hereinafter referred to as "SEM") or observation with an optical microscope. The light-colored sintered body and the light-colored sintered body have different color tones. Therefore, in observation with an optical microscope, the interface can be confirmed by the portion where the color tone changes. Moreover, the light-colored sintered body and the light-colored sintered body differ at least in coloring components. Since the electronic image presents different color tones due to the difference in the coloring components, the interface can be confirmed by the portion where the color tone changes in the electronic image.
図1は本発明の多色ジルコニア焼結体のSEM観察により得られた反射電子像の一例を示す図である。図1において、(1)の領域は薄色焼結体、(2)の領域は淡色焼結体である。図1より、反射電子像における色調の違いから(1)及び(2)の領域の境界部分である界面(3)を確認することができる(例えば、図1中の破線丸印)。 FIG. 1 is a diagram showing an example of a backscattered electron image obtained by SEM observation of the multicolored zirconia sintered body of the present invention. In FIG. 1, the area (1) is the light-colored sintered body, and the area (2) is the light-colored sintered body. From FIG. 1, the interface (3), which is the boundary between the regions (1) and (2), can be confirmed from the difference in color tone in the backscattered electron image (for example, the dashed circle in FIG. 1).
本発明の多色ジルコニア焼結体は、淡色焼結体と薄色焼結体が焼結により接合している。さらに、淡色焼結体又は薄色焼結体の何れか一方のジルコニア焼結体が凹部を有し、他方のジルコニア焼結体が凸部を有しており、当該凹部と凸部とが組み合わさるように、淡色焼結体と薄色焼結体とが積層して接合していることが好ましい。このようなジルコニア焼結体同士の組み合わせにより、段差や隙間のない模様を本発明の多色ジルコニア焼結体の表面に形成することができる。 In the multicolor zirconia sintered body of the present invention, the light-colored sintered body and the light-colored sintered body are bonded by sintering. Furthermore, one of the light-colored sintered body and the light-colored zirconia sintered body has a concave portion, and the other zirconia sintered body has a convex portion, and the concave portion and the convex portion are combined. As shown, it is preferable that the light-colored sintered body and the light-colored sintered body are laminated and joined. By combining such zirconia sintered bodies, a pattern without steps and gaps can be formed on the surface of the multicolor zirconia sintered body of the present invention.
本発明の多色ジルコニア焼結体は、この様に淡色焼結体と薄色焼結体が界面を有しており、なおかつ、該界面は隙間を有さない。これにより、本発明の多色ジルコニア焼結体が、ジルコニア焼結体のみから作り出される審美性を呈し、本発明の多色ジルコニア焼結体をより高級感のある印象を与える部材とすることができる。これに加え、界面に隙間がないことにより、界面を起点とする破壊が生じにくくなるため、ジルコニア焼結体本来の機械的特性が損なわれることがない。 In the multicolor zirconia sintered body of the present invention, the light-colored sintered body and the light-colored sintered body have an interface in this way, and the interface does not have a gap. As a result, the multicolored zirconia sintered body of the present invention can exhibit aesthetics created only from the zirconia sintered body, and the multicolored zirconia sintered body of the present invention can be used as a member that gives a more luxurious impression. can. In addition, since there is no gap at the interface, fracture originating from the interface is less likely to occur, so that the original mechanical properties of the zirconia sintered body are not impaired.
本発明において、隙間とは、淡色焼結体と薄色焼結体との接合面である界面及びその近傍に形成した空隙であって、光学顕微鏡観察や倍率500倍以下のSEM観察により得られる二次電子像又は反射電子像の少なくともいずれかの電子像(以下、これらをまとめて単に「電子像」ともいう。)により確認できるものである。 In the present invention, the gap is the interface between the light-colored sintered body and the light-colored sintered body and the gap formed in the vicinity thereof, which is obtained by optical microscope observation or SEM observation at a magnification of 500 times or less. It can be confirmed by an electron image of at least one of a secondary electron image and a backscattered electron image (hereinafter collectively referred to simply as an "electron image").
本発明の多色ジルコニア焼結体は倍率500倍超のSEM観察により得られる二次電子像や反射電子像により確認できる空隙などの微細な空隙を含まないことが好ましい。しかしながら、各種部材として本発明の多色ジルコニア焼結体を使用する場合、倍率500倍超のSEM観察や透過型電子顕微鏡(以下、「TEM」とする。)観察により得られる電子像において、観察される空隙を有していてもよい。このような微細な空隙は、実質的に視認される部材の審美性に影響を及ぼさない。 The multicolor zirconia sintered body of the present invention preferably does not contain fine voids such as voids that can be confirmed by secondary electron images or backscattered electron images obtained by SEM observation at a magnification of more than 500 times. However, when the multicolor zirconia sintered body of the present invention is used as various members, in the electron image obtained by SEM observation at a magnification of more than 500 times or transmission electron microscope (hereinafter referred to as "TEM") observation, It may have a gap that is Such fine voids do not substantially affect the aesthetic appearance of the visible member.
図1において、反射電子像における色調の違いから(1)及び(2)の領域の境界部分である界面(3)を確認することができる(例えば、図1中の破線丸印)。さらに、図1で確認された界面は連続的な界面であり、当該界面の中に空隙が確認されない。一方、図2は、界面に隙間を有する多色ジルコニア焼結体を、倍率500倍でSEM観察して得られた反射電子像を示す図である。図2中、(4)は着色剤を含有しないジルコニア焼結体、及び、(5)は着色剤を含有するジルコニア焼結体(以下、「着色ジルコニア焼結体」ともいう。)である。両者の間の界面は連続的に形成された界面ではなく、部分的に形成された界面である(図2中、破線丸部)。さらに、当該界面の一部は剥離して、隙間が形成されていることが確認できる(図2中、矢印部)。 In FIG. 1, the interface (3), which is the boundary between the regions (1) and (2), can be confirmed from the difference in color tone in the backscattered electron image (for example, the dashed circle in FIG. 1). Furthermore, the interface confirmed in FIG. 1 is a continuous interface, and voids are not confirmed in the interface. On the other hand, FIG. 2 is a diagram showing a backscattered electron image obtained by observing a multicolor zirconia sintered body having interstices at the interface with an SEM at a magnification of 500 times. In FIG. 2, (4) is a zirconia sintered body containing no coloring agent, and (5) is a zirconia sintered body containing a coloring agent (hereinafter also referred to as "colored zirconia sintered body"). The interface between the two is not a continuously formed interface but a partially formed interface (broken circle in FIG. 2). Furthermore, it can be confirmed that a part of the interface is peeled off and a gap is formed (indicated by an arrow in FIG. 2).
本発明の多色ジルコニア焼結体は、淡色焼結体と薄色焼結体とが界面を有しており、なおかつ、該界面に色滲みを有さない。これにより、淡色焼結体と薄色焼結体の境界が明確となるため、本発明の多色ジルコニア焼結体を明確な模様を有する部材とすることができる。さらには、一方のジルコニア焼結体により形成される模様を、微細な模様とすることができる。 The multicolor zirconia sintered body of the present invention has an interface between a light-colored sintered body and a light-colored sintered body, and does not have color bleeding at the interface. As a result, the boundary between the light-colored sintered body and the light-colored sintered body becomes clear, so that the multicolored zirconia sintered body of the present invention can be used as a member having a clear pattern. Furthermore, the pattern formed by one zirconia sintered body can be a fine pattern.
色滲みとは、淡色焼結体の色調と、薄色焼結体の色調とが混合した色調を呈する部分であって、目視又は光学顕微鏡で観察されるものである。さらに、界面の色滲みとは、淡色焼結体又は薄色焼結体のいずれか一方のジルコニア焼結体において観察される、他方のジルコニア焼結体の色調を含む界面及び界面近傍の領域(以下、「移行領域」ともいう。)であって、目視又は光学顕微鏡で観察されるものである。本発明においては、界面の色滲みとは、淡色焼結体又は薄色焼結体の少なくともいずれかの焼結体において観察される、他方の焼結体の色調を含む界面及び界面近傍の領域であって、目視又は光学顕微鏡で観察されるものを特に意味する。界面の色滲みの有無は、目視又は、例えば、倍率10~100倍の光学顕微鏡で多色ジルコニア焼結体を観察することで、確認することができる。 Color fringing is a portion exhibiting a color tone in which the color tone of the light-colored sintered body and the color tone of the light-colored sintered body are mixed, and is observed visually or with an optical microscope. Furthermore, the color bleeding at the interface includes the color tone of the interface and the vicinity of the interface ( hereinafter also referred to as “transition region”), which is observed visually or with an optical microscope. In the present invention, the term "color bleeding at the interface" refers to the interface including the color tone of the light-colored sintered body or the light-colored sintered body, which is observed in at least one of the light-colored sintered bodies, and the region near the interface. , which is specifically meant to be observed visually or with an optical microscope. The presence or absence of color bleeding at the interface can be confirmed visually or by observing the multicolored zirconia sintered body with an optical microscope at a magnification of 10 to 100 times.
図3は色滲みを有する多色ジルコニア焼結体の一例を示す光学顕微鏡写真である。図3において、(4)の領域は着色剤を含有しないジルコニア焼結体、(5)の領域は着色ジルコニア焼結体である。図3より、(4)及び(5)の領域の境界部分がぼやけており界面付近が不鮮明になっている(例えば、図3中の破線四角部)。このような多色ジルコニア焼結体は界面付近の色滲みを有することが確認できる。 FIG. 3 is an optical microscope photograph showing an example of a multicolor zirconia sintered body having color bleeding. In FIG. 3, the region (4) is a zirconia sintered body containing no colorant, and the region (5) is a colored zirconia sintered body. From FIG. 3, the boundary between the regions (4) and (5) is blurred and the vicinity of the interface is unclear (for example, the dashed square in FIG. 3). It can be confirmed that such a multicolor zirconia sintered body has color bleeding near the interface.
本発明の多色ジルコニア焼結体は、目視又は光学顕微鏡で観察できない移行領域を有していてもよい。目視又は光学顕微鏡で観察できない移行領域は、本発明の多色ジルコニア焼結体を各種部材として使用した際の審美性に実質的な影響を与えない。 The multicolored zirconia sintered body of the present invention may have transition regions that cannot be observed visually or with an optical microscope. The transitional region, which cannot be observed visually or with an optical microscope, does not substantially affect aesthetics when the multicolored zirconia sintered body of the present invention is used as various members.
目視又は光学顕微鏡で観察できない移行領域として、淡色焼結体又は薄色焼結体のいずれか一方のジルコニア焼結体の領域であって、一方のジルコニア焼結体に含まれる着色成分を含む他方のジルコニア焼結体の領域を挙げることができる。 As a transition region that cannot be observed with the naked eye or an optical microscope, the region of either the light-colored sintered body or the light-colored zirconia sintered body, the other containing the coloring component contained in the one zirconia sintered body zirconia sintered body region.
移行領域に含まれる着色成分は、3重量%以下、更には2.5重量%以下、また更には2重量%以下であれば、色滲みとはならない。ここで、移行領域の有無及び着成分の含有量は、界面から一定距離の着色焼結体の領域の電子線マイクロアナライザーの定量点分析(以下、「EPMA分析」とする。)により得られる全元素の重量に対する着色成分の有無及び重量割合である。 If the coloring component contained in the transition region is 3% by weight or less, further 2.5% by weight or less, or further 2% by weight or less, color bleeding does not occur. Here, the presence or absence of the transition region and the content of the attached components are all obtained by quantitative point analysis (hereinafter referred to as "EPMA analysis") of the colored sintered body at a certain distance from the interface with an electron probe microanalyzer. It is the presence or absence and weight ratio of the coloring component with respect to the weight of the element.
図4はEPMA分析により移行領域の測定を示す模式図である。図4において、(1)は薄色焼結体の領域、(2)は淡色焼結体の領域、及び(3)は界面である。さらに、(6)は界面から一定距離にある薄色焼結体の領域、及び(7)は当該(6)領域を中心として形成した直径10μmの円である。EPMA分析では、当該(7)に含まれる全元素を分析し、着色成分が含まれる場合、当該領域は移行領域となる。本発明においては、界面からの距離が異なる複数点の領域(図4中(6)に相当する領域)についてEPMA分析を行い、界面からの最大距離に相当する着色成分を含む領域を、試料における各着色成分の移行領域とした。 FIG. 4 is a schematic diagram showing measurement of the transition region by EPMA analysis. In FIG. 4, (1) is the region of the light-colored sintered body, (2) is the region of the light-colored sintered body, and (3) is the interface. Furthermore, (6) is a region of the light-colored sintered body at a certain distance from the interface, and (7) is a circle with a diameter of 10 μm centered on the region (6). In the EPMA analysis, all the elements contained in (7) are analyzed, and if a coloring component is contained, the region becomes a transition region. In the present invention, EPMA analysis is performed on a plurality of regions with different distances from the interface (regions corresponding to (6) in FIG. 4), and the region containing the colored component corresponding to the maximum distance from the interface is determined in the sample. It was set as the transition region of each coloring component.
移行領域は着色成分が含まれる界面からの最大距離に相当する領域であり、界面から200μm以内の領域、更には150μm以内の領域、また更には100μm以内の領域を挙げることができ、特に界面から200μm以内の他方の焼結体の領域、更には150μm以内の他方の焼結体の領域、また更には100μm以内の他方の焼結体の領域を挙げることができる。 The transition region is a region corresponding to the maximum distance from the interface containing the coloring component, and includes a region within 200 μm from the interface, a region within 150 μm, and a region within 100 μm. The area of the other sintered body within 200 μm, the area of the other sintered body within 150 μm, or the area of the other sintered body within 100 μm can be mentioned.
移行領域が上記の範囲の領域及び着色剤の量であれば、本発明の多色ジルコニア焼結体を部材として使用する際の審美性に与える色滲みを有さない。 If the transition region has the region and the amount of the coloring agent within the above ranges, there is no color blurring that affects aesthetics when the multicolor zirconia sintered body of the present invention is used as a member.
移行領域に含まれる着色成分としては、ランタノイド元素を挙げることができ、更にはCe、Pr、Nd、Eu、Tb、Ho、Er,Yb及びGdからなる群の少なくともいずれかを挙げることができる。 The coloring component contained in the transition region can include lanthanoid elements, and at least one of the group consisting of Ce, Pr, Nd, Eu, Tb, Ho, Er, Yb and Gd.
例えば、本発明の多色ジルコニア焼結体に含まれる薄色焼結体は、移行領域が界面から100μm以内の領域であり、当該領域に淡色焼結体が含有するランタノイドと同じ種類のランタノイドを1重量%以下、更には0.6重量%以下、また更には0.3重量%以下含むが、移行領域を超える薄色焼結体の領域には淡色焼結体が含有するランタノイドと同じ種類のランタノイドを含まないことを挙げることができる。この場合、ランタノイドの移行領域は界面から100μm以内の領域となる。 For example, the light-colored sintered body contained in the multicolored zirconia sintered body of the present invention has a transition region within 100 μm from the interface, and the same type of lanthanoid as the lanthanide contained in the light-colored sintered body is contained in the region. 1% by weight or less, further 0.6% by weight or less, or further 0.3% by weight or less, but the same kind as the lanthanide contained in the light-colored sintered body in the region of the light-colored sintered body beyond the transition region lanthanoid-free. In this case, the lanthanide migration region is within 100 μm from the interface.
本発明の多色ジルコニア焼結体は、淡色焼結体と薄色焼結体のいずれか一方のジルコニア焼結体が、他方のジルコニア焼結体の表面に模様を形成していることが好ましい。模様は、淡色焼結体と薄色焼結体との界面、淡色焼結体及び薄色焼結体が同一の表面に露出することで形成される。本発明の多色ジルコニア焼結体は、従来と比べてより微細な模様を形成することができる。これより、更に意匠性が高くなるだけでなく、より広い用途で使用される部材となる多色ジルコニア焼結体を提供することができる。 In the multicolor zirconia sintered body of the present invention, it is preferable that one of the light-colored sintered body and the light-colored zirconia sintered body forms a pattern on the surface of the other zirconia sintered body. . The pattern is formed by exposing the interface between the light-colored sintered body and the light-colored sintered body and the light-colored sintered body and the light-colored sintered body on the same surface. The multicolor zirconia sintered body of the present invention can form finer patterns than conventional ones. As a result, it is possible to provide a multicolored zirconia sintered body that not only has a higher designability but also serves as a member that is used in a wider range of applications.
本発明において、模様とは、淡色焼結体又は薄色焼結体のいずれか一方のジルコニア焼結体の一部に形成された、他方のジルコニア焼結体による線図、図形又はこれらの組合せである。具体的な線図として実線、破線、波線などの線形、数字や文字などを例示することができ、図形として丸状、多面体形状などの幾何学的形状などを例示することができる。 In the present invention, the pattern refers to a diagram, figure, or a combination thereof formed on a part of one of the zirconia sintered bodies of either the light-colored sintered body or the light-colored sintered body of the other zirconia sintered body. is. Specific diagrams include linear lines such as solid lines, dashed lines, and wavy lines, numbers and characters, and geometric shapes such as circles and polyhedrons as figures.
本発明の多色ジルコニア焼結体は、淡色焼結体と薄色焼結体との界面、淡色焼結体及び薄色焼結体が同一表面に露出して模様を形成していればよく、淡色焼結体の表面に薄色焼結体が模様を形成していてもよく、一方、薄色焼結体の表面に淡色焼結体が模様を形成してもよい。 In the multicolor zirconia sintered body of the present invention, it is sufficient that the interface between the light-colored sintered body and the light-colored sintered body, and the light-colored sintered body and the light-colored sintered body are exposed on the same surface to form a pattern. Alternatively, the light-colored sintered body may form a pattern on the surface of the light-colored sintered body, or the light-colored sintered body may form a pattern on the surface of the light-colored sintered body.
本発明の多色ジルコニア焼結体は、従来の多色ジルコニア焼結体で得られていた大きさの模様を形成すことができる。これに加え、本発明の多色ジルコニア焼結体は従来よりも微細な範囲であっても明確な模様を形成することができる。模様は、例えば、1cm2以下の領域、更には1mm2以下の領域、また更には0.5mm2以下の領域、また更には0.05mm2以下の領域、また更には0.005mm2以下の領域であれば明確に形成することができる。さらに、本発明の多色ジルコニア焼結体が有する模様として、例えば、150μm程度の太さの線からなる線図や、150μm程度の間隔の線図や図形、直径1mm以下、更には直径0.5mm以下の図形を挙げることができる。 The multicolored zirconia sintered body of the present invention can form a pattern of a size that has been obtained with a conventional multicolored zirconia sintered body. In addition to this, the multicolored zirconia sintered body of the present invention can form a clear pattern even in a finer range than conventional ones. The pattern may be, for example, an area of 1 cm 2 or less, or even an area of 1 mm 2 or less, or an area of 0.5 mm 2 or less, or an area of 0.05 mm 2 or less, or even an area of 0.005 mm 2 or less. If it is a region, it can be clearly formed. Furthermore, the pattern of the multicolored zirconia sintered body of the present invention may be, for example, a diagram consisting of lines with a thickness of about 150 μm, a diagram or figure with an interval of about 150 μm, a diameter of 1 mm or less, and further a diameter of 0.5 mm. A figure of 5 mm or less can be mentioned.
本発明の多色ジルコニア焼結体、及び、これが有する模様の形状は任意であるが、例えば、本発明の多色ジルコニア焼結体の形状及び模様の一例を図6乃至図11に示す。 The multicolor zirconia sintered body of the present invention and the pattern shape thereof are arbitrary, but examples of the shape and pattern of the multicolor zirconia sintered body of the present invention are shown in FIGS. 6 to 11 .
例えば、図6は時計用ベゼルリングの形状を有し、当該ベゼルリング表面にする多色ジルコニア焼結体の模式図である。左図は正面図、中図は側面図、及び右図は背面図である。正面図は、ベゼルリング表面が淡色焼結体からなり(図6左図中(2))、該表面上に薄色焼結体からなるアラビア数字の形状の模様(図6左図中(1))を有することを示している。側面図は、当該多色ジルコニア焼結体は、アラビア数字の形状の凸部を有する薄色焼結体上に、当該アラビア数字と同じ形状の凹部を有する淡色焼結体が積層していることを示している(図6中図)。また、薄色焼結体は中空部を有するリング状の形状をしており、薄色焼結体と淡色焼結体とが積層している(図6右図)。 For example, FIG. 6 is a schematic diagram of a multicolor zirconia sintered body having the shape of a watch bezel ring and forming the surface of the bezel ring. The left figure is a front view, the middle figure is a side view, and the right figure is a rear view. In the front view, the surface of the bezel ring is made of a light-colored sintered body ((2) in the left figure of FIG. 6), and on the surface is a pattern of Arabic numerals made of a light-colored sintered body ((1) in the left figure of FIG. 6). )). The side view shows that the multicolor zirconia sintered body has a light-colored sintered body having concave portions having the same shape as the Arabic numerals, and a light-colored sintered body having concave portions having the same shape as the Arabic numerals. is shown (figure in FIG. 6). Further, the light-colored sintered body has a ring-shaped shape having a hollow portion, and the light-colored sintered body and the light-colored sintered body are laminated (the right figure in FIG. 6).
また、例えば、図7は時計用文字盤の形状を有する多色ジルコニア焼結体の模式図である。左図は正面図、及び右図は背面図である。図7において円板状の形状からなる焼結体であり、表面が淡色焼結体からなる。当該焼結体の表面に、アナログ時計の1時~12時の各時刻に相当する部分の線図、並びに、3、6、9及び12のアラビア数字の形状の模様を有する形状の薄色焼結体を有することを示している。また、薄色焼結体は円板状であり、薄色焼結体と淡色焼結体とが積層している(図7右図)。
Further, for example, FIG. 7 is a schematic diagram of a multicolor zirconia sintered body having the shape of a watch dial. The left figure is a front view, and the right figure is a rear view. In FIG. 7, the sintered body has a disk-like shape, and the surface is made of a light-colored sintered body. On the surface of the sintered body, a diagram of a portion corresponding to each time from 1 o'clock to 12 o'clock of an analog clock, and a pattern of
図8乃至図11は、それぞれブレスレットの形状、筐体の形状、及び携帯電話用カバーの形状、円板状の形状を有する多色ジルコニア焼結体を示す模式図である。 8 to 11 are schematic diagrams showing multicolor zirconia sintered bodies having a bracelet shape, a housing shape, a mobile phone cover shape, and a disk shape, respectively.
図6乃至図11で例示したように、本発明の多色ジルコニア焼結体は、淡色焼結体と薄色焼結体を含むジルコニア焼結体であって、淡色焼結体と薄色焼結体との凹凸部が積層して界面を形成するように焼結してなり、なおかつ、凹凸部が積層した部分の断面が同一表面に露出した構造を有することで、模様を有するジルコニア焼結体とすることができる。 As illustrated in FIGS. 6 to 11, the multicolor zirconia sintered body of the present invention is a zirconia sintered body including a light-colored sintered body and a light-colored sintered body. The zirconia sintered to have a pattern by sintering so that the uneven part with the body is laminated to form an interface, and the cross section of the part where the uneven part is laminated is exposed on the same surface. can be a body.
さらに、淡色焼結体と薄色焼結体との凹凸部を任意の形状及び大きさとすることで、任意の形状及び大きさの模様を表現することができる。 Furthermore, by making the uneven portions of the light-colored sintered body and the light-colored sintered body arbitrary shapes and sizes, patterns of arbitrary shapes and sizes can be expressed.
淡色焼結体と薄色焼結体とが焼結により接合しているため、本発明の多色ジルコニア焼結体は高い密度を有する。本発明の多色ジルコニア焼結体の相対密度は99.5%以上、更には99.7%以上であることを挙げることができる。相対密度が99.5%以上であることで、界面に隙間がないことはもちろん、界面以外の部分における欠陥も少なくなる。これにより、本発明の多色ジルコニア焼結体の機械的強度がより高くなりやすい。 Since the light-colored sintered body and the light-colored sintered body are joined by sintering, the multicolored zirconia sintered body of the present invention has a high density. The multicolor zirconia sintered body of the present invention has a relative density of 99.5% or more, more preferably 99.7% or more. When the relative density is 99.5% or more, not only is there no gap at the interface, but also defects at portions other than the interface are reduced. Thereby, the mechanical strength of the multicolored zirconia sintered body of the present invention tends to be higher.
なお、ジルコニア複合体やジルコニア接合体は、異なるジルコニア焼結体を焼結後に組み合わせたものである。そのため、これらを構成するジルコニア焼結体の相対密度がそれぞれ99.5%以上であったとしても、ジルコニア複合体やジルコニア接合体としての相対密度が99.5%以上とはならない。 A zirconia composite and a zirconia bonded body are obtained by combining different zirconia sintered bodies after sintering. Therefore, even if the relative densities of the zirconia sintered bodies forming these are 99.5% or more, the relative densities of the zirconia composite body and the zirconia bonded body are not 99.5% or more.
本発明において、多色ジルコニア焼結体の相対密度は以下の(1)式から求めることができる。
相対密度(%) = 多色ジルコニア焼結体の実測密度(g/cm3)/多色ジルコニア焼結体の理論密度(g/cm3)×100 ・・・(1)
In the present invention, the relative density of the multicolor zirconia sintered body can be obtained from the following formula (1).
Relative density (%) = Measured density of multicolored zirconia sintered body (g/cm 3 )/Theoretical density of multicolored zirconia sintered body (g/cm 3 ) x 100 (1)
多色ジルコニア焼結体の実測密度(焼結体密度)はアルキメデス法により求めることができる。 The measured density (sintered body density) of the multicolor zirconia sintered body can be determined by the Archimedes method.
さらに、多色ジルコニア焼結体の理論密度は、淡色焼結体及び薄色焼結体の各密度及び体積比により以下の式から算出することができる。 Furthermore, the theoretical density of the multicolored zirconia sintered body can be calculated from the following formula from the respective densities and volume ratios of the light-colored sintered body and the light-colored sintered body.
M =(Ma・X+Mb・Y)/(X+Y)・・・(1’)
上記式において、Mは多色ジルコニア焼結体の理論密度(g/cm3)、Maは淡色焼結体の理論密度(g/cm3)、Mbは薄色焼結体の理論密度(g/cm3)、Xは多色ジルコニア焼結体の体積に対する淡色焼結体の体積比、及び、Yは多色ジルコニア焼結体の体積に対する薄色焼結体の体積比である。
M = (Ma · X + Mb · Y) / (X + Y) (1')
In the above formula, M is the theoretical density of the multicolored zirconia sintered body (g/cm 3 ), Ma is the theoretical density of the light colored sintered body (g/cm 3 ), Mb is the theoretical density of the light colored sintered body (g /cm 3 ), X is the volume ratio of the light-colored sintered body to the volume of the multi-colored zirconia sintered body, and Y is the volume ratio of the light-colored sintered body to the volume of the multi-colored zirconia sintered body.
(1’)式中、Ma及びMbは、淡色焼結体及び薄色焼結体の組成により異なる。Ma及びMbは各焼結体を構成する化合物の理論密度及びこれら化合物の重量割合から求めればよい。また、ランタノイド元素は安定化剤としてジルコニアに固溶するが、計算上、ランタノイド酸化物の理論密度を使用すればよい。各焼結体を構成する化合物の理論密度として、例えば、以下のものが挙げられる。
3mol%イットリア含有ジルコニア :6.09g/cm3
酸化プラセオジム :7.07g/cm3
酸化ネオジウム :7.24g/cm3
酸化エルビウム :8.64g/cm3
酸化セリウム :7.22g/cm3
酸化アルミニウム :3.98g/cm3
In formula (1′), Ma and Mb differ depending on the composition of the light-colored sintered body and the light-colored sintered body. Ma and Mb can be obtained from the theoretical density of the compounds constituting each sintered body and the weight ratio of these compounds. Also, lanthanoid elements form a solid solution in zirconia as a stabilizer, but for calculation purposes, the theoretical density of lanthanoid oxides may be used. Examples of theoretical densities of compounds constituting each sintered body include the following.
Zirconia containing 3 mol% yttria: 6.09 g/cm 3
Praseodymium oxide: 7.07 g/ cm3
Neodymium oxide: 7.24 g/ cm3
Erbium oxide: 8.64 g/ cm3
Cerium oxide: 7.22 g/ cm3
Aluminum oxide: 3.98 g/ cm3
(1’)式中、Xは、多色ジルコニア焼結体の重量に対する淡色焼結体の重量割合にMaを掛けて求まる体積比であり、Yは多色ジルコニア焼結体の重量に対する薄色焼結体の重量割合にMbを掛けて求まる体積比である。 In the formula (1′), X is the volume ratio obtained by multiplying the weight ratio of the light-colored sintered body to the weight of the multi-colored zirconia sintered body by Ma, and Y is the light-colored to the weight of the multi-colored zirconia sintered body. It is a volume ratio obtained by multiplying the weight ratio of the sintered body by Mb.
淡色焼結体及び薄色焼結体は、2mol%以上6mol%以下、更には2.5mol%以上4mol%以下、また更には2.5mol%以上3.5mol%以下、また更には2.8mol%以上3.2mol%以下の安定化剤を含むことが好ましい。上記の範囲の安定化剤を含むことで、これらのジルコニア焼結体が、結晶構造が正方晶からなるジルコニア焼結体となる。これにより、高い機械的強度を有する焼結体となる。 The light-colored sintered body and the light-colored sintered body are 2 mol% or more and 6 mol% or less, further 2.5 mol% or more and 4 mol% or less, further 2.5 mol% or more and 3.5 mol% or less, or further 2.8 mol% % or more and 3.2 mol % or less of the stabilizer. By containing the stabilizer within the above range, these zirconia sintered bodies become zirconia sintered bodies having a tetragonal crystal structure. As a result, a sintered body having high mechanical strength is obtained.
安定化剤は、イットリア、カルシア、マグネシア、スカンジア及びランタノイドからなる群から選ばれる少なくとも1種、更にはイットリアを挙げることができる。 Stabilizers include at least one selected from the group consisting of yttria, calcia, magnesia, scandia and lanthanides, and yttria.
本発明の多色ジルコニア焼結体に含まれる淡色焼結体は、Ce、Pr、Nd、Eu、Tb、Ho、Er,Yb及びGdからなる群のいずれか1種以上のランタノイド(以下、「着色ランタノイド」ともいう。)を含有するジルコニア焼結体である。これにより、焼結体が淡い色調を有するジルコニア焼結体となる。 The light-colored sintered body contained in the multicolored zirconia sintered body of the present invention is any one or more lanthanoids selected from the group consisting of Ce, Pr, Nd, Eu, Tb, Ho, Er, Yb and Gd (hereinafter referred to as " It is a zirconia sintered body containing a colored lanthanide. As a result, the sintered body becomes a zirconia sintered body having a light color tone.
淡色焼結体の呈色は所望の色調であればよく、例えば、L*a*b*表色系おけるL*が55以上であることが例示できる。 The coloration of the light-colored sintered body may be any desired color tone. For example, L * in the L * a * b * color system is 55 or more.
本発明において着色ランタノイドは、Ce、Pr、Nd、Eu、Tb、Ho、Er,Yb及びGdからなる群のいずれか1種以上のランタノイド、更にはEr、Pr、Ce及びNdからなる群から選ばれるいずれか1種以上のランタノイドが好ましい。例えば、エルビウム(Er)を含有することでピンク色ジルコニア焼結体、プラセオジム(Pr)を含有することでオレンジ色ジルコニア焼結体、セリウム(Ce)を含有することで赤色ジルコニア焼結体、及び、ネオジム(Nd)を含有することでラベンダー色ジルコニア焼結体となる。 In the present invention, the colored lanthanoid is at least one lanthanoid selected from the group consisting of Ce, Pr, Nd, Eu, Tb, Ho, Er, Yb and Gd, and selected from the group consisting of Er, Pr, Ce and Nd. Any one or more lanthanoids are preferred. For example, a pink zirconia sintered body containing erbium (Er), an orange zirconia sintered body containing praseodymium (Pr), a red zirconia sintered body containing cerium (Ce), and , a lavender-colored zirconia sintered body is obtained by containing neodymium (Nd).
着色ランタノイドの含有量は、淡色焼結体のジルコニアに固溶する量を含有していればよく、更には淡色焼結体の重量に対して、着色ランタノイドが0.1重量%以上6重量%以下、更には0.3重量%以上3.5重量%以下であればよく、0.5重量%以上2.5重量%以下であることが好ましい。 The content of the colored lanthanoid should be an amount that dissolves in the zirconia of the light-colored sintered body, and further, the colored lanthanoid is 0.1% by weight or more and 6% by weight based on the weight of the light-colored sintered body. 0.3% by weight or more and 3.5% by weight or less, preferably 0.5% by weight or more and 2.5% by weight or less.
淡色焼結体は、着色ランタノイドに加えてアルミナを含んでいてもよい。この場合、淡色焼結体に含まれるアルミナは淡色焼結体のジルコニアに対して1重量%以下、更には0.5重量%以下、また、更には0.3重量%以下、また更には0.25重量%以下であり、かつ、薄色焼結体のアルミナ含有量より少ない量であればよい。1重量%超のアルミナを含有すると、呈色が薄くなりすぎる。 The light-colored sintered body may contain alumina in addition to the colored lanthanide. In this case, the alumina contained in the light-colored sintered body is 1% by weight or less, further 0.5% by weight or less, further 0.3% by weight or less, or even 0% by weight with respect to the zirconia of the light-colored sintered body. .25% by weight or less and less than the alumina content of the light-colored sintered body. If the alumina content exceeds 1% by weight, the coloration becomes too light.
淡色焼結体は、淡い色調を呈することが好ましいため、着色剤が実質的に着色ランタノイドのみであることが好ましく、スピネル構造を有する複合酸化物を含まないことが好ましい。 Since the light-colored sintered body preferably exhibits a light color tone, it is preferable that the coloring agent is substantially only a colored lanthanide, and that it does not contain a complex oxide having a spinel structure.
淡色焼結体がピンク色を呈する場合、その呈色はL*=65以上85以下、a*=0以上15以下、及び、b*=-10以上0以下であること、更にはL*=70以上85以下、a*=2以上12以下、b*=-8以上-0.5以下であることが好ましい。 When the light-colored sintered body exhibits a pink color, the coloration should be L * =65 or more and 85 or less, a * =0 or more and 15 or less, and b * =-10 or more and 0 or less, and further L * = 70 or more and 85 or less, a * = 2 or more and 12 or less, and b* = -8 or more and -0.5 or less.
淡色焼結体がオレンジ色を呈する場合、その呈色はL*=55以上80以下、a*=0以上20以下、及び、b*=30以上65以下であること、更にはL*=60以上75以下、a*=3以上18以下、及び、b*=35以上65以下であることが好ましい。 When the light-colored sintered body exhibits an orange color, the coloration should be L * = 55 or more and 80 or less, a * = 0 or more and 20 or less, and b * = 30 or more and 65 or less, and further L * = 60. It is preferable that a * =3 or more and 18 or less, and b * =35 or more and 65 or less.
淡色焼結体がラベンダー色を呈する場合、その呈色はL*=55以上80以下、a*=3以上15以下、及び、b*=-15以上-3以下であること、更にはL*=60以上80以下、a*=5以上15以下、及び、b*=-11以上-5以下であることが好ましい。 When the light-colored sintered body exhibits a lavender color, the coloration should be L * = 55 or more and 80 or less, a * = 3 or more and 15 or less, and b * = -15 or more and -3 or less . = 60 or more and 80 or less, a * = 5 or more and 15 or less, and b * = -11 or more and -5 or less.
淡色焼結体が赤色を呈する場合、その呈色はL*=20以上60以下、a*=30以上60以下、及び、b*=25以上60以下であること、更にはL*=20以上60以下、a*=35以上60以下、及び、b*=30以上60以下であることが好ましい。 When the light-colored sintered body exhibits a red color, the coloration should be L * = 20 or more and 60 or less, a * = 30 or more and 60 or less, and b * = 25 or more and 60 or less, and further L * = 20 or more. 60 or less, a * = 35 or more and 60 or less, and b * = 30 or more and 60 or less.
本発明の多色ジルコニア焼結体に含まれる薄色焼結体は、少なくとも酸化アルミニウム(アルミナ)を含有するジルコニア焼結体である。これにより、焼結体が白系統の色調を有するジルコニア焼結体となる。 The light-colored sintered body contained in the multicolored zirconia sintered body of the present invention is a zirconia sintered body containing at least aluminum oxide (alumina). As a result, the sintered body becomes a zirconia sintered body having a whitish color tone.
薄色焼結体の呈色は所望の色調であればよく、L*a*b*表色系おけるL*が55以上であることが例示できる。 The coloration of the light-colored sintered body may be any desired color tone, for example, L * of 55 or more in the L * a * b * color system.
薄色焼結体は、酸化アルミニウム(アルミナ)を含有する。アルミナを含有することで、ジルコニア結晶粒子の間にアルミナ粒子が分散する。これにより、ジルコニア本来の透明性が抑制され、明確な白色を呈するジルコニア焼結体となる。さらに薄色焼結体が安定化剤及びアルミナのみを含むことで、焼結時に隙間及び色滲みのない界面の形成が促進されやすくなる。 The light-colored sintered body contains aluminum oxide (alumina). By containing alumina, the alumina particles are dispersed among the zirconia crystal particles. As a result, the inherent transparency of zirconia is suppressed, resulting in a zirconia sintered body exhibiting a clear white color. Furthermore, since the light-colored sintered body contains only the stabilizer and alumina, the formation of interfaces free of gaps and color bleeding is facilitated during sintering.
アルミナの含有量は、薄色焼結体重量に対するアルミナ重量として0.25重量%以上20重量%以下、更には1重量%以上15重量%以下、また更には5重量%以上10重量%以下であることが好ましい。この範囲のアルミナを含有することで、薄色焼結体の色調がより鮮明な白色となる。さらにアルミナの含有量が上記の範囲であれば、アルミナ粒子に阻害されることなくジルコニアの焼結が進行する。多色ジルコニア焼結体において淡色焼結体がアルミナを含有する場合、薄色焼結体のアルミナ含有量は上記の範囲であり、なおかつ、淡色焼結体のアルミナ含有量より多ければよい。 The content of alumina is 0.25% by weight or more and 20% by weight or less, further 1% by weight or more and 15% by weight or less, or further 5% by weight or more and 10% by weight or less as the weight of alumina relative to the weight of the light-colored sintered body. Preferably. By containing alumina in this range, the color tone of the light-colored sintered body becomes more vivid white. Further, when the content of alumina is within the above range, the sintering of zirconia proceeds without being hindered by the alumina particles. When the light-colored sintered body contains alumina in the multi-colored zirconia sintered body, the alumina content of the light-colored sintered body is within the above range and should be higher than the alumina content of the light-colored sintered body.
薄色焼結体の呈色はL*a*b*表色系におけるL*、a*及びb*(以下、それぞれを単に「L*」、「a*」及び「b*」ともいう。)が、L*=85以上100以下、a*=-2以上2以下、及び、b*=-2以上3.0以下であること、更にはL*=85以上95以下、a*=-1以上-0.5以下、及び、b*=0以上1.5以下であること、また更にはL*=85以上93以下、a*=-1以上-0.4以下、及び、b*=0.5以上1.3以下であることが好ましい。明度L*が85以上であり、なおかつ、a*及びb*がどちらもゼロ付近であることで、鮮明な純白色を呈する焼結体となる。これにより淡色焼結体と組合せることで、より審美性の高い部材とすることができる。 The coloration of the light-colored sintered body is represented by L * , a * , and b * in the L * a * b * color system (hereinafter also simply referred to as "L * ,""a * ," and "b * ," respectively). ) is L * = 85 or more and 100 or less, a * = -2 or more and 2 or less, and b * = -2 or more and 3.0 or less, and L * = 85 or more and 95 or less, a * = - 1 or more and -0.5 or less, and b * = 0 or more and 1.5 or less, or L * = 85 or more and 93 or less, a * = -1 or more and -0.4 or less, and b * = 0.5 or more and 1.3 or less. When the lightness L * is 85 or more and both a * and b * are near zero, the sintered body exhibits a clear pure white color. By combining this with the light-colored sintered body, it is possible to obtain a member with higher aesthetics.
薄色焼結体はアルミナのみを含有することが好ましいが、淡色焼結体と異なる色調を呈する焼結体であれば、アルミナ以外に着色剤を含有していてもよい。薄色焼結体が含有する着色剤としては、着色ランタノイドであって淡色焼結体に含有されるものとは異なる種類のランタノイドを挙げることができる。なお、薄色焼結体は淡色焼結体よりも薄い色調を呈することが好ましいため、スピネル構造を有する複合酸化物を含まないことが好ましい。 The light-colored sintered body preferably contains only alumina, but may contain a coloring agent other than alumina as long as the sintered body exhibits a color tone different from that of the light-colored sintered body. Examples of the coloring agent contained in the light-colored sintered body include colored lanthanoids of a different kind from those contained in the light-colored sintered body. Since the light-colored sintered body preferably exhibits a lighter color tone than the light-colored sintered body, it preferably does not contain a composite oxide having a spinel structure.
次に、本発明の多色ジルコニア焼結体の製造方法を説明する。 Next, the method for producing the multicolored zirconia sintered body of the present invention will be described.
本発明の多色ジルコニア焼結体は、Ce、Pr、Nd、Eu、Tb、Ho、Er,Yb及びGdからなる群から選ばれるいずれか1種以上のランタノイドを含有するジルコニア粉末、又は、少なくとも酸化アルミニウムを含有するジルコニア粉末のいずれか一方のジルコニア粉末を成形し一次成形体を得る一次成形工程、一次成形工程以下の成形温度で該一次成形体上に他方のジルコニア粉末を成形して二次成形体を得る二次成形工程、該二次成形体を1300℃以上で焼成し予備焼結体を得る焼結工程、及び、該予備焼結体を1250℃以上1650℃以下、100MPa以上250MPa以下で熱間静水圧プレス処理する熱間静水圧プレス処理工程、を含む製造方法により製造することができる。 The multicolor zirconia sintered body of the present invention is a zirconia powder containing at least one lanthanoid selected from the group consisting of Ce, Pr, Nd, Eu, Tb, Ho, Er, Yb and Gd, or at least A primary molding step of molding one of the zirconia powders containing aluminum oxide to obtain a primary molded body, and molding the other zirconia powder on the primary molded body at a molding temperature equal to or lower than the primary molding step to form a secondary molding. A secondary molding step of obtaining a molded body, a sintering step of firing the secondary molded body at 1300° C. or higher to obtain a pre-sintered body, and sintering the pre-sintered body at 1250° C. or higher and 1650° C. or lower and 100 MPa or higher and 250 MPa or lower. It can be manufactured by a manufacturing method including a hot isostatic pressing step in which hot isostatic pressing is performed at .
一次成形工程では、一次成形体を得る。一次成形体は、Ce、Pr、Nd、Eu、Tb、Ho、Er,Yb及びGdからなる群から選ばれるいずれか1種以上のランタノイド(着色ランタノイド)を含有するジルコニア粉末(以下、「淡色粉末」ともいう。)を成形した成形体(以下、「淡色成形体」ともいう。)、又は、少なくとも酸化アルミニウムを含有するジルコニア粉末(以下、「薄色粉末」ともいう。)を成形した成形体(以下、「薄色成形体」ともいう。)のいずれかである。 In the primary molding step, a primary molded body is obtained. The primary compact is a zirconia powder containing at least one lanthanoid (colored lanthanoid) selected from the group consisting of Ce, Pr, Nd, Eu, Tb, Ho, Er, Yb and Gd (hereinafter referred to as "light-colored powder ”) (hereinafter also referred to as “light-colored molded body”), or a molded body obtained by molding zirconia powder containing at least aluminum oxide (hereinafter also referred to as “light-colored powder”). (Hereinafter, also referred to as "light-colored molded article").
一次成形工程における成形方法は任意である。成形方法としてプレス成形、冷間静水圧プレス、鋳込み成形、シート成形及び射出成形の群からなるいずれか1以上の成形方法を挙げることができる。任意形状の成形体が得られやすくなるため、成形方法は鋳込み成形又は射出成形の少なくともいずれかであることが好ましい。さらに、より複雑かつ微細な形状の成形体が得られやすいため、成形方法は射出成形であることがより好ましい。一次成形体は、凹凸部を有する形状であることが好ましい。一次成形体が凹凸部を有する形状であることで、淡色成形体及び薄色成形体が互いに凹凸部を被覆した構造を有する二次成形体が得られる。 Any molding method may be used in the primary molding step. The molding method may include any one or more molding methods from the group of press molding, cold isostatic pressing, casting, sheet molding and injection molding. The molding method is preferably at least one of cast molding and injection molding, since a molded article having an arbitrary shape can be easily obtained. Further, the molding method is more preferably injection molding because it is easy to obtain a molded article having a more complicated and fine shape. It is preferable that the primary molded body has a shape having uneven portions. Since the primary molded body has a shape having uneven portions, a secondary molded body having a structure in which the light-colored molded body and the light-colored molded body cover the uneven portions with each other can be obtained.
二次成形工程では、淡色成形体又は薄色成形体のいずれか一方の成形体からなる一次成形体の上に、他方の粉末を成形した成形体を作製する。これにより、一次成形体と二次成形体とが積層した成形体、特に淡色成形体及び薄色成形体が互いの凹凸部を被覆し合うように積層した二次成形体が得られる。 In the secondary molding step, a molded body is produced by molding the powder of the other light-colored molded body or light-colored molded body on top of the primary molded body. As a result, a molded body in which the primary molded body and the secondary molded body are laminated, particularly a secondary molded body in which the light-colored molded body and the light-colored molded body are laminated so as to cover each other's uneven portions are obtained.
二次成形工程における成形温度(以下、「二次成形温度」ともいう。)を、一次成形工程における成形温度(以下、「一次成形温度」ともいう。)以下とする。二次成形温度が一次成形温度より高い場合、二次成形時に一次成形体の形状に歪みや、崩れなどが生じやすくなる。この場合、凸部などの一次成形体の微細な形状を歪んだ状態で含む二次成形体が得られる。このような二次成形体を焼結すると、得られる多色ジルコニア焼結体が、形状の歪みに起因した色滲みを有する焼結体となる。 The molding temperature in the secondary molding process (hereinafter also referred to as "secondary molding temperature") is set to be equal to or lower than the molding temperature in the primary molding process (hereinafter also referred to as "primary molding temperature"). When the secondary molding temperature is higher than the primary molding temperature, the shape of the primary molded body tends to be distorted or collapsed during secondary molding. In this case, a secondary molded body is obtained that includes the fine shapes of the primary molded body such as convex portions in a distorted state. When such a secondary molded body is sintered, the obtained multicolor zirconia sintered body becomes a sintered body having color bleeding due to shape distortion.
一次成形及び二次成形を有する一般的な成形方法、特に一次成形及び二次成形を有する鋳込み成形や射出成形では、二次成形時の熱により一次成形体の温度が上昇する。これにより、二次成形工程の温度が上昇する。従って、一次成形及び二次成形において成形温度を制御しない場合は、通常、二次成形温度が一次成形温度を超える。これに対し、本発明における二次成形温度は一次成形温度以下、更には一次成形温度未満である。二次成形温度が一次成形温度以下であること、すなわち、一次成形温度が二次成形温度以上であることにより、模様の流れ及びこれによる色滲みが生じなくなる。このようにして得られる二次成形体を焼結させることで、界面に隙間及び色滲みを有さない多色ジルコニア焼結体が得られる。なお、模様の流れとは、例えば一次成形体の凸部など、一次成形体の形状が二次成形体の成形により変形することを挙げられる。 In general molding methods including primary molding and secondary molding, particularly casting molding and injection molding including primary molding and secondary molding, the temperature of the primary molded body rises due to heat during secondary molding. This increases the temperature of the secondary molding process. Therefore, when the molding temperature is not controlled in primary molding and secondary molding, the secondary molding temperature usually exceeds the primary molding temperature. On the other hand, the secondary molding temperature in the present invention is below the primary molding temperature, further below the primary molding temperature. When the secondary molding temperature is equal to or lower than the primary molding temperature, that is, the primary molding temperature is equal to or higher than the secondary molding temperature, pattern flow and color bleeding due to this do not occur. By sintering the thus-obtained secondary compact, a multicolored zirconia sintered body having no interstices and no color bleeding can be obtained. The flow of the pattern includes deformation of the shape of the primary molded body, such as a convex portion of the primary molded body, due to molding of the secondary molded body.
二次成形工程においては、一次成形温度と二次成形温度の差が大きくなるほど、歪んだ形状を含まない二次成形体がより得られやすくなる。一次成形温度は、二次成形温度より3℃以上、更には5℃以上、また更には10℃以上、また更には20℃以上、また更には30℃以上であることが挙げられる。しかしながら、本発明の製造方法においては、二次成形温度が一次成形温度よりも低く、なおかつ、その差が3~30℃、更には3~20℃、また更には3~10℃、また更には5~10℃と小さくとも、歪んだ形状を含まない二次成形体を再現よく得ることができる。 In the secondary molding process, the greater the difference between the primary molding temperature and the secondary molding temperature, the easier it is to obtain a secondary molded body that does not have a distorted shape. The primary molding temperature may be 3° C. or higher, further 5° C. or higher, further 10° C. or higher, further 20° C. or higher, or further 30° C. or higher than the secondary molding temperature. However, in the production method of the present invention, the secondary molding temperature is lower than the primary molding temperature, and the difference is 3 to 30 ° C., further 3 to 20 ° C., further 3 to 10 ° C., or further Even if the temperature is as small as 5 to 10° C., a secondary molded body without distorted shape can be obtained with good reproducibility.
一次成形温度及び二次成形温度は、成形体の型(以下、「成形型」ともいう。)の温度により制御してもよい。すなわち、成形工程では、一次成形の成形型の温度を二次成形の成形型の温度以上、更には3℃以上、また更には5℃以上、また更には10℃以上、また更には20℃以上、また更には30℃以上とすることで二次成形温度を一次成形温度以下とすることができる。 The primary molding temperature and secondary molding temperature may be controlled by the temperature of the mold for the molded product (hereinafter also referred to as "molding mold"). That is, in the molding step, the temperature of the mold for primary molding is set to the temperature of the mold for secondary molding or higher, further 3 ° C. or higher, further 5 ° C. or higher, further 10 ° C. or higher, or further 20 ° C. or higher. Furthermore, by setting the temperature to 30° C. or higher, the secondary molding temperature can be made equal to or lower than the primary molding temperature.
二次成形工程における成形方法は、一次成形温度と二次成形温度が上記の関係を満たせば、プレス成形、冷間静水圧プレス、鋳込み成形、シート成形及び射出成形からなる群のいずれか1以上の成形方法であればよい。任意形状の成形体が得られやすくなるため、成形方法は鋳込み成形又は射出成形の少なくともいずれかであることが好ましい。さらに、より複雑かつ微細な形状の成形体が再現よく得られやすいため、二次成形工程における成形は射出成形であることがより好ましい。 The molding method in the secondary molding step is any one or more of the group consisting of press molding, cold isostatic pressing, cast molding, sheet molding and injection molding, provided that the primary molding temperature and the secondary molding temperature satisfy the above relationship. Any molding method may be used. The molding method is preferably at least one of cast molding and injection molding, since a molded article having an arbitrary shape can be easily obtained. Furthermore, it is more preferable that the molding in the secondary molding step is injection molding, since a molded article having a more complicated and fine shape can be easily obtained with good reproducibility.
射出成形における射出圧力は50MPa以上150MPa以下、更には70MPa以上130MPa以下であることが例示できる。 For example, the injection pressure in injection molding is 50 MPa or more and 150 MPa or less, and further 70 MPa or more and 130 MPa or less.
一次成形工程、二次成形工程(以下、「成形工程」ともいう。)に供する淡色粉末は、着色ランタノイドを含有するジルコニア粉末であり、更には着色ランタノイド粉末とジルコニア粉末との混合粉末であればよい。 The light-colored powder to be subjected to the primary molding process and the secondary molding process (hereinafter also referred to as the "molding process") is a zirconia powder containing colored lanthanide, or a mixed powder of colored lanthanide powder and zirconia powder. good.
淡色粉末は、BET比表面積が7~20m2/g、更には7.5~15m2/gであること好ましい。この範囲のBET比表面積とすることで、淡色成形体が、アルミナを含有する薄色成形体と同様な焼結挙動を有しやすくなる。 The light-colored powder preferably has a BET specific surface area of 7 to 20 m 2 /g, more preferably 7.5 to 15 m 2 /g. By setting the BET specific surface area within this range, the light-colored compact tends to have the same sintering behavior as the light-colored compact containing alumina.
ジルコニア粉末としては3mol%のイットリアを含むジルコニア粉末を挙げることができる。 The zirconia powder can include zirconia powder containing 3 mol % yttria.
淡色粉末がアルミナを含有する場合、アルミナは着色ランタノイドより少なくする必要がある。淡色粉末に含まれるアルミナは淡色粉末中のジルコニアに対して1重量%以下、更には0.5重量%以下、また更には0.3重量%以下、また更には0.25重量%以下であればよい。 If the light colored powder contains alumina, the alumina should be less than the colored lanthanides. Alumina contained in the light-colored powder is 1% by weight or less, further 0.5% by weight or less, further 0.3% by weight or less, or further 0.25% by weight or less with respect to zirconia in the light-colored powder Just do it.
着色ランタノイドの含有量は、淡色粉末の重量に対して0.1重量%以上6重量%以下、更には0.3重量%以上3.5重量%以下であればよい。 The content of the colored lanthanoid may be 0.1% by weight or more and 6% by weight or less, more preferably 0.3% by weight or more and 3.5% by weight or less, relative to the weight of the light-colored powder.
これらの粉末とジルコニア粉末が均一に混合されれば混合方法は任意である。混合方法として湿式混合、更にはボールミルあるいはビーズミルであることが好ましい。具体的な混合方法として、ボールミルで24時間以上、混合することが挙げられる。 Any mixing method may be used as long as these powders and the zirconia powder can be uniformly mixed. The mixing method is preferably wet mixing, more preferably ball mill or bead mill. A specific mixing method includes mixing with a ball mill for 24 hours or more.
成形工程に供する薄色粉末は、少なくともアルミナを含有するジルコニア粉末であり、アルミナ粉末とジルコニア粉末との混合粉末であればよい。 The light-colored powder to be subjected to the molding step is zirconia powder containing at least alumina, and may be a mixed powder of alumina powder and zirconia powder.
アルミナの含有量は、薄色粉末の重量に対してアルミナの重量が0.25重量%以上20重量%以下、更には1重量%以上20重量%以下、また更には5重量%以上10重量%以下であればよい。また、アルミナ粉末としては、純度99%以上、更には純度99.5%以上のアルミナ粉末を挙げることができる。 The content of alumina is 0.25% to 20% by weight, further 1% to 20% by weight, and further 5% to 10% by weight with respect to the weight of the light-colored powder. Any of the following is acceptable. As the alumina powder, alumina powder having a purity of 99% or higher, and further a purity of 99.5% or higher can be used.
ジルコニア粉末は3mol%のイットリアを含むジルコニア粉末を挙げることができる。 Zirconia powder can include zirconia powder containing 3 mol % yttria.
成形工程では、粉末の流動性を改善するため、淡色粉末又は薄色粉末の少なくともいずれかは、有機バインダーを含むことが好ましい。 In the molding step, at least one of the light-colored powder and the light-colored powder preferably contains an organic binder in order to improve the fluidity of the powder.
有機バインダーを含む場合、各ジルコニア粉末中の有機バインダーの含有量は25~65容量%、更には35~60容量%を挙げることができる。 When an organic binder is included, the content of the organic binder in each zirconia powder can be 25 to 65% by volume, more preferably 35 to 60% by volume.
有機バインダーとしては、アクリル樹脂、ポリオレフィン樹脂、ワックス及び可塑剤からなる群から選ばれる少なくとも1種を挙げることができる。 At least one selected from the group consisting of acrylic resins, polyolefin resins, waxes and plasticizers can be used as the organic binder.
ジルコニア粉末と有機バインダーとが均一に混合できれば、その混合方法は任意である。混合方法として加熱混練や湿式混合を例示することができる。 Any mixing method may be used as long as the zirconia powder and the organic binder can be uniformly mixed. Heat kneading and wet mixing can be exemplified as the mixing method.
淡色成形体と薄色成形体とは焼結収縮強度が一致していることが好ましい。これにより、収縮量の差に由来する歪みが生じず、両者がより強固に接合した状態で成形体を焼結することができる。 It is preferable that the light-colored compact and the light-colored compact have the same sintering shrinkage strength. As a result, the compact can be sintered in a state in which the two are joined together more firmly without distortion caused by the difference in contraction amount.
焼成工程では、二次成形体を焼成することでこれを仮焼結し、予備焼結体を得る。 In the sintering step, the secondary molded body is sintered to obtain a preliminary sintered body.
焼成工程において、焼成温度は1300℃以上、更には1350℃以上である。焼成温度が1300℃未満であると、HIP処理工程において焼結体が緻密化しなくなる。焼成温度は必要以上に高くする必要がなく、1300℃以上1550℃以下、更には1350℃以上1500℃以下、また更には1350℃以上1450℃以下を挙げることができる。 In the firing step, the firing temperature is 1300° C. or higher, preferably 1350° C. or higher. If the firing temperature is lower than 1300° C., the sintered body will not be densified in the HIP treatment step. The firing temperature need not be higher than necessary, and can be 1300° C. or higher and 1550° C. or lower, further 1350° C. or higher and 1500° C. or lower, or further 1350° C. or higher and 1450° C. or lower.
焼成雰囲気は大気中、不活性雰囲気又は真空のいずれでもよく、大気中又は不活性雰囲気の少なくともいずれかであること好ましく、大気中であることがより好ましい。上記の焼成温度及び焼成雰囲気は任意の組合せを適用することができる。焼成工程は、成形体に対して外的な力を加えずに単に加熱することにより焼結する方法である、常圧焼結であることが好ましい。 The sintering atmosphere may be the air, an inert atmosphere, or a vacuum, preferably at least either the air or the inert atmosphere, and more preferably the air. Any combination of the above firing temperature and firing atmosphere can be applied. The sintering step is preferably normal pressure sintering, which is a method of sintering by simply heating without applying an external force to the compact.
焼成時間は焼成温度により異なるが、1時間以上、更には2時間以上であることが好ましい。焼成時間が1時間以上であることで、焼成工程において隙間の除去が促進する。一方、焼成時間は5時間以下、更には3時間以下であればよい。 Although the firing time varies depending on the firing temperature, it is preferably 1 hour or longer, more preferably 2 hours or longer. When the firing time is 1 hour or longer, the removal of gaps is facilitated in the firing process. On the other hand, the firing time may be 5 hours or less, preferably 3 hours or less.
なお、有機バインダーを含むジルコニア粉末から成形体を作製した場合、焼成処理を行う前に脱脂処理を行ない、成形体から有機バインダー除去する。 When a compact is produced from zirconia powder containing an organic binder, a degreasing treatment is performed to remove the organic binder from the compact before firing.
脱脂処理における焼成温度は400℃以上600℃以下であればよい。また、脱脂処理の雰囲気は、大気中、不活性ガス雰囲気中及び酸化性ガス雰囲気中の群から選ばれるいずれかの雰囲気であればよい。 The baking temperature in the degreasing treatment should be 400° C. or higher and 600° C. or lower. Moreover, the atmosphere for the degreasing treatment may be any atmosphere selected from the group consisting of air, an inert gas atmosphere, and an oxidizing gas atmosphere.
本発明の製造方法では、予備焼結体をHIP処理する。これにより、界面の色滲みを抑制したまま、界面の隙間の排除が促進されて予備焼結体が焼結され、本発明の多色ジルコニア焼結体が得られる。 In the production method of the present invention, the pre-sintered body is HIP-treated. As a result, elimination of interfacial gaps is facilitated while suppressing color bleeding at the interface, and the pre-sintered body is sintered, thereby obtaining the multicolored zirconia sintered body of the present invention.
HIP処理において、HIP温度は1200℃以上、更には1250℃以上、また更には1300℃以上、また更には1350℃以上を挙げることができる。緻密化が進行すれば、HIP温度は必要以上に高くする必要がなく、HIP処理温度が焼成温度よりも低いこと、更にはHIP処理温度が焼成温度よりも30℃以上低いことが好ましい。HIP温度として1650℃以下、更には1450℃以下を挙げることができる。 In the HIP treatment, the HIP temperature can be 1200° C. or higher, further 1250° C. or higher, further 1300° C. or higher, or further 1350° C. or higher. If the densification progresses, the HIP temperature does not need to be increased more than necessary, and it is preferable that the HIP treatment temperature is lower than the sintering temperature, and that the HIP treatment temperature is 30° C. or more lower than the sintering temperature. The HIP temperature can be 1650° C. or lower, and further 1450° C. or lower.
HIP圧力は50MPa以上、更には100MPa以上、また更には140MPa以上であることが挙げられる。通常のHIP処理装置を使用したHIP処理では、HIP圧力は250MPa以下、更には180MPa以下となる。 The HIP pressure is 50 MPa or higher, further 100 MPa or higher, or further 140 MPa or higher. In HIP processing using a normal HIP processing apparatus, the HIP pressure is 250 MPa or less, and further 180 MPa or less.
HIP処理の雰囲気は不活性雰囲気又は弱還元雰囲気のいずれかであればよく、窒素雰囲気又はアルゴン雰囲気の少なくともいずれかを挙げることができ、アルゴン雰囲気であることが好ましい。上記のHIP温度、HIP圧力及び雰囲気、並びのその上下限の値は任意の組合せとすることができる。 The HIP treatment atmosphere may be either an inert atmosphere or a weakly reducing atmosphere, and may include at least either a nitrogen atmosphere or an argon atmosphere, preferably an argon atmosphere. The above HIP temperature, HIP pressure and atmosphere, and their upper and lower limits may be combined in any desired manner.
HIP処理の際に、二次成形体を配置する容器は、カーボン製の容器であることが好ましい。これにより、アルゴン雰囲気中でのHIP処理においても、二次成形体の近傍の弱還元雰囲気とすることができる。 The container in which the secondary molded body is placed during the HIP treatment is preferably a container made of carbon. As a result, even in HIP processing in an argon atmosphere, a weakly reducing atmosphere can be created in the vicinity of the secondary compact.
HIP処理後、必要に応じて、得られたHIP処理体を酸化雰囲気下で焼成してもよい。焼成温条件は、大気中、600℃以上1000℃以下で1から5時間を挙げることができる。 After the HIP treatment, the obtained HIP-treated body may be sintered in an oxidizing atmosphere, if necessary. The sintering temperature conditions include 600° C. or higher and 1000° C. or lower in the air for 1 to 5 hours.
本発明の製造方法により、界面に色滲み及び隙間のない多色ジルコニア焼結体を得ることができる。 By the production method of the present invention, it is possible to obtain a multicolored zirconia sintered body without color bleeding and gaps at the interface.
さらに、本発明の製造方法においては、得られた多色ジルコニア焼結体を各種部材とするための、加工工程又は研磨工程の少なくともいずれか(以下、「後処理工程」ともいう。)を含んでいてもよい。 Furthermore, the manufacturing method of the present invention includes at least either a processing step or a polishing step (hereinafter also referred to as a “post-treatment step”) for making the obtained multicolored zirconia sintered body into various members. You can stay.
加工工程は、HIP処理で得られた多色ジルコニア焼結体を所望の形状に加工する。加工方法は任意の方法を使用することができる。加工方法は一般的な切削加工であればよく、例えば、旋盤加工、平面研削、R研削及びNC加工(numerical control machining)からなる群のいずれか1種以上を挙げることができる。淡色焼結体及び薄色焼結体の界面を露出させるように表面を加工すること、更には淡色焼結体と薄色焼結体との凹凸部が積層して形成された界面が表面に露出するように表面を加工することで、淡色焼結体と薄色焼結体との界面、淡色焼結体及び薄色焼結体が同一表面で模様を形成する多色ジルコニア焼結体とすることができる。 In the processing step, the multicolored zirconia sintered body obtained by HIP processing is processed into a desired shape. Any processing method can be used. The processing method may be general cutting processing, and examples include any one or more of the group consisting of lathe processing, surface grinding, R grinding and NC processing (numerical control machining). The surface is processed so as to expose the interface between the light-colored sintered body and the light-colored sintered body, and the interface formed by laminating the uneven portions of the light-colored sintered body and the light-colored sintered body is formed on the surface. A multicolor zirconia sintered body in which the interface between the light-colored sintered body and the light-colored sintered body and the light-colored sintered body and the light-colored sintered body form a pattern on the same surface by processing the surface so that it is exposed. can do.
研磨工程は、HIP処理で得られた多色ジルコニア焼結体又はまたはこれを加工処理したものを研磨する。これにより、光沢をより強くすることができ、本発明の多色ジルコニア焼結体の高級感がより強調される。研磨方法は任意であるが、バレル研磨又はR研磨の少なくともいずれかを例示することができる。 In the polishing step, the multicolored zirconia sintered body obtained by HIP treatment or a processed product thereof is polished. As a result, the gloss can be made stronger, and the high-class feeling of the multicolored zirconia sintered body of the present invention is further emphasized. Although the polishing method is arbitrary, at least one of barrel polishing and R polishing can be exemplified.
本発明の製造方法では、一次成形工程、二次成形工程、焼成工程、HIP処理工程及び後処理工程において、上記の各条件の任意の組み合わせであってもよい。 In the manufacturing method of the present invention, the primary molding process, secondary molding process, baking process, HIP treatment process, and post-treatment process may be any combination of the above conditions.
以下、実施例及び比較例により本発明を具体的に説明する。しかしながら、本発明はこれらに限定されるものではない。
(焼結体密度、及び相対密度)
多色ジルコニア焼結体の実測密度(焼結体密度)はアルキメデス法により測定した。得られた実測密度と理論密度から、多色ジルコニア焼結体の相対密度を求めた。多色ジルコニア焼結体の理論密度は、(1’)式から算出した。なお、算出された実施例及び比較例の多色ジルコニア焼結体の理論密度は表2に示した。
(比表面積)
窒素吸着によるBET比表面積を測定し、粉末試料の比表面積とした。測定には一般的な比表面積測定装置(QUANTA CHROME製)を使用した。
(光学顕微鏡観察)
光学顕微鏡(装置名:MM-800、ニコン製)又は三眼ズーム式実体顕微鏡(装置名:AR-372ZH、アームシステム株式会社製)を使用し焼結体試料の界面を観察した。光学顕微鏡観察では、界面における隙間の有無及び色滲みの有無を観察した。
(SEM観察)
SEM(装置名:JSM-5400、日本電子製)を使用し焼結体試料の界面を観察した。SEM観察では、倍率を500倍として、界面における隙間の有無を観察した。
(EPMAによる元素定量分析)
波長分散型電子線マイクロアナライザー(EPMA)(装置名:EPMA1610、島津製作所製)を使用して、焼結体試料におけるランタノイド着色焼結体の界面近傍の点分析を行なった。測定条件は以下のとおりである。
加速電圧 :15KV
照射電流 :100nA
分析範囲 :φ10μm
測定は、界面から白色焼結体の距離を30μm、50μm、100μm、130μm、170μm及び200μmのいずれかで行い、着色成分が確認された領域であって、界面から最も遠い距離における測定領域を移行領域とした。
EXAMPLES The present invention will be specifically described below with reference to examples and comparative examples. However, the present invention is not limited to these.
(Sintered compact density and relative density)
The measured density (sintered body density) of the multicolor zirconia sintered body was measured by the Archimedes method. The relative density of the multicolored zirconia sintered body was obtained from the obtained measured density and theoretical density. The theoretical density of the multicolor zirconia sintered body was calculated from the formula (1'). Table 2 shows the calculated theoretical densities of the multicolor zirconia sintered bodies of Examples and Comparative Examples.
(Specific surface area)
The BET specific surface area by nitrogen adsorption was measured and used as the specific surface area of the powder sample. A general specific surface area measuring device (manufactured by QUANTA CHROME) was used for the measurement.
(Optical microscope observation)
The interface of the sintered sample was observed using an optical microscope (apparatus name: MM-800, manufactured by Nikon) or a trinocular zoom stereoscopic microscope (apparatus name: AR-372ZH, manufactured by Arm System Co., Ltd.). In the observation with an optical microscope, the presence or absence of gaps at the interface and the presence or absence of color bleeding were observed.
(SEM observation)
An SEM (device name: JSM-5400, manufactured by JEOL Ltd.) was used to observe the interface of the sintered sample. In the SEM observation, the presence or absence of gaps at the interface was observed at a magnification of 500 times.
(Elemental quantitative analysis by EPMA)
A wavelength dispersive electron probe microanalyzer (EPMA) (device name: EPMA1610, manufactured by Shimadzu Corporation) was used to perform point analysis in the vicinity of the interface of the lanthanide-colored sintered body in the sintered body sample. The measurement conditions are as follows.
Accelerating voltage: 15KV
Irradiation current: 100nA
Analysis range: φ10 μm
Measurement was performed at a distance of 30 μm, 50 μm, 100 μm, 130 μm, 170 μm and 200 μm from the interface to the white sintered body, and the area where the coloring component was confirmed, and the measurement area at the farthest distance from the interface area.
(L*a*b*表色系による色調)
JISZ8722に準拠し、焼結体試料の色調を測定した。測定には一般的な色差計(装置名:カラーアナライザーTC-1800MK-II、東京電色社製)を用いた。測定条件は以下のとおりである。
光源 :D65光源
視野角 :2°
焼結体試料は厚さ1mm、直径20mmの円板状の形状として、両面を研磨したものを用いた。
(L * a * b * color tone by color system)
The color tone of the sintered sample was measured according to JISZ8722. A general color difference meter (apparatus name: Color Analyzer TC-1800MK-II, manufactured by Tokyo Denshoku Co., Ltd.) was used for the measurement. The measurement conditions are as follows.
Light source: D65 light source
Viewing angle: 2°
The sintered body sample was a disc having a thickness of 1 mm and a diameter of 20 mm, and had both sides polished.
(機械強度試験)
多色ジルコニア焼結体試料の機械的強度として、ISO14368-3に準じた剛球落下試験による衝撃強度を測定した。すなわち、SUS製の板の上に多色ジルコニア焼結体試料を配置した。その後、ランタノイド着色焼結体と濃色焼結体との界面近傍に、多色ジルコニア焼結体試料から5cmの高さから重さ16gの鉄球を落下させ、多色ジルコニア焼結体のクラック、亀裂、割れその他破壊の有無を確認した。その後、5cm間隔で鉄球の落下開始位置(以下、「落球位置」ともいう。)を高くして、同様の測定を行った。多色ジルコニア焼結体に破壊が確認された落球位置(cm)をもって、多色ジルコニア焼結体試料の衝撃強度とした。
(Mechanical strength test)
As the mechanical strength of the multicolored zirconia sintered body sample, the impact strength was measured by a rigid ball drop test according to ISO14368-3. That is, a multicolor zirconia sintered sample was placed on a SUS plate. After that, an iron ball weighing 16 g was dropped from a height of 5 cm from the multi-colored zirconia sintered body sample near the interface between the lanthanide-colored sintered body and the dark-colored sintered body, and cracks in the multi-colored zirconia sintered body were detected. , the presence or absence of cracks, cracks and other destruction was confirmed. After that, the falling start position of the iron ball (hereinafter also referred to as "falling ball position") was raised at intervals of 5 cm, and the same measurement was performed. The impact strength of the multicolored zirconia sintered body sample was defined as the falling ball position (cm) at which breakage was confirmed in the multicolored zirconia sintered body.
実施例1
ピンク色ジルコニア焼結体と白色ジルコニア焼結体とからなるピンク色/白色ジルコニア焼結体を作製した。
(ピンク色ジルコニア原料の調製)
3mol%イットリア安定化ジルコニア粉末中のイットリア及びジルコニアの合計重量に対するエルビウムの重量が2重量%となるように、BET比表面積が8m2/gであり、アルミナを0.25重量%含有する3mol%イットリア安定化ジルコニア粉末(商品名:TZ-3YSE、東ソー株式会社製)に、酸化エルビウム粉末(商品名:酸化エルビウム、信越化学製)を添加した。
Example 1
A pink/white zirconia sintered body composed of a pink zirconia sintered body and a white zirconia sintered body was produced.
(Preparation of pink zirconia raw material)
3 mol% having a BET specific surface area of 8 m 2 /g and containing 0.25% by weight of alumina so that the weight of erbium with respect to the total weight of yttria and zirconia in the 3 mol% yttria-stabilized zirconia powder is 2% by weight Erbium oxide powder (trade name: erbium oxide, manufactured by Shin-Etsu Chemical) was added to yttria-stabilized zirconia powder (trade name: TZ-3YSE, manufactured by Tosoh Corporation).
添加後、直径10mmのジルコニア製ボールを使用して、エタノール溶媒中、24時間ボールミルでこれらの粉末を混合した。混合後の粉末を乾燥してピンク色ジルコニア粉末を得た。
得られたピンク色ジルコニア粉末にアクリルバインダーを混合し、これをピンク色ジルコニア原料とした。ピンク色ジルコニア原料中のピンク色ジルコニア粉末の含有量は45容積%であった。
After the addition, these powders were mixed in a ball mill for 24 hours in an ethanol solvent using zirconia balls with a diameter of 10 mm. The mixed powder was dried to obtain pink zirconia powder.
The obtained pink zirconia powder was mixed with an acrylic binder to obtain a pink zirconia raw material. The content of pink zirconia powder in the pink zirconia raw material was 45% by volume.
(白色ジルコニア原料の調製)
3mol%イットリア安定化ジルコニア粉末中のイットリア及びジルコニアの合計重量に対する酸化アルミニウムの重量が5重量%となるように、BET比表面積が8m2/gである3mol%イットリア安定化ジルコニア粉末(商品名:TZ-3YS、東ソー株式会社製)に、市販の高純度酸化アルミニウム粉末(純度:99.9%以上、平均粒径0.3μm)を添加した。
(Preparation of white zirconia raw material)
3 mol% yttria - stabilized zirconia powder (trade name: TZ-3YS, manufactured by Tosoh Corporation) was added with commercially available high-purity aluminum oxide powder (purity: 99.9% or more, average particle size: 0.3 μm).
添加後、直径10mmのジルコニア製ボールを使用して、エタノール溶媒中、24時間ボールミルでこれらの粉末を混合した。混合後の粉末を乾燥して白色ジルコニア粉末を得た。
得られた白色ジルコニア粉末にアクリルバインダーを混合し、これを白色ジルコニア原料とした。白色ジルコニア原料中の白色ジルコニア粉末の含有量は45容積%であった。
After the addition, these powders were mixed in a ball mill for 24 hours in an ethanol solvent using zirconia balls with a diameter of 10 mm. The mixed powder was dried to obtain a white zirconia powder.
The resulting white zirconia powder was mixed with an acrylic binder to obtain a white zirconia raw material. The content of white zirconia powder in the white zirconia raw material was 45% by volume.
(成形体の作製)
白色ジルコニア原料を射出成形により、凸部を有するベゼルリング状の白色ジルコニア成形体を得た。射出成形の圧力は100MPaとした。
(Preparation of compact)
A bezel-ring-shaped white zirconia molding having projections was obtained by injection molding a white zirconia raw material. The injection molding pressure was 100 MPa.
次に、得られた白色ジルコニア成形体の上に、ピンク色ジルコニア原料を射出成形した。射出成形の圧力を100MPaとし、なおかつ、成形型の温度は、白色ジルコニア原料の射出成形温度より5℃低くした。これにより、白色ジルコニア成形体上にピンク色ジルコニア成形体が積層した形状で両者が接合した成形体を得た。 Next, a pink zirconia raw material was injection molded on the obtained white zirconia molded body. The injection molding pressure was 100 MPa, and the mold temperature was 5° C. lower than the injection molding temperature of the white zirconia raw material. As a result, a molded body was obtained in which the pink zirconia molded body was laminated on the white zirconia molded body and the two were joined together.
得られた成形体は、大気中、昇温速度2.0℃/h、脱脂温度450℃、及び脱脂時間4時間で脱脂処理した。 The obtained compact was degreased in air at a temperature increase rate of 2.0° C./h, a degreasing temperature of 450° C., and a degreasing time of 4 hours.
(焼成及びHIP処理)
脱脂処理後の成形体を、大気中、昇温速度100℃/h、焼成温度1450℃、及び焼結時間2時間で焼成することで予備焼結体を得た。
得られた予備焼結体をアルミナ製容器に配置した後、純度99.9%のアルゴンガスの雰囲気下で、HIP温度1400℃、HIP圧力150MPa、及び保持時間1時間でHIP処理することにより、HIP処理体を得た。当該HIP処理体を本実施例のピンク色/白色ジルコニア焼結体とした。本実施例の評価結果を表1に示す。
(Firing and HIP treatment)
A pre-sintered body was obtained by sintering the compact after degreasing treatment in the atmosphere at a heating rate of 100° C./h, a sintering temperature of 1450° C., and a sintering time of 2 hours.
After placing the obtained pre-sintered body in an alumina container, HIP treatment is performed at a HIP temperature of 1400 ° C., a HIP pressure of 150 MPa, and a holding time of 1 hour in an atmosphere of argon gas with a purity of 99.9%. A HIP-treated body was obtained. The HIP-treated body was used as the pink/white zirconia sintered body of this example. Table 1 shows the evaluation results of this example.
得られたピンク色/白色ジルコニア焼結体はピンク色ジルコニア焼結体と白色ジルコニア焼結体の体積比が59:41であり、当該ピンク色/白色ジルコニア焼結体の相対密度は99.9%であった。
(部材加工)
白色ジルコニア焼結体の凸部が鮮明に確認されるまで、本実施例のピンク色/白色ジルコニア焼結体のピンク色ジルコニア焼結体側の表面を加工した。これにより、本実施例のピンク色/白色ジルコニア焼結体を、ピンク色ジルコニア焼結体の表面に白色ジルコニア焼結体からなる模様を有するベゼルリングとした。表面加工後のベゼルリングを研磨処理することで、本実施例のピンク色/白色ジルコニア焼結体からなり、強い光沢感を有するベゼルリングを得た。
The obtained pink/white zirconia sintered body has a volume ratio of 59:41 to the pink zirconia sintered body and the white zirconia sintered body, and the pink/white zirconia sintered body has a relative density of 99.9. %Met.
(Material processing)
The surface of the pink/white zirconia sintered body of this example on the pink zirconia sintered body side was processed until the protrusions of the white zirconia sintered body were clearly confirmed. As a result, the pink/white zirconia sintered body of this example was made into a bezel ring having a pattern of the white zirconia sintered body on the surface of the pink zirconia sintered body. By polishing the bezel ring after the surface processing, a bezel ring made of the pink/white zirconia sintered body of this example and having a strong glossy feeling was obtained.
当該ベゼルリングは、ピンク色ジルコニア焼結体からなる表面を有し、なおかつ、当該表面上に、白色ジルコニア焼結体からなる模様を有しており、ピンク色ジルコニア焼結体と白色焼結体との界面、ピンク色ジルコニア焼結体及び白色焼結体が同一表面に露出して模様を形成していた。 The bezel ring has a surface made of a pink zirconia sintered body, and a pattern made of a white zirconia sintered body on the surface, and a pink zirconia sintered body and a white sintered body , the pink zirconia sintered body and the white sintered body were exposed on the same surface to form a pattern.
また、当該ベゼルリングの界面を目視にて確認した。その結果、界面の白色がぼやけることなく、当該界面は色滲みがないことが確認できた。また、EPMAによる界面の元素定量分析を行った結果、界面から30μm、50μm、100μm、及び200μmの白色焼結体の領域でエルビウム元素は確認されず、着色成分の白色焼結体側への滲みがないことを確認できた。 Moreover, the interface of the said bezel ring was confirmed visually. As a result, it was confirmed that the white color of the interface was not blurred and that the interface had no color bleeding. In addition, as a result of quantitative elemental analysis of the interface by EPMA, the erbium element was not confirmed in the regions of the white sintered body at 30 μm, 50 μm, 100 μm, and 200 μm from the interface, and the coloring component did not seep into the white sintered body side. I was able to confirm that it is not.
さらに、当該ベゼルリングの界面を光学顕微鏡及びSEM観察で観察した。SEM観察により得られた反射電子像を図1に示す。ピンク色ジルコニアと白色ジルコニアとが焼結して界面を形成していること、当該界面において隙間が生じていないこと、及び、結合層がないことが確認できた(図1中破線丸部)。 Furthermore, the interface of the bezel ring was observed with an optical microscope and SEM observation. A backscattered electron image obtained by SEM observation is shown in FIG. It was confirmed that pink zirconia and white zirconia were sintered to form an interface, that there was no gap at the interface, and that there was no bonding layer (broken circle in FIG. 1).
さらに、得られたベゼルリングの機械強度試験を行った。85cmの高さから鉄球を落下させても亀裂や割れが生じなかった。これより、本実施例のピンク色/白色ジルコニア焼結体は、衝撃強度が85cm以上であり、高い強度を有していることが確認できた。 Furthermore, the obtained bezel ring was subjected to a mechanical strength test. Even if an iron ball was dropped from a height of 85 cm, no cracks or breaks occurred. From this, it was confirmed that the pink/white zirconia sintered body of the present example had an impact strength of 85 cm or more and had high strength.
実施例2
オレンジ色ジルコニア焼結体と白色ジルコニア焼結体とからなるオレンジ色/白色ジルコニア焼結体を作製した。
Example 2
An orange/white zirconia sintered body composed of an orange zirconia sintered body and a white zirconia sintered body was produced.
すなわち、プラセオジム重量が1重量%となるように、BET比表面積が8m2/gであり、アルミナを0.25重量%含有する3mol%イットリア安定化ジルコニア粉末(商品名:TZ-3YSE、東ソー株式会社製)に、酸化プラセオジム粉末(商品名:酸化プラセオジム、信越化学製)を添加した。 That is, 3 mol% yttria-stabilized zirconia powder containing 0.25% by weight of alumina and having a BET specific surface area of 8 m 2 /g so that the weight of praseodymium is 1% by weight (trade name: TZ-3YSE, Tosoh Corporation company) was added with praseodymium oxide powder (trade name: praseodymium oxide, manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.).
添加後、直径10mmのジルコニア製ボールを使用して、エタノール溶媒中、24時間ボールミルでこれらの粉末を混合した。混合後の粉末を乾燥してオレンジ色ジルコニア粉末を得た。 After the addition, these powders were mixed in a ball mill for 24 hours in an ethanol solvent using zirconia balls with a diameter of 10 mm. The mixed powder was dried to obtain an orange zirconia powder.
ピンク色ジルコニア粉末の代わりに当該オレンジ色ジルコニア粉末を使用したこと以外は実施例1と同様な方法で、成形、焼成、HIP処理して本実施例のオレンジ色/白色ジルコニア焼結体を得た。本実施例の評価結果を表1に示す。 An orange/white zirconia sintered body of this example was obtained by molding, firing, and HIP treatment in the same manner as in Example 1, except that the orange zirconia powder was used instead of the pink zirconia powder. . Table 1 shows the evaluation results of this example.
得られたオレンジ色/白色ジルコニア焼結体はオレンジ色ジルコニア焼結体と白色ジルコニア焼結体の体積比が59:41であり、当該オレンジ色/白色ジルコニア焼結体の相対密度は99.9%であった。 The resulting orange/white zirconia sintered body has a volume ratio of 59:41 to the orange zirconia sintered body and the white zirconia sintered body, and the orange/white zirconia sintered body has a relative density of 99.9. %Met.
次に、実施例1と同様な方法で、得られたオレンジ色/白色ジルコニア焼結体を加工及び研磨処理し、本実施例のオレンジ色/白色ジルコニア焼結体からなり、強い光沢感を有するベゼルリングを得た。 Next, the orange/white zirconia sintered body obtained was processed and polished in the same manner as in Example 1 to obtain the orange/white zirconia sintered body of this example, which has a strong luster. Got a bezel ring.
当該ベゼルリングは、オレンジ色ジルコニア焼結体からなる表面を有し、なおかつ、当該表面上に、白色ジルコニア焼結体からなる模様を有しており、オレンジ色ジルコニア焼結体と白色焼結体との界面、オレンジ色ジルコニア焼結体及び白色焼結体が同一表面に露出して模様を形成していた。 The bezel ring has a surface made of an orange zirconia sintered body, and has a pattern made of a white zirconia sintered body on the surface. The interface with the orange zirconia sintered body and the white sintered body were exposed on the same surface to form a pattern.
当該ベゼルリングの界面を目視にて確認した。その結果、界面の白色がぼやけることなく、当該界面は色滲みがないことが確認できた。また、EPMAによる界面の元素定量分析を行った結果、界面から30μm、50μm、100μm、及び200μmの白色焼結体の領域でプラセオジム元素は確認されず、着色成分の白色焼結体側への滲みがないことを確認できた。 The interface of the bezel ring was visually confirmed. As a result, it was confirmed that the white color of the interface was not blurred and that the interface had no color bleeding. In addition, as a result of quantitative elemental analysis of the interface by EPMA, no praseodymium element was confirmed in the regions of the white sintered body at 30 μm, 50 μm, 100 μm, and 200 μm from the interface, and the coloring component did not seep into the white sintered body side. I was able to confirm that it is not.
さらに、当該ベゼルリングの界面を光学顕微鏡及びSEM観察で観察した。SEM観察により得られた反射電子像を図5に示す。オレンジ色ジルコニアと白色ジルコニアとが焼結して界面を形成していること、当該界面において隙間が生じていないこと、及び、結合層がないことが確認できた(図5中破線丸部)。 Furthermore, the interface of the bezel ring was observed with an optical microscope and SEM observation. A backscattered electron image obtained by SEM observation is shown in FIG. It was confirmed that orange zirconia and white zirconia were sintered to form an interface, that there was no gap at the interface, and that there was no binding layer (broken circle in FIG. 5).
さらに、得られたベゼルリングの機械強度試験を行った。85cmの高さから鉄球を落下させても亀裂や割れが生じなかった。これより、本実施例のオレンジ色/白色ジルコニア焼結体は、衝撃強度が85cm以上であり、高い強度を有していることが確認できた。 Furthermore, the obtained bezel ring was subjected to a mechanical strength test. Even if an iron ball was dropped from a height of 85 cm, no cracks or breaks occurred. From this, it was confirmed that the orange/white zirconia sintered body of the present example had an impact strength of 85 cm or more and had high strength.
実施例3
ラベンダー色ジルコニア焼結体と白色ジルコニア焼結体からなる円板状のラベンダー色/白色ジルコニア焼結体を作製した。
(原料の調製)
ネオジウム重量が2重量%となるように、BET比表面積が8m2/gであり、アルミナを0.25重量%含有する3mol%イットリア安定化ジルコニア粉末(商品名:TZ-3YSE、東ソー株式会社製)に、酸化ネオジウム粉末(商品名:酸化ネオジウム、信越化学製)を添加した。
Example 3
A disk-shaped lavender/white zirconia sintered body composed of a lavender-colored zirconia sintered body and a white zirconia sintered body was produced.
(Preparation of raw materials)
3 mol% yttria-stabilized zirconia powder (trade name: TZ-3YSE, manufactured by Tosoh Corporation) having a BET specific surface area of 8 m 2 /g and containing 0.25% by weight of alumina so that the neodymium weight is 2% by weight ) was added with neodymium oxide powder (trade name: neodymium oxide, manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.).
添加後、直径10mmのジルコニア製ボールを使用して、エタノール溶媒中、24時間ボールミルでこれらの粉末を混合した。混合後の粉末を乾燥してラベンダー色ジルコニア粉末を得た。得られたラベンダー色ジルコニア粉末をラベンダー色ジルコニア原料とし、なおかつ、実施例1と同様な方法で得られた白色ジルコニア粉末を白色ジルコニア原料とした。
(成形体の作製)
白色ジルコニア原料を室温で一軸プレス成形することにより、凸形状の一次成形体を得た。得られた一次成形体上にラベンダー色ジルコニア粉末を充填し、一次成形体及びラベンダー色ジルコニア粉末を同時に一軸プレス成形した。一軸プレス後の成形体を冷間静水圧プレス(CIP)処理することで二次成形体を得た。CIP処理の圧力は200MPaとし、成形温度は室温以下とした。
(焼成及びHIP処理)
得られた二次成形体を使用したこと以外は実施例1と同様な方法により、本実施例のラベンダー色/白色ジルコニア焼結体を得た。
(部材加工)
白色ジルコニア焼結体の凸部が鮮明に確認されるまで、本実施例のラベンダー色/白色ジルコニア焼結体のラベンダー色ジルコニア焼結体側の表面を加工した。これにより、本実施例のラベンダー色/白色ジルコニア焼結体を、ラベンダー色ジルコニア焼結体の表面に、白色ジルコニア焼結体からなる模様を有する円板状ジルコニア焼結体とした。表面加工後の円板状ジルコニア焼結体を研磨処理することで、本実施例のラベンダー色/白色ジルコニア焼結体からなり、強い光沢感を有する円板状ジルコニア焼結体を得た。得られた円板状ジルコニア焼結体は、直径16mm、及び、厚み2.5mmであり、模様の幅は3mmであった。本実施例の評価結果を表1に示す。
After the addition, these powders were mixed in a ball mill for 24 hours in an ethanol solvent using zirconia balls with a diameter of 10 mm. The mixed powder was dried to obtain lavender-colored zirconia powder. The obtained lavender-colored zirconia powder was used as a lavender-colored zirconia raw material, and the white zirconia powder obtained in the same manner as in Example 1 was used as a white zirconia raw material.
(Preparation of compact)
A convex primary molded body was obtained by uniaxially press-molding the white zirconia raw material at room temperature. Lavender-colored zirconia powder was filled on the obtained primary molded body, and the primary molded body and the lavender-colored zirconia powder were uniaxially press-molded at the same time. A secondary compact was obtained by subjecting the compact after uniaxial pressing to cold isostatic pressing (CIP). The CIP treatment pressure was set to 200 MPa, and the molding temperature was set to room temperature or lower.
(Firing and HIP treatment)
A lavender/white zirconia sintered body of this example was obtained in the same manner as in Example 1, except that the obtained secondary compact was used.
(Material processing)
The surface of the lavender-colored zirconia sintered body side of the lavender-colored/white-zirconia sintered body of this example was processed until the protrusions of the white zirconia sintered body were clearly confirmed. As a result, the lavender/white zirconia sintered body of this example was made into a disk-shaped zirconia sintered body having a pattern of the white zirconia sintered body on the surface of the lavender colored zirconia sintered body. By polishing the disk-shaped zirconia sintered body after the surface processing, a disk-shaped zirconia sintered body composed of the lavender/white zirconia sintered body of the present example and having a strong glossy feeling was obtained. The obtained disk-shaped zirconia sintered body had a diameter of 16 mm, a thickness of 2.5 mm, and a pattern width of 3 mm. Table 1 shows the evaluation results of this example.
当該円板状ジルコニア焼結体は、ラベンダー色ジルコニア焼結体からなる表面を有し、なおかつ、当該表面上に、白色ジルコニア焼結体からなる模様を有しており、ラベンダー色ジルコニア焼結体と白色焼結体との界面、ラベンダー色ジルコニア焼結体及び白色焼結体が同一表面に露出して模様を形成していた。 The disk-shaped zirconia sintered body has a surface made of a lavender-colored zirconia sintered body, and has a pattern made of a white zirconia sintered body on the surface, and a lavender-colored zirconia sintered body and the white sintered body, the lavender-colored zirconia sintered body and the white sintered body were exposed on the same surface to form a pattern.
当該円板状ジルコニア焼結体の界面を目視にて確認した。その結果、界面の白色がぼやけることなく、当該界面は色滲みがないことが確認できた。 The interface of the disk-shaped zirconia sintered body was visually confirmed. As a result, it was confirmed that the white color of the interface was not blurred and that the interface had no color bleeding.
さらに、当該円板状ジルコニア焼結体の界面を光学顕微鏡及びSEM観察で観察した。その結果、ラベンダー色ジルコニアと白色ジルコニアとが焼結して界面を形成していること、当該界面に隙間が生じていないこと、及び、結合層がないことが確認できた。 Further, the interface of the disk-shaped zirconia sintered body was observed by optical microscope and SEM observation. As a result, it was confirmed that the lavender-colored zirconia and the white zirconia were sintered to form an interface, that there was no gap in the interface, and that there was no bonding layer.
実施例4
赤色ジルコニア焼結体と白色ジルコニア焼結体からなる円板状の赤色/白色ジルコニア焼結体を作製した。
(原料の調製)
酸化セリウム重量が1重量%となるように、BET比表面積が8m2/gである3mol%イットリア安定化ジルコニア粉末(商品名:TZ-3YS、東ソー株式会社製)に、試薬グレードの酸化セリウム粉末(純度99.9%以上)を添加した。
Example 4
A disk-shaped red/white zirconia sintered body composed of a red zirconia sintered body and a white zirconia sintered body was produced.
(Preparation of raw materials)
Reagent-grade cerium oxide powder was added to 3 mol% yttria-stabilized zirconia powder (trade name: TZ-3YS, manufactured by Tosoh Corporation) having a BET specific surface area of 8 m 2 /g so that the cerium oxide weight was 1% by weight. (99.9% or higher purity) was added.
添加後、直径10mmのジルコニア製ボールを使用して、エタノール溶媒中、24時間ボールミルでこれらの粉末を混合した。混合後の粉末を乾燥して赤色用ジルコニア粉末を得た。 After the addition, these powders were mixed in a ball mill for 24 hours in an ethanol solvent using zirconia balls with a diameter of 10 mm. The mixed powder was dried to obtain a red zirconia powder.
得られた赤色用ジルコニア粉末を赤色ジルコニア原料とし、なおかつ、実施例1と同様な方法で得られた白色ジルコニア粉末を白色ジルコニア原料とした。 The obtained red zirconia powder was used as a red zirconia raw material, and the white zirconia powder obtained in the same manner as in Example 1 was used as a white zirconia raw material.
ラベンダー色ジルコニア粉末の代わりに当該赤色用ジルコニア粉末を使用したこと、及び、HIP処理時に通気性のあるカーボン容器を用いた以外は実施例3と同様な方法で、成形、焼成、HIP処理して本実施例の赤色/白色ジルコニア焼結体を得た。
さらに、得られた赤色/白色ジルコニア焼結体を実施例3と同様に加工し、直径16mm、及び、厚み2.5mmであり、模様の幅は3mmの円板状ジルコニア焼結体を得た。本実施例の評価結果を表1に示す。
Molding, firing, and HIP treatment were performed in the same manner as in Example 3, except that the red zirconia powder was used instead of the lavender zirconia powder, and that a breathable carbon container was used during the HIP treatment. A red/white zirconia sintered body of this example was obtained.
Furthermore, the obtained red/white zirconia sintered body was processed in the same manner as in Example 3 to obtain a disk-shaped zirconia sintered body having a diameter of 16 mm, a thickness of 2.5 mm, and a pattern width of 3 mm. . Table 1 shows the evaluation results of this example.
当該円板状ジルコニア焼結体は、赤色ジルコニア焼結体からなる表面を有し、なおかつ、当該表面上に、白色ジルコニア焼結体からなる模様を有していた。本実施例の赤色/白色ジルコニア焼結体の外観写真を図12に示す。図12(a)からも明らかなように、本実施例の赤色/白色ジルコニア焼結体は、赤色ジルコニア焼結体と白色焼結体との界面、赤色ジルコニア焼結体及び白色焼結体が同一表面に露出して形成された模様を有する。さらに、図12(b)から明らかなように、本実施例の赤色/白色ジルコニア焼結体は赤色ジルコニア焼結体と白色ジルコニア焼結体が積層した構造であった。図12(a)及び(b)より、白色ジルコニア焼結体の凸部と、赤色ジルコニア焼結体の凹部とが表面に露出するように加工された形状であることで、模様が同一表面に形成されていることが確認できた。 The disk-shaped zirconia sintered body had a surface made of a red zirconia sintered body, and had a pattern made of a white zirconia sintered body on the surface. FIG. 12 shows a photograph of the appearance of the red/white zirconia sintered body of this example. As is clear from FIG. 12(a), in the red/white zirconia sintered body of this example, the interface between the red zirconia sintered body and the white sintered body, the red zirconia sintered body and the white sintered body It has a pattern exposed on the same surface. Furthermore, as is clear from FIG. 12(b), the red/white zirconia sintered body of this example had a structure in which a red zirconia sintered body and a white zirconia sintered body were laminated. From FIGS. 12A and 12B, it can be seen that the protrusions of the white zirconia sintered body and the recesses of the red zirconia sintered body are processed to expose the surface, so that the pattern is on the same surface. It was confirmed that they were formed.
当該円板状ジルコニア焼結体の界面を目視にて確認した。その結果、界面の白色がぼやけることなく、当該界面は色滲みがないことが確認できた。 The interface of the disk-shaped zirconia sintered body was visually confirmed. As a result, it was confirmed that the white color of the interface was not blurred and that the interface had no color bleeding.
また、EPMAによる界面の元素定量分析を行った結果、界面から30μm、50μm、100μm及び200μmの白色焼結体の領域でセリウム元素は確認されず、着色成分の白色焼結体側への滲みがないことを確認できた。 In addition, as a result of quantitative elemental analysis of the interface by EPMA, the cerium element was not confirmed in the regions of the white sintered body at 30 μm, 50 μm, 100 μm and 200 μm from the interface, and there was no bleeding of the coloring component to the white sintered body side. I was able to confirm that.
さらに、当該円板状ジルコニア焼結体の界面を光学顕微鏡及びSEM観察で観察した。その結果、赤色ジルコニアと白色ジルコニアとが焼結して界面を形成していること、当該界面に隙間が生じていないこと、及び、結合層がないことが確認できた。 Further, the interface of the disk-shaped zirconia sintered body was observed by optical microscope and SEM observation. As a result, it was confirmed that the red zirconia and the white zirconia were sintered to form an interface, that there was no gap in the interface, and that there was no bonding layer.
実施例5
ピンク色ジルコニア焼結体と白色ジルコニア焼結体とからなるピンク色/白色ジルコニア焼結体を作製した。
(白色ジルコニア原料の調製)
3mol%イットリア安定化ジルコニア粉末中のイットリア及びジルコニアの合計重量に対する酸化アルミニウムの重量が10重量%となるように、BET比表面積が8m2/gである3mol%イットリア安定化ジルコニア粉末(商品名:TZ-3YS、東ソー株式会社製)に、市販の高純度酸化アルミニウム粉末(純度:99.9%以上、平均粒径0.3μm)を添加した。
Example 5
A pink/white zirconia sintered body composed of a pink zirconia sintered body and a white zirconia sintered body was produced.
(Preparation of white zirconia raw material)
3 mol% yttria - stabilized zirconia powder (trade name: TZ-3YS, manufactured by Tosoh Corporation) was added with commercially available high-purity aluminum oxide powder (purity: 99.9% or more, average particle size: 0.3 μm).
添加後、直径10mmのジルコニア製ボールを使用して、エタノール溶媒中、24時間ボールミルでこれらの粉末を混合した。混合後の粉末を乾燥して白色ジルコニア粉末を得た。 After the addition, these powders were mixed in a ball mill for 24 hours in an ethanol solvent using zirconia balls with a diameter of 10 mm. The mixed powder was dried to obtain a white zirconia powder.
得られた白色用ジルコニア粉末を白色ジルコニア原料とし、なおかつ、実施例1と同様な方法で得られたピンク色ジルコニア粉末をピンク色ジルコニア原料とした。
白色ジルコニア粉末の代わりに当該白色用ジルコニア粉末を使用したこと以外は実施例1と同様な方法で、成形、焼成、HIP処理して本実施例のピンク色/白色ジルコニア焼結体を得た。
The obtained white zirconia powder was used as a white zirconia raw material, and the pink zirconia powder obtained in the same manner as in Example 1 was used as a pink zirconia raw material.
A pink/white zirconia sintered body of this example was obtained by molding, firing, and HIP treatment in the same manner as in Example 1, except that the white zirconia powder was used instead of the white zirconia powder.
さらに、得られたピンク色/白色ジルコニア焼結体を実施例3と同様に加工し、直径16mm、及び、厚み2.5mmであり、模様の幅は3mmの円板状ジルコニア焼結体を得た。本実施例の評価結果を表1に示す。当該円板状ジルコニア焼結体は、ピンク色ジルコニア焼結体からなる表面を有し、なおかつ、当該表面上に、白色ジルコニア焼結体からなる模様を有しており、ピンク色ジルコニア焼結体と白色焼結体との界面、ピンク色ジルコニア焼結体及び白色焼結体が同一表面に露出して模様を形成していた。 Further, the obtained pink/white zirconia sintered body was processed in the same manner as in Example 3 to obtain a disk-shaped zirconia sintered body having a diameter of 16 mm, a thickness of 2.5 mm, and a pattern width of 3 mm. rice field. Table 1 shows the evaluation results of this example. The disk-shaped zirconia sintered body has a surface made of a pink zirconia sintered body, and has a pattern made of a white zirconia sintered body on the surface. and the white sintered body, the pink zirconia sintered body and the white sintered body were exposed on the same surface to form a pattern.
当該円板状ジルコニア焼結体の界面を目視にて確認した。その結果、界面の白色がぼやけることなく、当該界面は色滲みがないことが確認できた。また、EPMAによる界面の元素定量分析を行った結果、界面から30μm、50μm、100μm及び200μmの白色焼結体の領域でエルビウム元素は確認されず、着色成分の白色焼結体側への滲みがないことを確認できた。 The interface of the disk-shaped zirconia sintered body was visually confirmed. As a result, it was confirmed that the white color of the interface was not blurred and that the interface had no color bleeding. In addition, as a result of quantitative elemental analysis of the interface by EPMA, the erbium element was not confirmed in the regions of the white sintered body at 30 μm, 50 μm, 100 μm and 200 μm from the interface, and there was no bleeding of the coloring component to the white sintered body side. I was able to confirm that.
さらに、当該円板状ジルコニア焼結体の界面を光学顕微鏡及びSEM観察で観察した。その結果、ピンク色ジルコニアと白色ジルコニアとが焼結して界面を形成していること、当該界面に隙間が生じていないこと、及び、結合層がないことが確認できた。 Further, the interface of the disk-shaped zirconia sintered body was observed by optical microscope and SEM observation. As a result, it was confirmed that the pink zirconia and the white zirconia were sintered to form an interface, that there was no gap in the interface, and that there was no bonding layer.
実施例6
オレンジ色ジルコニア焼結体と白色ジルコニア焼結体とからなるオレンジ色/白色ジルコニア焼結体を作製した。
(白色ジルコニア原料の調製)
3mol%イットリア安定化ジルコニア粉末中のイットリア及びジルコニアの合計重量に対する酸化アルミニウムの重量が10重量%となるように、BET比表面積が8m2/gである3mol%イットリア安定化ジルコニア粉末(商品名:TZ-3YS、東ソー株式会社製)に、市販の高純度酸化アルミニウム粉末(純度:99.9%以上、平均粒径0.3μm)を添加した。
Example 6
An orange/white zirconia sintered body composed of an orange zirconia sintered body and a white zirconia sintered body was produced.
(Preparation of white zirconia raw material)
3 mol% yttria - stabilized zirconia powder (trade name: TZ-3YS, manufactured by Tosoh Corporation) was added with commercially available high-purity aluminum oxide powder (purity: 99.9% or more, average particle size: 0.3 μm).
添加後、直径10mmのジルコニア製ボールを使用して、エタノール溶媒中、24時間ボールミルでこれらの粉末を混合した。混合後の粉末を乾燥して白色ジルコニア粉末を得た。 After the addition, these powders were mixed in a ball mill for 24 hours in an ethanol solvent using zirconia balls with a diameter of 10 mm. The mixed powder was dried to obtain a white zirconia powder.
得られた白色用ジルコニア粉末を白色ジルコニア原料とし、なおかつ、実施例2と同様な方法で得られたオレンジ色ジルコニア粉末をオレンジ色ジルコニア原料とした。白色ジルコニア粉末の代わりに当該白色用ジルコニア粉末を使用したこと以外は実施例2と同様な方法で、成形、焼成、HIP処理して本実施例のオレンジ色/白色ジルコニア焼結体を得た。 The resulting white zirconia powder was used as a white zirconia raw material, and the orange zirconia powder obtained in the same manner as in Example 2 was used as an orange zirconia raw material. An orange/white zirconia sintered body of this example was obtained by molding, firing, and HIP treatment in the same manner as in Example 2, except that the white zirconia powder was used instead of the white zirconia powder.
さらに、得られたオレンジ色/白色ジルコニア焼結体を実施例3と同様に加工し、直径16mm、及び、厚み2.5mmであり、模様の幅は3mmの円板状ジルコニア焼結体を得た。本実施例の評価結果を表1に示す。 Furthermore, the obtained orange/white zirconia sintered body was processed in the same manner as in Example 3 to obtain a disk-shaped zirconia sintered body having a diameter of 16 mm, a thickness of 2.5 mm, and a pattern width of 3 mm. rice field. Table 1 shows the evaluation results of this example.
当該円板状ジルコニア焼結体は、オレンジ色ジルコニア焼結体からなる表面を有し、なおかつ、当該表面上に、白色ジルコニア焼結体からなる模様を有しており、オレンジ色ジルコニア焼結体と白色焼結体の界面、オレンジ色ジルコニア焼結体及び白色焼結体が同一表面に露出して模様を形成していた。 The disk-shaped zirconia sintered body has a surface made of an orange zirconia sintered body, and has a pattern made of a white zirconia sintered body on the surface. and the white sintered body, the orange zirconia sintered body and the white sintered body were exposed on the same surface to form a pattern.
当該円板状ジルコニア焼結体の界面を目視にて確認した。その結果、界面の白色がぼやけることなく、当該界面は色滲みがないことが確認できた。また、EPMAによる界面の元素定量分析を行った結果、界面から30μm、50μm、100μm及び200μmの白色焼結体の領域でプラセオジム元素は確認されず、着色成分の白色焼結体側への滲みがないことを確認できた。 The interface of the disk-shaped zirconia sintered body was visually confirmed. As a result, it was confirmed that the white color of the interface was not blurred and that the interface had no color bleeding. In addition, as a result of quantitative elemental analysis of the interface by EPMA, no praseodymium element was confirmed in the regions of the white sintered body at 30 μm, 50 μm, 100 μm and 200 μm from the interface, and there was no bleeding of the coloring component to the white sintered body side. I was able to confirm that.
さらに、当該円板状ジルコニア焼結体の界面を光学顕微鏡及びSEM観察で観察した。その結果、オレンジ色ジルコニアと白色ジルコニアとが焼結して界面を形成していること、当該界面に隙間が生じていないこと、及び、結合層がないことが確認できた。 Further, the interface of the disk-shaped zirconia sintered body was observed by optical microscope and SEM observation. As a result, it was confirmed that the orange zirconia and the white zirconia were sintered to form an interface, that there was no gap in the interface, and that there was no bonding layer.
比較例1
特許文献3に記載された方法に準じて、多色セラミックス造形品を作製した。
Comparative example 1
According to the method described in
1000gの3mol%イットリア安定化ジルコニア粉末、発色物質、アクリル系バインダーを混合して2種類の組成物を得た。発色物質として20gのFeCrNiスピネルを用いた組成物を黒色ジルコニア原料とし、発色物質として14gのCoAlを用いた組成物を青色ジルコニア原料とした。 Two compositions were obtained by mixing 1000 g of 3 mol % yttria-stabilized zirconia powder, a coloring material, and an acrylic binder. A composition using 20 g of FeCrNi spinel as a coloring substance was used as a black zirconia raw material, and a composition using 14 g of CoAl as a coloring substance was used as a blue zirconia raw material.
射出成形により、青色ジルコニア原料を凸部を有するベゼルリング状の青色ジルコニア成形体とした後、黒色ジルコニア原料を100MPaの圧力をかけて当該青色ジルコニア成形体の上に射出成形した。これにより、青色ジルコニア成形体上に黒色ジルコニア成形体が積層した形状で両者が接合した成形体を得た。 After injection molding the blue zirconia raw material into a bezel ring-shaped blue zirconia molded body having projections, the black zirconia raw material was injection molded on the blue zirconia molded body under a pressure of 100 MPa. As a result, a molded body was obtained in which the black zirconia molded body was laminated on the blue zirconia molded body and the two were joined together.
得られた成形体を脱脂処理した後、大気中、昇温速度100℃/h、焼成温度1500℃、焼結時間を20分で焼成することで本比較例の多色セラミック造形品を得た。得られたセラミックス造形品の相対密度は99.8%であり、高い密度を有することが確認できた。 After degreasing the resulting compact, it was fired in air at a heating rate of 100° C./h, a firing temperature of 1500° C., and a sintering time of 20 minutes to obtain a multicolor ceramic shaped article of this comparative example. . The obtained ceramic shaped article had a relative density of 99.8%, confirming that it had a high density.
本比較例の多色セラミック造形品は、黒色ジルコニア焼結体と青色ジルコニア焼結体との界面が確認できるまで表面加工し、当該界面を光学顕微鏡及びSEMで観察した。光学顕微鏡の観察結果を図13(a)に示した。図13(a)より、黒色ジルコニア焼結体と、青色ジルコニア焼結体の間に隙間が生じていることが確認できた(図13(a)矢印部)。当該隙間のSEM観察図を図13(b)に示した。当該隙間は40μm以上の幅を有することが確認できた。 The multicolor ceramic shaped article of this comparative example was subjected to surface processing until the interface between the black zirconia sintered body and the blue zirconia sintered body could be confirmed, and the interface was observed with an optical microscope and SEM. The observation result of the optical microscope is shown in FIG. 13(a). From FIG. 13(a), it was confirmed that a gap was generated between the black zirconia sintered body and the blue zirconia sintered body (arrow portion in FIG. 13(a)). An SEM observation diagram of the gap is shown in FIG. 13(b). It was confirmed that the gap had a width of 40 μm or more.
比較例2
焼成時間を2時間としたこと以外は比較例1と同様な方法で本比較例の多色セラミック造形品を作製し、黒色ジルコニア焼結体と青色ジルコニア焼結体との界面をSEMで確認した。結果を図14に示す。
Comparative example 2
A multicolor ceramic molded article of this comparative example was produced in the same manner as in Comparative Example 1 except that the firing time was set to 2 hours, and the interface between the black zirconia sintered body and the blue zirconia sintered body was confirmed by SEM. . The results are shown in FIG.
図14より、黒色ジルコニア焼結体と、青色ジルコニア焼結体の間に40μmを超える隙間が生じていることが確認できた。また、目視による観察により、界面の青色のぼやけが確認され、当該界面は色滲みがあることが確認できた。 From FIG. 14, it was confirmed that a gap exceeding 40 μm was generated between the black zirconia sintered body and the blue zirconia sintered body. Also, by visual observation, it was confirmed that the interface was blurred in blue, and that the interface had color bleeding.
比較例3
焼成時間を4時間としたこと以外は比較例1と同様な方法で本比較例の多色セラミック造形品を作製した。図15に得られた多色セラミック造形品の外観を示し、黒色ジルコニア焼結体と青色ジルコニア焼結体との界面の光学顕微鏡写真を図16乃至17示す。
Comparative example 3
A multicolor ceramic shaped article of this comparative example was produced in the same manner as in Comparative Example 1, except that the firing time was set to 4 hours. FIG. 15 shows the appearance of the multicolor ceramic shaped article obtained, and FIGS. 16 and 17 are optical microscope photographs of the interface between the black zirconia sintered body and the blue zirconia sintered body.
図15(a)は多色セラミック造形品の外観、及び図15(b)は図15(a)の破線四角部の拡大図である。図15(a)より、外観において黒色ジルコニア焼結体と、青色ジルコニア焼結体の間異に、黒色及び青色とは異なる色調があることが目視で確認できた(図15(a)矢印部)。図15(b)より、略直方体形状で幅の異なる線図が5本あることが確認でき、なおかつ、黒色及び青色とは異なる色調の部分は隙間であることが確認できる(図15(b) 矢印部)。 FIG. 15(a) is an external view of a multicolor ceramic molded article, and FIG. 15(b) is an enlarged view of a dashed square portion of FIG. 15(a). From FIG. 15(a), it was confirmed visually that there is a color tone different from black and blue in appearance between the black zirconia sintered body and the blue zirconia sintered body (arrow part in FIG. 15(a) ). From FIG. 15(b), it can be confirmed that there are five diagrams having a substantially rectangular parallelepiped shape and different widths, and furthermore, it can be confirmed that the portions with color tones different from black and blue are gaps (FIG. 15(b) arrow).
幅0.2mm及び長さ3mmである最も細い略直方体形状の線図は(図15(b) 破線丸部)他の線図とは明らかに異なる色調となっており、色滲みにより模様が不鮮明になっていた。これに加え、幅0.3mm~3mmである他の線図全てにおいて、界面付近は色滲みがあることが確認できた。 The thinnest approximately rectangular parallelepiped diagram with a width of 0.2 mm and a length of 3 mm (broken circle in FIG. 15(b)) has a clearly different color tone from the other diagrams, and the pattern is unclear due to color bleeding. had become In addition, it was confirmed that there was color bleeding near the interface in all other diagrams with widths of 0.3 mm to 3 mm.
また、図16は本比較例の多色ジルコニア造形品の他の部分の光学顕微鏡写真である。図16より、黒色ジルコニア焼結体と、青色ジルコニア焼結体の間に隙間が生じていることが確認できた(図16中 矢印部)。また、図17より、本比較例の多色セラミック造形品は界面を確認することができたが、界面自体が幅を持ち、色滲みが生じていることが確認できる(図17中 破線四角部)。これより、本比較例のセラミック造形物は、界面に隙間及び色滲みの両方を有することが確認できた。 Moreover, FIG. 16 is an optical microscope photograph of another part of the multicolored zirconia modeled article of this comparative example. From FIG. 16, it was confirmed that a gap was generated between the black zirconia sintered body and the blue zirconia sintered body (indicated by an arrow in FIG. 16). In addition, from FIG. 17, it was possible to confirm the interface of the multicolor ceramic molded product of this comparative example, but it can be confirmed that the interface itself has a width and color bleeding occurs (broken line square in FIG. 17) ). From this, it was confirmed that the ceramic shaped article of this comparative example had both gaps and color bleeding at the interface.
比較例1乃至3の結果より、焼成時間による制御では、明確な界面は不十分な焼結により形成されており、隙間及び色滲みの両方を有するものであることが確認でき、更には焼結が進行すると色滲みにより界面が不明確になることが確認できた。 From the results of Comparative Examples 1 to 3, it can be confirmed that in the control by the firing time, a clear interface is formed by insufficient sintering, and has both gaps and color bleeding. It was confirmed that the interface became unclear due to color blurring as the deterioration progressed.
本発明のジルコニア焼結体は、時計部品、装飾物品、携帯機器部品、車載部品、高級日用部品等に広く利用することができる。特に、本発明のジルコニア焼結体は、時計バンド、ベゼル、文字盤、時計ケースなどの時計部品、ブローチ、ネクタイピン、ハンドバッグ金具、腕輪などの装飾部品、携帯電子機器筐体、ライターケース、化粧品ケース、携帯電話ケース、イヤホンハウジングなどの外装部品、並びに、ナイフ、調理器具などの日用品をはじめ、各種製品のロゴマーク等にも利用することができる。 The zirconia sintered body of the present invention can be widely used for watch parts, decorative articles, mobile device parts, vehicle parts, luxury daily parts, and the like. In particular, the zirconia sintered body of the present invention is used for watch parts such as watch bands, bezels, dials and watch cases, decorative parts such as brooches, tie pins, metal fittings for handbags, and bracelets, housings for mobile electronic devices, lighter cases, and cosmetics. It can be used for exterior parts such as cases, mobile phone cases, and earphone housings, as well as daily necessities such as knives and cooking utensils, as well as logo marks for various products.
(1)・・・薄色焼結体
(2)・・・淡色焼結体
(3)・・・界面
(4)・・・着色剤を含有しないジルコニア焼結体
(5)・・・着色ジルコニア焼結体
(6)・・・界面から一定距離にある薄色焼結体の領域
(7)・・・界面から一定距離にある淡色焼結体の領域を中心として形成した直径10μmの円
(1) Light-colored sintered body (2) Light-colored sintered body (3) Interface (4) Zirconia sintered body containing no coloring agent (5) Colored Zirconia sintered body (6): A region (7) of the light-colored sintered body at a certain distance from the interface: A circle with a diameter of 10 μm formed around the region of the light-colored sintered body at a certain distance from the interface
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