JP7432816B2 - ピンク系ジルコニア焼結体及びその製造方法 - Google Patents
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Description
本開示はピンク系統の色調を呈するジルコニア焼結体に関する。
ジルコニア焼結体は、ランタノイド系希土類元素や遷移金属元素を着色剤として含むことで任意の呈色を示すことが知られている（特許文献１乃至４）。着色剤を含むジルコニア焼結体（以下、「着色ジルコニア焼結体」ともいう。）は、機械用途等の従来の用途に加え、装飾部材及び外装部材等の審美性が要求される用途へ適用されてきている。用途の広がりに伴い、差別化された意匠性のみならず加工性も要求されている。
ピンク系統の色調を呈するジルコニア焼結体は装飾性が高く、研削等の加工により厚み１ｍｍ以下の薄い部材としての適用も検討されている。従来、ピンク系統の色調呈する焼結体として、着色剤としてエルビア（Ｅｒ２Ｏ３）を含むジルコニア焼結体が報告されている（特許文献１乃至４）。しかしながら、エルビアを含有するジルコニアに由来する透光性のため、これら従来のピンク系統の色調を呈するジルコニア焼結体は、その厚みを１ｍｍ以下にした場合、下地となる部材の色調と混ざった色調を呈し、焼結体本来の色調とは異なる色調として視認される。
本開示では、エルビア（Ｅｒ２Ｏ３）を含むジルコニア焼結体であって、厚みを１ｍｍ以下にとしてもピンク系統の色調、特に鮮明なピンク色、を呈する焼結体として視認されうるジルコニア焼結体を提供することを目的とする。
本開示の要旨は以下の通りである。
［１］ Ａｌ２Ｏ３換算で３．０質量％以上３０．０質量％以下のアルミニウムを含有し、残部が２ｍｏｌ％以上４ｍｏｌ％以下のエルビアを含有するジルコニアであり、アルミニウム酸化物の粒子を含み、なおかつ、試料厚み１．０ｍｍにおけるＤ６５光源に対する全光線透過率が１０％以下であることを特徴とするジルコニア焼結体。
［２］ 前記アルミニウム酸化物がアルミナである上記［１］に記載のジルコニア焼結体。
［３］ 焼結体重量に対する鉄の含有量がＦｅ２Ｏ３換算で０．１質量％未満である上記［１］又は［２］のいずれかに記載のジルコニア焼結体。
［４］ 前記ジルコニアが、エルビアを含有するジルコニアゾルが熱処理されたジルコニアが焼結された状態のジルコニアである上記［１］乃至［３］のいずれかひとつに記載のジルコニア焼結体。
［５］ 試料厚み１．０ｍｍにおける色調が、以下を満たす上記［１］乃至［４］のいずれかひとつに記載のジルコニア焼結体。
８９≦Ｌ＊＜１００、５≦ａ＊≦１５、－２．０≦ｂ＊≦２．０
［１］ Ａｌ２Ｏ３換算で３．０質量％以上３０．０質量％以下のアルミニウムを含有し、残部が２ｍｏｌ％以上４ｍｏｌ％以下のエルビアを含有するジルコニアであり、アルミニウム酸化物の粒子を含み、なおかつ、試料厚み１．０ｍｍにおけるＤ６５光源に対する全光線透過率が１０％以下であることを特徴とするジルコニア焼結体。
［２］ 前記アルミニウム酸化物がアルミナである上記［１］に記載のジルコニア焼結体。
［３］ 焼結体重量に対する鉄の含有量がＦｅ２Ｏ３換算で０．１質量％未満である上記［１］又は［２］のいずれかに記載のジルコニア焼結体。
［４］ 前記ジルコニアが、エルビアを含有するジルコニアゾルが熱処理されたジルコニアが焼結された状態のジルコニアである上記［１］乃至［３］のいずれかひとつに記載のジルコニア焼結体。
［５］ 試料厚み１．０ｍｍにおける色調が、以下を満たす上記［１］乃至［４］のいずれかひとつに記載のジルコニア焼結体。
８９≦Ｌ＊＜１００、５≦ａ＊≦１５、－２．０≦ｂ＊≦２．０
［６］ 以下の（式Ａ）から求まる△ｂ＊の最大値が３．０以下であり、以下の（式Ｂ）から求まる△ａ＊の最大値が０．６以下である上記［１］乃至［５］のいずれかひとつに記載のジルコニア焼結体。
△ｂ＊＝ｂ＊ ｎ／ｂ＊ （－５０） （式Ａ）
△ａ＊＝ａ＊ ｎ／ａ＊ （－５０） （式Ｂ）
上記式において、△ａ＊及び△ｂ＊は、それぞれ、受光角間の色相ａ＊の差及び色相ｂ＊の差であり、ａ＊ ｎ及びｂ＊ ｎは、それぞれ、受光角－５０°以上３０°以下のいずれかにおける色相ａ＊及び色相ｂ＊、並びに、ａ＊ （－５０）及びｂ＊ （－５０）は、それぞれ、受光角－５０°色相ａ＊で及び色相ｂ＊である。
△ｂ＊＝ｂ＊ ｎ／ｂ＊ （－５０） （式Ａ）
△ａ＊＝ａ＊ ｎ／ａ＊ （－５０） （式Ｂ）
上記式において、△ａ＊及び△ｂ＊は、それぞれ、受光角間の色相ａ＊の差及び色相ｂ＊の差であり、ａ＊ ｎ及びｂ＊ ｎは、それぞれ、受光角－５０°以上３０°以下のいずれかにおける色相ａ＊及び色相ｂ＊、並びに、ａ＊ （－５０）及びｂ＊ （－５０）は、それぞれ、受光角－５０°色相ａ＊で及び色相ｂ＊である。
［７］ 上記［１］乃至［６］のいずれかひとつに記載のジルコニア焼結体を含む部材。
本開示によりは、エルビア（Ｅｒ２Ｏ３）を含むジルコニア焼結体であって、厚みを１ｍｍ以下にとしてもピンク系統の色調、特に鮮明なピンク色、を呈する焼結体として視認されうるジルコニア焼結体を提供することができる。
以下、本開示に係るジルコニア焼結体の一例を示し、その実施形態について説明する。
本実施形態のジルコニア焼結体は、Ａｌ２Ｏ３換算で３質量％以上３０質量％以下のアルミニウムを含有し、残部が２ｍｏｌ％以上４ｍｏｌ％以下のエルビアを含有するジルコニアであり、アルミニウム酸化物の粒子を含み、なおかつ、試料厚み１．０ｍｍにおけるＤ６５光源に対する全光線透過率が１０％以下であることを特徴とするジルコニア焼結体、である。
本実施形態において、ジルコニア焼結体はジルコニアをマトリックス（主相）とする焼結体であり、主としてジルコニアの結晶粒子から構成される焼結体である。本実施形態のジルコニア焼結体は、アルミニウム酸化物の粒子等、ジルコニア以外の粒子を含んでいてもよい。
本実施形態において、アルミニウム（Ａｌ）元素は、着色剤として機能し、一方、エルビア（Ｅｒ２Ｏ３）は着色剤及び安定化剤として機能する。
アルミニウムの含有量は、Ａｌ２Ｏ３換算で３．０質量％以上３０．０質量％以下、好ましくは３．０質量％以上２５．０質量％以下、より好ましくは３．０質量％以上２０．０質量％以下、更に好ましくは５．０質量％以上１８．０質量％以下である。
アルミニウムの含有量は、焼結体の重量に対するアルミニウムの重量の割合である。
エルビアを含有するジルコニアからなるマトリックスに加え、アルミニウムと、該アルミニウムに対して十分に少量の鉄及びコバルトとを含む焼結体とすることにより、本実施態様のジルコニア焼結体が、該マトリックスの色調とは異なる色調として視認できるピンク系統の色調を呈すると考えられる。
本実施形態の焼結体におけるアルミニウムは、アルミニウム酸化物として含有されていることが好ましい。アルミニウムは、その一部がジルコニアに固溶していてもよい。
ジルコニアはエルビアを含有するジルコニア（以下、「エルビア含有ジルコニア」ともいう。）であり、エルビアで安定化されたジルコニア（以下、「エルビア安定化ジルコニア」ともいう。）であることが好ましい。ジルコニアのエルビア含有量は、焼結体中のジルコニア及びエルビアの合計に対するエルビアとして、２．０ｍｏｌ％以上４．０ｍｏｌ％以下であり、好ましくは２．５ｍｏｌ％以上３．５ｍｏｌ％以下である。
ジルコニアは、エルビアに加えて色調に影響を与えない安定化剤を含むジルコニア、例えばイットリア（Ｙ２Ｏ３）又はカルシア（ＣａＯ）の少なくともいずれか並びにエルビアで安定化されたジルコニア、であってもよい。例えば焼結体中のジルコニア及びイットリアの合計に対するイットリアとして、１．４７ｍｏｌ％未満であること、更には１．０ｍｏｌ％以下であることが挙げられる。厚みが１ｍｍ以下である部材（以下、「肉薄部材」ともいう。）とした場合であってもピンク系統の呈色が得られやすくなるため、ジルコニアは、実質的に、エルビア以外の安定化剤を含まないことが好ましい。
別の実施形態として、ジルコニアは、エルビアを含有するジルコニアゾルが熱処理されたジルコニアが焼結された状態のジルコニアであることが好ましく、加水分解で得られたエルビアを含有するジルコニアゾルが熱処理されたジルコニアが焼結した状態のジルコニアであることがより好ましく、オキシ塩化ジルコニウムが加水分解したエルビアを含有するジルコニアゾルが熱処理されたジルコニアが焼結された状態のジルコニアであることが更に好ましい。
ジルコニアは、その結晶相に正方晶を含むことが好ましく、結晶相が正方晶及び立方晶であることがより好ましい。
本実施形態のジルコニア焼結体は、焼結体を視認した場合の色調に影響を与えない程度の不純物、例えばランタノイド系希土類元素や金属元素等の不純物、を含んでいてもよいが、ハフニウム等の不可避不純物以外の不純物は含まないことが好ましい。例えば、本実施形態のジルコニア焼結体は実質的に亜鉛、鉄及びコバルトの群から選ばれる１以上の元素を含有しないこと、焼結体重量に対する亜鉛の含有量として、ＺｎＯ換算で０．０８質量％未満であること、更には、０．０５質量％以下であることや、焼結体重量に対する鉄の含有量として、Ｆｅ２Ｏ３換算で０．１質量％未満であることや、焼結体重量に対するコバルトの含有量として、Ｃｏ３Ｏ４換算で０．１質量％未満であることが挙げられる。
本実施形態のジルコニア焼結体は、上述の組成を有し、なおかつ、アルミニウム酸化物の粒子を含むことによって、ジルコニアに由来する透光性が抑制され、その結果、試料厚みを薄くしても、その色調が、焼結体本来の色調から変化しにくくなっていると考えられる。アルミニウム酸化物はアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）であることが好ましい。
さらに、本実施形態のジルコニア焼結体においては、焼結体表面のみならず、その内部にまでアルミニウム酸化物の粒子を含むと考えられる、このような組織を有することにより、試料厚み１ｍｍにおけるＤ６５光源に対する全光線透過率が１０％以下、好ましくは９％以下、より好ましくは８％以下となると考えられる。好ましくは、本実施形態のジルコニア焼結体は、試料厚み０．５ｍｍである場合であっても、Ｄ６５光源に対する全光線透過率が２０％以下、更には１５％以下、また更には１０％以下となる。
ここで、本実施形態における「全光線透過率」は、拡散透過率と直線透過率を合計した透過率であり、入射光としてＤ６５光源を使用した場合、当該入射光における透過率に相当する。全光線透過率は表面粗さ（Ｒａ）が０．０２μｍ以下とした面について、ＪＩＳ Ｋ７３６１に準じた方法で測定することができる。
ジルコニアの結晶粒子の平均結晶粒径（以下、単に「平均結晶粒径」ともいう。）は平均結晶粒径は走査型電子顕微鏡観察により得られた焼結体のＳＥＭ観察図を使用したプラニメトリック法により求められる値であり、ＳＥＭ観察図に面積が既知の円を描き、当該円内の結晶粒子数（Ｎｃ）及び当該円の円周上の結晶粒子数（Ｎｉ）から以下の式から求められる。
平均結晶粒径＝（Ｎｃ＋（１／２）×Ｎｉ）／（Ａ／Ｍ２）
平均結晶粒径＝（Ｎｃ＋（１／２）×Ｎｉ）／（Ａ／Ｍ２）
上記式において、Ｎｃは円内の結晶粒子数、Ｎｉは円の円周上の結晶粒子数、Ａは円の面積、及び、Ｍは走査型電子顕微鏡観察の倍率（５０００倍）であり、Ｎｃ＋Ｎｉ≧１００であり、好ましくはＮｃ＋Ｎｉ＝１２５±２５である。
アルミニウム酸化物の粒子は、ＳＥＭ鏡観察において、ジルコニアの結晶粒子とは異なる色の粒子として確認でき、ジルコニアの結晶粒子の粒界に分散した粒子として確認することができる。また、アルミニウム酸化物の形状は不定形状であることが挙げられる。
本実施形態のジルコニア焼結体の色調は、（Ｌ＊ａ＊ｂ＊）色空間におけるＬ＊、ａ＊及びｂ＊が、以下を満たすことが好ましい。以下のＬ＊、ａ＊及びｂ＊を満たすことで、焼結体がピンク系統の色調、特に鮮明なピンクの色調、として視認される。
色調はＪＩＳ Ｚ ８７２２：２００９に準じた方法により測定することができる。
本実施形態のジルコニア焼結体は、試料厚み１．０ｍｍにおける色調及び試料厚み０．５ｍｍにおける色調が同程度であることが好ましく、好ましくは、試料厚み１．０ｍｍにおける色調が、
８９≦Ｌ＊＜１００、好ましくは９０≦Ｌ＊≦９８、より好ましくは９０≦Ｌ＊≦９５
５≦ａ＊≦１５、好ましくは７≦ａ＊≦１３、より好ましくは８≦ａ＊≦１２
－２．０≦ｂ＊≦２．０、好ましくは－１．５≦ｂ＊≦１．５、より好ましくは－１．０≦ｂ＊≦１．００
である。
８９≦Ｌ＊＜１００、好ましくは９０≦Ｌ＊≦９８、より好ましくは９０≦Ｌ＊≦９５
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である。
色調は、試料厚み１．０ｍｍで表面粗さＲａ≦０．０２μｍとした測定試料について、分光測色計（例えば、装置名：ＣＭ－７００ｄ、コニカミノルタ社製）を使用し、以下の条件で測定することが挙げられる。
光源 ： Ｆ２光源
視野角 ： １０°
光源 ： Ｆ２光源
視野角 ： １０°
従来の着色剤を含有する焼結体を目視した場合、目視角度により色調が大きく異なる場合がある。これに対し、本実施形態の焼結体は、目視角度による色調の違いが小さいこと、すなわち角度の異なる反射光における色調の相違（以下、「色違い」ともいう。）が小さいこと、が好ましい。色違いが小さいことで、本実施形態の焼結体の色調の重厚感が増し審美性が高くなりやすい。
色違いは、受光角間の色相ａ＊及びｂ＊少なくともいずれかの差を指標とすることができる。ピンク色系統の色調を呈する本実施形態の焼結体においては、受光角間の色相ａ＊及び色相ｂ＊の差、両方を指標とすることが好ましい。
本実施形態の焼結体は、以下の（式Ａ）から求まる△ｂ＊の最大値（以下、「ｂ＊
ＭＡＸ」ともいう。）が３．０以下であることが好ましく、１．０以下であることがより好ましい。また、本実施形態の焼結体は、以下の（式Ｂ）から求まる△ａ＊の最大値（以下、「ａ＊
ＭＡＸ」ともいう。）が０．６以下であることが好ましく、０．５以下であることがより好ましい。△ａ＊及び△ｂ＊の下限値は、それぞれ、０以上であり、これは受光角間で色相の差がないことを意味する。
△ｂ＊＝ｂ＊ ｎ／ｂ＊ （－５０） （式Ａ）
△ａ＊＝ａ＊ ｎ／ａ＊ （－５０） （式Ｂ）
△ｂ＊＝ｂ＊ ｎ／ｂ＊ （－５０） （式Ａ）
△ａ＊＝ａ＊ ｎ／ａ＊ （－５０） （式Ｂ）
上記式において、△ａ＊及び△ｂ＊は、それぞれ、受光角間の色相ａ＊の差及び色相ｂ＊の差であり、ａ＊
ｎ及びｂ＊
ｎは、それぞれ、受光角－５０°以上３０°以下のいずれかにおける色相ａ＊及び色相ｂ＊、並びに、ａ＊
（－５０）及びｂ＊
（－５０）は、それぞれ、受光角－５０°色相ａ＊で及び色相ｂ＊である。ａ＊
ｎ、ｂ＊
ｎ、ａ＊
（－５０）及びｂ＊
（－５０）は以下の条件で測定することができる。
光源 ： Ｆ２光源
入射角 ： ６０°
受光角 ： －５０°～３０°
測定試料 ： （形状） 縦５０ｍｍ×横５０ｍｍ×厚さ３ｍｍの板状
（表面粗さ） Ｒａ≦０．０２
光源 ： Ｆ２光源
入射角 ： ６０°
受光角 ： －５０°～３０°
測定試料 ： （形状） 縦５０ｍｍ×横５０ｍｍ×厚さ３ｍｍの板状
（表面粗さ） Ｒａ≦０．０２
本実施形態の焼結体は、着色剤を含まないジルコニア焼結体よりも透光性が低いことが好ましく、着色剤を含まないジルコニア焼結体と比べて△ａ＊及び△ｂ＊が小さいことが好ましい。
本実施形態のジルコニア焼結体は、相対密度として９５．０％以上、好ましくは９９．５％以上の密度であることが好ましい。このような密度に相当する密度として、例えば、ＪＩＳ Ｒ １６３４に準じた方法で測定される密度（以下、「実測密度」ともいう。）が５．３２５ｇ／ｃｍ３以上６．２６５ｇ／ｃｍ３以下である、好ましくは５．５４０ｇ／ｃｍ３以上６．２６５ｇ／ｃｍ３以下であることが例示できる。
本実施形態のジルコニア焼結体は、ＪＩＳ Ｒ １６０１に準じた方法により測定される三点曲げ強度が１０００ＭＰａ以上であることが好ましく、１１００ＭＰａ以上であることがより好ましく１２００ＭＰａ以上であることが更に好ましい。三点曲げ強度は１６００ＭＰａ以下、更には１５００ＭＰａ以下であれば、加工しやすくなる。
本実施形態のジルコニア焼結体は、肉薄部材とした場合であっても、鮮明なピンク色を呈するため、宝飾品、装飾部材等の部材、例えば、時計部品、携帯用電子機器の外装部品等の様々な部材への適用はもちろん、構造材料、光学材料、歯科材料等、従来のジルコニア焼結体の用途へも適用できる。
本実施形態のジルコニア焼結体は、Ａｌ２Ｏ３換算で３．０質量％以上３０．０質量％以下のアルミニウム化合物を含有し、残部が２．０ｍｏｌ％以上４．０ｍｏｌ％以下のエルビアを含有するジルコニアである粉末組成物を含む成形体を焼結する工程、を有する製造方法で製造することができる。
粉末組成物は、アルミニウム化合物及びエルビア含有ジルコニアが均一に混合された状態の組成物である。
アルミニウム化合物は、アルミニウム（Ａｌ）を含有する化合物又は塩であればよく、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）又はその前駆体となるアルミニウム化合物であることが好ましく、アルミナ、水酸化アルミニウム、硝酸アルミニウム及び塩化アルミニウムからなる群の少なくとも１種であることが好ましく、アルミナであることがより好ましく、α－アルミナであることが更に好ましい。
エルビア含有ジルコニアは、エルビア安定化ジルコニアであることが好ましく、エルビアを含有する水和ジルコニアゾルを熱処理した状態のエルビア安定化ジルコニアであることがより好ましい。エルビア含有ジルコニアのエルビア含有量は２．０ｍｏｌ％以上４．０ｍｏｌ％以下であり、好ましくは２．５ｍｏｌ％以上３．５ｍｏｌ％以下である。
成形体は粉末組成物が成形された状態のものである。成形体は、焼結による収縮を考慮した上で任意の形状を有していればよく、形状として、円板状、円柱状、多面体状、柱状、板状、球状及び略球状が例示できるが、用途に応じた任意形状であればよい。
成形体は、公知の方法、例えば、一軸プレス、冷間静水圧プレス、スリップキャスティング及び射出成形の群から選ばれる少なくとも１種、によって、粉末組成物を成形することで得られる。
成形体を焼結することで、これが焼結体となる。焼結方法は任意であり、常圧焼結、ホットプレス、熱間静水圧プレス又はプラズマ焼結等、公知の焼結方法が挙げられる。簡便であるため、焼結方法は常圧焼結であることが好ましく、大気雰囲気での常圧焼結を挙げることができる。なお、常圧焼結とは焼結時に成形体に対して外的な力を加えず単に加熱することにより焼結する方法である。焼結を常圧焼結のみとすることで、本実施形態のジルコニア焼結体が常圧焼結体として得られる。
常圧焼結の場合、保持温度が１３００℃以上１５５０℃以下、好ましくは１３５０℃以上１５５０℃以下であること、保持時間が１時間以上５時間以下、好ましくは２時間以上４時間以下であること、が例示できる。
常圧焼結後、ＨＩＰ処理体とするため、焼結体を熱間静水圧プレス（以下、「ＨＩＰ」ともいう。）処理してもよい。ＨＩＰ処理の条件として、ＨＩＰ処理雰囲気としてアルゴン雰囲気又は窒素雰囲気、ＨＩＰ処理圧力として５０ＭＰａ以上２００ＭＰａ以下、ＨＩＰ処理温度として１４００℃以上１５５０℃以下、及び、ＨＩＰ処理温度での保持時間として３０分以上４時間以下、が例示できる。
焼結後のジルコニア焼結体は、必要に応じて研磨又は形状加工等、任意の加工を施してもよい。
以下、実施例により本実施形態のジルコニア焼結体を具体的に説明する。しかしながら、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
（粉末の平均粒子径）
レーザー回折法により測定される体積粒子径分布における５０％径（メジアン径）を測定し、粉末の平均粒子径とした。
レーザー回折法により測定される体積粒子径分布における５０％径（メジアン径）を測定し、粉末の平均粒子径とした。
粉末試料を蒸留水に懸濁させたスラリーを、超音波ホモジナイザー（装置名：ＵＳ－１５０Ｔ、日本精機製作所製）で３分間分散処理することで前処理とした。マイクロトラック粒度分布計（装置名：９３２０－ＨＲＡ、Ｈｏｎｅｙｗｅｌｌ社製）を使用し、前処理後のスラリーの体積粒子径分布をレーザー回折法によって測定した。得られた粒子径分布における累積体積が５０％に相当する粒子径を平均粒子径とした。
（全光線透過率）
ＪＩＳ Ｋ７３６１に準じた方法で、入射光として光源Ｆ２を使用した場合の全光線透過率を測定した。焼結体を両面研磨し、表面粗さ（Ｒａ）≦０．０２μｍとしたものを測定試料とした。全光線透過率の測定は、濁度計（装置名：ＮＤＨ２０００、日本電色工業製）を使用し、入射光をＤ６５光源とし、当該入射光における全光線透過率を測定した。
ＪＩＳ Ｋ７３６１に準じた方法で、入射光として光源Ｆ２を使用した場合の全光線透過率を測定した。焼結体を両面研磨し、表面粗さ（Ｒａ）≦０．０２μｍとしたものを測定試料とした。全光線透過率の測定は、濁度計（装置名：ＮＤＨ２０００、日本電色工業製）を使用し、入射光をＤ６５光源とし、当該入射光における全光線透過率を測定した。
（色調の測定）
ＪＩＳ Ｚ８７２２に準じた方法で、焼結体試料の色調を測定した。測定には、一般的な分光測色計（装置名：ＣＭ－７００ｄ、コニカミノルタ社製）を用いた。測定条件は以下のとおりである。
光源 ： Ｆ２光源
視野角 ： １０°
ＪＩＳ Ｚ８７２２に準じた方法で、焼結体試料の色調を測定した。測定には、一般的な分光測色計（装置名：ＣＭ－７００ｄ、コニカミノルタ社製）を用いた。測定条件は以下のとおりである。
光源 ： Ｆ２光源
視野角 ： １０°
焼結体試料は、直径２０ｍｍ×厚さ２．７ｍｍの円板形状のもの使用した。焼結体試料の表面を両面から研削し、１．０ｍｍの厚みにした上で鏡面研磨処理を行った表面を評価面とし、色調を評価した。色調評価有効面積は直径１０ｍｍを採用した。
（色違い）
ＪＩＳ Ｚ８７２２に準じた方法により、色違いを測定した。測定には、一般的な変角分光システム（装置名：ＧＣＭＳ－４、村上色彩技術研究所社製）を使用した。測定条件は以下のとおりである。
光源 ： Ｆ２光源
入射角 ： ６０°
受光角 ：－７０°～７０°
あおり角 ： ０°
ＪＩＳ Ｚ８７２２に準じた方法により、色違いを測定した。測定には、一般的な変角分光システム（装置名：ＧＣＭＳ－４、村上色彩技術研究所社製）を使用した。測定条件は以下のとおりである。
光源 ： Ｆ２光源
入射角 ： ６０°
受光角 ：－７０°～７０°
あおり角 ： ０°
焼結体試料は、縦５０ｍｍ×横５０ｍｍ×厚さ３ｍｍの板状のものとし、表面粗さ（Ｒａ）≦０．０２となるまで研磨したものを使用した。
上述の測定結果のうち、測定ノイズの影響を大きく受ける受光角で測定されたデータを除いた、受光角－５０°以上３０°以下の測定結果を使用して、ａ＊
ｎ、ａ＊
（－５０）、ｂ＊
ｎ及びｂ＊
（－５０）を求め、（式Ａ）及び（式Ｂ）に従って各受光角における△ａ＊及び△ｂ＊、並びに、△ａ＊
ＭＡＸ及び△ｂ＊
ＭＡＸを求めた。
（三点曲げ強度）
ＪＩＳ Ｒ １６０１に準じた方法で、焼結体試料の三点曲げ強度を測定した。測定は１０回行い、その平均値を三点曲げ強度として採用した。測定は、幅４ｍｍ、厚さ３ｍｍの柱形状の焼結体試料を用い、支点間距離３０ｍｍとして実施した。
ＪＩＳ Ｒ １６０１に準じた方法で、焼結体試料の三点曲げ強度を測定した。測定は１０回行い、その平均値を三点曲げ強度として採用した。測定は、幅４ｍｍ、厚さ３ｍｍの柱形状の焼結体試料を用い、支点間距離３０ｍｍとして実施した。
（密度）
ＪＩＳ Ｒ １６３４に準じた方法により焼結体の密度を測定し、実測密度を求めた。
（平均結晶粒径）
平均結晶粒径は走査型電子顕微鏡（装置名：ＪＳＭ－６３９０ＬＶ、日本電子社製）を使用して得られたＳＥＭ観察図を使用したプラニメトリック法により求めた。ＳＥＭ観察は、表面粗さ（Ｒａ）≦０．０２μｍとなるまで研磨した焼結体を熱エッチングした焼結体試料について行った。ＳＥＭ観察の条件は以下の通りである。
加速電圧 ：１５ｋＶ
観察倍率 ：５０００倍
ＪＩＳ Ｒ １６３４に準じた方法により焼結体の密度を測定し、実測密度を求めた。
（平均結晶粒径）
平均結晶粒径は走査型電子顕微鏡（装置名：ＪＳＭ－６３９０ＬＶ、日本電子社製）を使用して得られたＳＥＭ観察図を使用したプラニメトリック法により求めた。ＳＥＭ観察は、表面粗さ（Ｒａ）≦０．０２μｍとなるまで研磨した焼結体を熱エッチングした焼結体試料について行った。ＳＥＭ観察の条件は以下の通りである。
加速電圧 ：１５ｋＶ
観察倍率 ：５０００倍
円内の結晶粒子数（Ｎｃ）及び当該円の円周上の結晶粒子数（Ｎｉ）の合計が１２５±２５となるように、ＳＥＭ観察図に円を描き、以下の式から平均結晶粒径を求めた。なお、ＮｃとＮｉが１２５±２５に満たない場合は複数のＳＥＭ写真を使用した。
平均結晶粒径＝（Ｎｃ＋（１／２）×Ｎｉ）／（Ａ／Ｍ２）
上記式において、Ｎｃは円内の結晶粒子数、Ｎｉは円の円周上の結晶粒子数、Ａは円の面積、及び、Ｍは走査型電子顕微鏡観察の倍率である。
上記式において、Ｎｃは円内の結晶粒子数、Ｎｉは円の円周上の結晶粒子数、Ａは円の面積、及び、Ｍは走査型電子顕微鏡観察の倍率である。
実施例１
オキシ塩化ジルコニウム水溶液に対し、Ｅｒ２Ｏ３濃度が３．２ｍｏｌ％となるようにエルビアを添加し、これを加水分解して水和ジルコニアゾルとした。得られた水和ジルコニアゾルを乾燥させ、大気中、１１００℃、２時間で熱処理し、これをイオン交換水で十分に洗浄した。得られた３．２ｍｏｌ％エルビア安定化ジルコニアと、高純度アルミナ（住友化学製）とをイオン交換水に添加してスラリーとし、当該スラリーをボールミルを使用して湿式混合した。湿式混合において、適宜スラリーを抜き出し、スラリーの平均粒子径が０．５０μｍとなった時点でボールミルを止め、スラリーを回収した。回収後のスラリーを、大気中、１１０℃で乾燥し、以下の組成を有し、ＢＥＴ比表面積が１１ｍ２／ｇである粉末組成物を得た。
アルミナ ： ３．０質量％
３．２ｍｏｌ％エルビア安定化ジルコニア： 残部
オキシ塩化ジルコニウム水溶液に対し、Ｅｒ２Ｏ３濃度が３．２ｍｏｌ％となるようにエルビアを添加し、これを加水分解して水和ジルコニアゾルとした。得られた水和ジルコニアゾルを乾燥させ、大気中、１１００℃、２時間で熱処理し、これをイオン交換水で十分に洗浄した。得られた３．２ｍｏｌ％エルビア安定化ジルコニアと、高純度アルミナ（住友化学製）とをイオン交換水に添加してスラリーとし、当該スラリーをボールミルを使用して湿式混合した。湿式混合において、適宜スラリーを抜き出し、スラリーの平均粒子径が０．５０μｍとなった時点でボールミルを止め、スラリーを回収した。回収後のスラリーを、大気中、１１０℃で乾燥し、以下の組成を有し、ＢＥＴ比表面積が１１ｍ２／ｇである粉末組成物を得た。
アルミナ ： ３．０質量％
３．２ｍｏｌ％エルビア安定化ジルコニア： 残部
得られた粉末組成物を圧力１０００ｋｇ／ｃｍ２で一軸加圧成形して成形体とし、これを大気中、昇温速度１００℃／時、保持温度１４５０℃、保持時間２時間で焼結し、ジルコニア焼結体を得た。得られたジルコニア焼結体は鮮明なピンク色を呈し、その相対密度は９９．９％であった。ＳＥＭ観察により、焼結体の表面及び断面において、ジルコニアの結晶粒子及びアルミニウム酸化物の粒子が確認された。
当該ジルコニア焼結体を研磨し、試料厚み１ｍｍ、表面粗さ（Ｒａ）≦０．０２μｍとした。研磨後のジルコニア焼結体は、全光線透過率が８％であり、研磨面を目視した結果、鮮明なピンク色を呈していた。
実施例２
粉末組成物の組成を以下に示す組成にしたこと以外は実施例１と同様な方法で、本実施例のジルコニア焼結体を得た。
アルミナ ： ５．０質量％
３．２ｍｏｌ％エルビア安定化ジルコニア： 残部
粉末組成物の組成を以下に示す組成にしたこと以外は実施例１と同様な方法で、本実施例のジルコニア焼結体を得た。
アルミナ ： ５．０質量％
３．２ｍｏｌ％エルビア安定化ジルコニア： 残部
得られたジルコニア焼結体は鮮明なピンク色を呈し、その相対密度は９９．９％であった。ＳＥＭ観察により、焼結体の表面及び断面において、ジルコニアの結晶粒子及びアルミニウム酸化物の粒子が確認された。
当該ジルコニア焼結体を実施例１と同様な方法で研磨して試料厚み１ｍｍの状態で評価した。
ジルコニア焼結体は、試料厚み１ｍｍ、表面粗さ（Ｒａ）≦０．０２μｍの状態で全光線透過率が７％及び鮮明なピンク色を呈していた。
実施例３
粉末組成物の組成を以下に示す組成にしたこと以外は実施例１と同様な方法で、本実施例のジルコニア焼結体を得た。
アルミナ ： １０．０質量％
３．２ｍｏｌ％エルビア安定化ジルコニア： 残部
粉末組成物の組成を以下に示す組成にしたこと以外は実施例１と同様な方法で、本実施例のジルコニア焼結体を得た。
アルミナ ： １０．０質量％
３．２ｍｏｌ％エルビア安定化ジルコニア： 残部
得られたジルコニア焼結体は鮮明なピンク色を呈し、その相対密度は９９．９％であった。ＳＥＭ観察により、焼結体の表面及び断面において、ジルコニアの結晶粒子及びアルミニウム酸化物の粒子が確認された。
当該ジルコニア焼結体を実施例１と同様な方法で研磨して試料厚み１ｍｍの状態で評価した。
ジルコニア焼結体は、試料厚み１ｍｍ、表面粗さ（Ｒａ）≦０．０２μｍの状態で全光線透過率が４％及び鮮明なピンク色を呈していた。
実施例４
粉末組成物の組成を以下に示す組成にしたこと以外は実施例１と同様な方法で、本実施例のジルコニア焼結体を得た。
アルミナ ： １５．０質量％
３．２ｍｏｌ％エルビア安定化ジルコニア： 残部
粉末組成物の組成を以下に示す組成にしたこと以外は実施例１と同様な方法で、本実施例のジルコニア焼結体を得た。
アルミナ ： １５．０質量％
３．２ｍｏｌ％エルビア安定化ジルコニア： 残部
得られたジルコニア焼結体は鮮明なピンク色を呈し、その相対密度は９９．９％であった。ＳＥＭ観察により、焼結体の表面及び断面において、ジルコニアの結晶粒子及びアルミニウム酸化物の粒子が確認された。
当該ジルコニア焼結体を実施例１と同様な方法で研磨して試料厚み１ｍｍの状態で評価した。
ジルコニア焼結体は、試料厚み１ｍｍ、表面粗さ（Ｒａ）≦０．０２μｍの状態で全光線透過率が３％及び鮮明なピンク色を呈していた。
比較例１
粉末組成物の組成を以下に示す組成にしたこと以外は実施例１と同様な方法で、本実施例のジルコニア焼結体を得た。
アルミナ ： ０．０５質量％
３．２ｍｏｌ％エルビア安定化ジルコニア： 残部
粉末組成物の組成を以下に示す組成にしたこと以外は実施例１と同様な方法で、本実施例のジルコニア焼結体を得た。
アルミナ ： ０．０５質量％
３．２ｍｏｌ％エルビア安定化ジルコニア： 残部
得られたジルコニア焼結体はピンク色を呈し、その相対密度は９９．９％であった。ＳＥＭ観察により、焼結体の表面及び断面において、ジルコニアの結晶粒子のみが観察されアルミナ粒子は観察されなかった。
当該ジルコニア焼結体を実施例１と同様な方法で研磨して試料厚み１ｍｍの状態で評価した。
ジルコニア焼結体は、試料厚み１ｍｍ、表面粗さ（Ｒａ）≦０．０２μｍの状態で全光線透過率が２８％と高く、背景の色調の影響を受け焼結体の色調が変化することが確認できた。
これらの実施例及び比較例の結果を表１に示す。
実施例のジルコニア焼結体の呈色は、いずれも、鮮明なピンク色として視認された。また、試料厚み１．０ｍｍにおける全光線透過率が１０％以下であり、エルビア含有ジルコニア（マトリックス）に由来する透光性が著しく抑えられていることが確認できた。さらに、三点曲げ強度が１２００ＭＰａ以上であり、装飾等への適用に十分な強度を有していることが確認できた。
さらに、実施例１の焼結体のａ＊
ＭＡＸ及びｂ＊
ＭＡＸは０．４２及び０．７５、実施例４の焼結体のａ＊
ＭＡＸ及びｂ＊
ＭＡＸは０．３４及び０．８３であり、いずれも△ｂ＊の最大値が１．００未満及びの△ａ＊の最大値が０．５０以下であり、異なる角度から本焼結体を視認した場合であっても、色違いがなく、どの角度からでも同様な色調として視認されうることが確認できた。これに対し、比較例１のａ＊
ＭＡＸ及びｂ＊
ＭＡＸは０．８６及び０．８０であった。
主な受光角における△ａ＊及び△ｂ＊の値を下表に示す。
比較例のジルコニア焼結体は受光角毎のΔａ＊及び△ｂ＊の値が大きくバラついており、当該焼結体を観察する角度によって、視認される色調が大きく異なることが分かる。これに対し、実施例の焼結体は、受光角毎の△ａ＊及び△ｂ＊の値のばらつきが小さいことが確認できる。これより、実施例の焼結体は、観察する角度を変えてもほぼ同様な色調で視認されうることが分かる。
Claims (7)
- Ａｌ２Ｏ３換算で３．０質量％以上３０．０質量％以下のアルミニウムを含有し、残部が２ｍｏｌ％以上４ｍｏｌ％以下のエルビアを含有するジルコニアであり、アルミニウム酸化物の粒子を含み、なおかつ、試料厚み１．０ｍｍにおけるＤ６５光源に対する全光線透過率が１０％以下であり、かつ、以下の（式Ａ）から求まる△ｂ ＊ の最大値が３．０以下であり、以下の（式Ｂ）から求まる△ａ ＊ の最大値が０．６以下であることを特徴とするジルコニア焼結体。
△ｂ ＊ ＝ｂ ＊ ｎ ／ｂ ＊ （－５０） （式Ａ）
△ａ ＊ ＝ａ ＊ ｎ ／ａ ＊ （－５０） （式Ｂ）
上記式において、△ａ ＊ 及び△ｂ ＊ は、それぞれ、受光角間の色相ａ ＊ の差及び色相ｂ ＊ の差であり、ａ ＊ ｎ 及びｂ ＊ ｎ は、それぞれ、受光角－５０°以上３０°以下のいずれかにおける色相ａ ＊ 及び色相ｂ ＊ 、並びに、ａ ＊ （－５０） 及びｂ ＊ （－５０） は、それぞれ、受光角－５０°色相ａ ＊ で及び色相ｂ ＊ である。 - 前記アルミニウム酸化物がアルミナである請求項１に記載のジルコニア焼結体。
- 焼結体重量に対する鉄の含有量がＦｅ２Ｏ３換算で０．１質量％未満である請求項１又は２のいずれかに記載のジルコニア焼結体。
- 試料厚み１．０ｍｍにおける色調が、以下を満たす請求項１乃至３のいずれか一項に記載のジルコニア焼結体。
８９≦Ｌ ＊ ＜１００、５≦ａ ＊ ≦１５、－２．０≦ｂ ＊ ≦２．０ - 前記残部が２．５ｍｏｌ％以上３．５ｍｏｌ％以下のエルビアを含有するジルコニアである請求項１乃至４のいずれか一項に記載のジルコニア焼結体。
- 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を含む部材。
- エルビアを含有するジルコニアゾルが熱処理されたジルコニアを焼結してジルコニア焼結体を得る、請求項１乃至６のいずれか一項に記載のジルコニア焼結体の製造方法。
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