JPWO2021100876A1 - ジルコニア組成物、ジルコニア仮焼体及びジルコニア焼結体、並びにそれらの製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
[1]ジルコニア粉末と、ジルコニア粉末の相転移を抑制可能な安定化剤と、を含有し、以下の(1)〜(3)をすべて満たすジルコニア組成物。
(1)該ジルコニア粉末が、平均粒径が0.17μm超0.4μm以下であるジルコニア粒子を含む。
(2)該安定化剤の少なくとも一部はジルコニアに固溶されていない。
(3)該組成物を1300〜1600℃で焼成した場合、前記温度で30分間保持した際の焼結体の彩度C*(30)と前記温度で120分間保持した際の焼結体の彩度C*(120)の比C*(30)/C*(120)が0.4以上である。
[2]ジルコニアの結晶系は単斜晶系が55%以上である、[1]に記載のジルコニア組成物。
[3]前記安定化剤がイットリアである、[1]又は[2]に記載のジルコニア組成物。
[4]ジルコニアとイットリアの合計molに対して、イットリアを3〜7.5mol%含有する、[3]に記載のジルコニア組成物。
[5]X線回折パターンにおいてイットリアのピークが存在する、[3]又は[4]に記載のジルコニア組成物。
[6]以下の数式(i)に基づいて算出したジルコニアに固溶されていないイットリアの存在率fyが1%以上である、[3]〜[5]のいずれかに記載のジルコニア組成物。
Im(111)及びIm(11−1)は、前記X線回折パターンにおけるジルコニアの単斜晶系の(111)面及び(11−1)面のピーク強度を示し、
It(111)は、前記X線回折パターンにおけるジルコニアの正方晶系の(111)面のピーク強度を示し、
Ic(111)は、前記X線回折パターンにおけるジルコニアの立方晶系の(111)面のピーク強度を示す。)
[7]前記fyが15%以下である、[6]に記載のジルコニア組成物。
[8]前記温度で30分間保持した際の焼結体の彩度C*(30)が、3以上である、[1]〜[7]のいずれかに記載のジルコニア組成物。
[9]最高焼成温度を1300〜1600℃とする焼成によって得られる焼結体の透光性が以下の式を満たす、[1]〜[8]のいずれかに記載のジルコニア組成物。
ΔL*(W−B)≦11
(式中、ΔL*(W−B)は第1のL*値から第2のL*値を控除した値であり、第1のL*値は、厚さ1.2mmの焼結体の背景を白色にして測定したL*値であり、第2のL*値は、第1のL*値を測定した同一の焼結体の背景を黒色にして測定したL*値であり、L*値は、L*a*b*表色系(JIS Z 8781−4:2013)における色度(色空間)のL*値である。)
[10]前記温度で30分保持した場合の透光性ΔL*(30)と、前記温度で120分保持した場合の透光性ΔL*(120)との比ΔL*(30)/ΔL*(120)が0.88以上である、[9]に記載のジルコニア組成物。
[11][1]〜[10]のいずれかに記載のジルコニア組成物を用いて作製する、ジルコニア仮焼体の製造方法。
[12][1]〜[10]のいずれかに記載のジルコニア組成物からなるプレス成形体を800〜1200℃で焼成して作製する、[11]に記載のジルコニア仮焼体の製造方法。
[13][1]〜[10]のいずれかに記載の、ジルコニア粉末と、ジルコニア粉末の相転移を抑制可能な安定化剤と、を含有するジルコニア組成物を成形して第1の成形体を作製する第1成形工程と、
前記第1の成形体をジルコニア粒子が焼結に至らない温度で焼成する仮焼工程と、
を含む、[11]又は[12]に記載のジルコニア仮焼体の製造方法。
[14]前記仮焼工程において、前記第1の成形体を800〜1200℃で焼成する、[13]に記載のジルコニア仮焼体の製造方法。
[15]前記第1成形工程前に、前記ジルコニア粉末が、ジルコニア粒子の平均粒径が0.17μm超0.4μm以下を含むように、前記ジルコニア粉末と前記安定化剤との混合物を粉砕してジルコニア組成物を得る粉砕工程をさらに含む、[13]又は[14]に記載のジルコニア仮焼体の製造方法。
[16]前記第1成形工程前に、前記ジルコニア組成物を噴霧乾燥により顆粒形態にする乾燥工程をさらに含む、[13]〜[15]のいずれかに記載のジルコニア仮焼体の製造方法。
[17]ジルコニア仮焼体の密度が2.7〜4.0g/cm3である、[11]〜[16]のいずれかに記載のジルコニア仮焼体の製造方法。
[18]ジルコニア仮焼体の、ISO6872:2015に準拠して測定した曲げ強さが15〜70MPaである、[11]〜[17]のいずれかに記載のジルコニア仮焼体の製造方法。
[19][1]〜[10]のいずれかに記載のジルコニア組成物を成形して第1の成形体を作製する第1成形工程と、
前記第1の成形体を焼結可能温度以上で焼成する焼結工程と、
を含む、ジルコニア焼結体の製造方法。
[20]前記焼結工程前に、前記第1の成形体をジルコニア粒子が焼結に至らない温度で焼成してジルコニア仮焼体を作製する仮焼工程をさらに含み、前記焼結工程において前記第1の成形体として前記ジルコニア仮焼体を焼成する、[19]に記載のジルコニア焼結体の製造方法。
[21]前記焼結工程前に、前記ジルコニア仮焼体を成形して、第2の成形体を作製する第2成形工程をさらに含み、
前記焼結工程において、前記第2の成形体を焼成する、[20]に記載のジルコニア焼結体の製造方法。
[22]前記焼結工程において、最高焼成温度での保持時間が1時間以下である、[19]〜[21]のいずれかに記載のジルコニア焼結体の製造方法。
(1)該ジルコニア粉末が、平均粒径が0.17μm超0.4μm以下であるジルコニア粒子を含む。
(2)該安定化剤の少なくとも一部はジルコニアに固溶されていない。
(3)該組成物を1300〜1600℃で焼成した場合、前記温度で30分間保持した際の焼結体の彩度C*(30)と前記温度で120分間保持した際の焼結体の彩度C*(120)の比C*(30)/C*(120)が0.4以上である。
円形度=(顆粒の面積と等しい円の周囲長(円周))/顆粒の周囲長
C*={(a*)2+(b*)2}(1/2) (iii)
(実施例1〜3)
まず、ジルコニアとイットリアの合計molに対するイットリアの含有率が表1に記載の通りとなるように、100%が単斜晶系の酸化ジルコニウム粉末とイットリアとを合わせて混合物を作製した(混合工程)。次に、この混合物を水に添加してスラリーを作製し、ジルコニア粒子の平均粒径(一次粒子)が0.20μmとなるまでボールミルで湿式粉砕した。次に、粉砕後のスラリーにバインダを添加した後、スプレードライヤで乾燥させて、ジルコニア組成物を作製した。次いで、酸化ニッケル(II)(NiO)を上述の方法と同様にして平均粒径0.20μmとなるまでボールミルで湿式粉砕し、スプレードライヤで乾燥させてNiO粉末を作製した。上述のジルコニア組成物に0.02質量%の割合でNiO粉末を加え、十分に混合したものを実施例1〜3に係るジルコニア組成物とした。なお、前記平均粒径は、レーザー回折式粒度分布測定装置(SALD−2300:株式会社島津製作所製)により、0.2%ヘキサメタリン酸ナトリウム水溶液を分散媒に用いて体積基準で測定することができる。
比較例として、市販の部分安定化ジルコニア粉末を用いた。比較例1に係るジルコニア組成物は、東ソー株式会社製TZ−3YSB−Eに、実施例1〜3で作製したNiO粉末を0.02質量%加え、十分に混合したものである。同様にして、比較例2に係るジルコニア組成物は、東ソー株式会社製Zpexに上述のNiO粉末を0.02質量%加え、十分に混合したものであり、比較例3に係るジルコニア組成物は、東ソー株式会社製Zpex Smileに上述のNiO粉末を0.02質量%加え、十分に混合したものである。
実施例1と同様にして作製した単斜晶系の酸化ジルコニウム粉末及びイットリアを含むジルコニア組成物に加えて、比較例1のジルコニア組成物を添加した後、実施例1〜3で作製したNiO粉末を0.02質量%加え、十分に混合したものを実施例4に係るジルコニア組成物とした。該ジルコニア組成物は、単斜晶系の割合が実施例1〜3よりも低下するものである。表1では、比較例1に係るジルコニア組成物に含まれるジルコニア粒子の平均粒径は測定不可能であったため、当該部分については「NA」と示す。
NiO粉末を加える前のジルコニア組成物について、粉砕後のジルコニア粒子の平均粒径が0.12μmとなるように粉砕した以外は実施例1と同様にして、比較例4に係るジルコニア組成物を作製した。
NiO粉末を加える前のジルコニア組成物について、粉砕後のジルコニア粒子の平均粒径が0.50μmとなるように粉砕した以外は実施例1と同様にして、比較例5に係るジルコニア組成物を作製した。
実施例及び比較例に係るジルコニア組成物についてXRD測定を行い、未固溶イットリアの存在率を示すfyを、上記数式(i)を基に算出した。また、ジルコニアにおける単斜晶系の割合を示すfmを、上記数式(ii)を基に算出した。結果を表1に示す。
本開示のジルコニア組成物を用いてジルコニア焼結体を作製し、焼成温度における保持時間(焼成時間)に対する透光性及び発色の関係を調べた。まず、厚さ1.2mmのジルコニア焼結体が得られるように、実施例及び比較例に係るジルコニア組成物を300kg/cm2の圧力でプレス成形した。次に、プレス成形体に対して1700kg/cm2でさらにCIP処理を施して、上述にいう第1の成形体を作製した。第1の成形体を1000℃で2時間焼成してジルコニア仮焼体を作製した。最高焼成温度を1550℃に設定して、該最高焼成温度での保持時間を120分間として、得られたジルコニア仮焼体を焼成することでジルコニア焼結体を作製した。次に、同じ方法で作製したジルコニア仮焼体について、最高焼成温度を1550℃に設定して、該最高焼成温度での保持時間を30分間に変更してジルコニア焼結体を作製した。得られたジルコニア焼結体を試料として、後述の方法により透光性及び彩度C*を測定した。結果を表1に示す。
Claims (22)
- ジルコニア粉末と、ジルコニア粉末の相転移を抑制可能な安定化剤と、を含有し、以下の(1)〜(3)をすべて満たすジルコニア組成物。
(1)該ジルコニア粉末が、平均粒径が0.17μm超0.4μm以下であるジルコニア粒子を含む。
(2)該安定化剤の少なくとも一部はジルコニアに固溶されていない。
(3)該組成物を1300〜1600℃で焼成した場合、前記温度で30分間保持した際の焼結体の彩度C*(30)と前記温度で120分間保持した際の焼結体の彩度C*(120)の比C*(30)/C*(120)が0.4以上である。 - ジルコニアの結晶系は単斜晶系が55%以上である、請求項1に記載のジルコニア組成物。
- 前記安定化剤がイットリアである、請求項1又は2に記載のジルコニア組成物。
- ジルコニアとイットリアの合計molに対して、イットリアを3〜7.5mol%含有する、請求項3に記載のジルコニア組成物。
- X線回折パターンにおいてイットリアのピークが存在する、請求項3又は4に記載のジルコニア組成物。
- 以下の数式(i)に基づいて算出したジルコニアに固溶されていないイットリアの存在率fyが1%以上である、請求項3〜5のいずれか一項に記載のジルコニア組成物。
Im(111)及びIm(11−1)は、前記X線回折パターンにおけるジルコニアの単斜晶系の(111)面及び(11−1)面のピーク強度を示し、
It(111)は、前記X線回折パターンにおけるジルコニアの正方晶系の(111)面のピーク強度を示し、
Ic(111)は、前記X線回折パターンにおけるジルコニアの立方晶系の(111)面のピーク強度を示す。) - 前記fyが15%以下である、請求項6に記載のジルコニア組成物。
- 前記温度で30分間保持した際の焼結体の彩度C*(30)が、3以上である、請求項1〜7のいずれか一項に記載のジルコニア組成物。
- 最高焼成温度を1300〜1600℃とする焼成によって得られる焼結体の透光性が以下の式を満たす、請求項1〜8のいずれか一項に記載のジルコニア組成物。
ΔL*(W−B)≦11
(式中、ΔL*(W−B)は第1のL*値から第2のL*値を控除した値であり、第1のL*値は、厚さ1.2mmの焼結体の背景を白色にして測定したL*値であり、第2のL*値は、第1のL*値を測定した同一の焼結体の背景を黒色にして測定したL*値であり、L*値は、L*a*b*表色系(JIS Z 8781−4:2013)における色度(色空間)のL*値である。) - 前記温度で30分保持した場合の透光性ΔL*(30)と、前記温度で120分保持した場合の透光性ΔL*(120)との比ΔL*(30)/ΔL*(120)が0.88以上である、請求項9に記載のジルコニア組成物。
- 請求項1〜10のいずれか一項に記載のジルコニア組成物を用いて作製する、ジルコニア仮焼体の製造方法。
- 請求項1〜10のいずれか一項に記載のジルコニア組成物からなるプレス成形体を800〜1200℃で焼成して作製する、請求項11に記載のジルコニア仮焼体の製造方法。
- 請求項1〜10のいずれか一項に記載の、ジルコニア粉末と、ジルコニア粉末の相転移を抑制可能な安定化剤と、を含有するジルコニア組成物を成形して第1の成形体を作製する第1成形工程と、
前記第1の成形体をジルコニア粒子が焼結に至らない温度で焼成する仮焼工程と、
を含む、請求項11又は12に記載のジルコニア仮焼体の製造方法。 - 前記仮焼工程において、前記第1の成形体を800〜1200℃で焼成する、請求項13に記載のジルコニア仮焼体の製造方法。
- 前記第1成形工程前に、前記ジルコニア粉末が、ジルコニア粒子の平均粒径が0.17μm超0.4μm以下を含むように、前記ジルコニア粉末と前記安定化剤との混合物を粉砕してジルコニア組成物を得る粉砕工程をさらに含む、請求項13又は14に記載のジルコニア仮焼体の製造方法。
- 前記第1成形工程前に、前記ジルコニア組成物を噴霧乾燥により顆粒形態にする乾燥工程をさらに含む、請求項13〜15のいずれか一項に記載のジルコニア仮焼体の製造方法。
- ジルコニア仮焼体の密度が2.7〜4.0g/cm3である、請求項11〜16のいずれか一項に記載のジルコニア仮焼体の製造方法。
- ジルコニア仮焼体の、ISO6872:2015に準拠して測定した曲げ強さが15〜70MPaである、請求項11〜17のいずれか一項に記載のジルコニア仮焼体の製造方法。
- 請求項1〜10のいずれか一項に記載のジルコニア組成物を成形して第1の成形体を作製する第1成形工程と、
前記第1の成形体を焼結可能温度以上で焼成する焼結工程と、
を含む、ジルコニア焼結体の製造方法。 - 前記焼結工程前に、前記第1の成形体をジルコニア粒子が焼結に至らない温度で焼成してジルコニア仮焼体を作製する仮焼工程をさらに含み、前記焼結工程において前記第1の成形体として前記ジルコニア仮焼体を焼成する、請求項19に記載のジルコニア焼結体の製造方法。
- 前記焼結工程前に、前記ジルコニア仮焼体を成形して、第2の成形体を作製する第2成形工程をさらに含み、
前記焼結工程において、前記第2の成形体を焼成する、請求項20に記載のジルコニア焼結体の製造方法。 - 前記焼結工程において、最高焼成温度での保持時間が1時間以下である、請求項19〜21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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