WO2014104236A1 - 着色透光性ジルコニア焼結体及びその用途 - Google Patents

着色透光性ジルコニア焼結体及びその用途 Download PDF

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清隆 河村
浩之 藤崎
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    • C04B2235/9646Optical properties
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Definitions

  • the present invention relates to a colored zirconia sintered body and a pink zirconia sintered body having a high density and strength, a color tone very close to that of a tooth, and excellent in translucency.
  • the colored translucent zirconia sintered body is particularly used for dental applications, and further suitable for use as a mill blank such as a denture material or an orthodontic bracket.
  • the pink zirconia sintered body is suitable for use as an exterior of a decorative member or an electronic device material.
  • Zirconia sintered body in which a small amount of Y 2 O 3 (yttria) is used as a stabilizer is a high strength and high toughness. Therefore, mechanical structural materials such as cutting tools, dies, nozzles and bearings, dental materials, etc. It is widely used as a biomaterial.
  • high-strength zirconia sintered bodies have come to be used for dental materials, but in order to bring the color tone closer to that of natural teeth, so far, other materials have been laminated on the surface of the zirconia sintered body, It was used after adjusting aesthetics.
  • zirconia sintered bodies are used in the dental field, there is an increasing demand for zirconia sintered bodies that can be used as they are for dental materials without laminating other materials.
  • a zirconia sintered body having a translucent sintered body density of 99.8% in a composition of 3 mol% Y 2 O 3 and 0.25 wt% Al 2 O 3 (alumina) is disclosed (for example, a patent References 2 and 3).
  • the zirconia sintered body disclosed therein does not contain a colorant, and there has been no zirconia sintered body that has been colored and has high translucency.
  • Patent Document 4 discloses a light-sensitive zirconia sintered body colored yellow by adding Fe. Although a color tone similar to natural teeth can be obtained by giving a yellow color tone, redness and blackness are insufficient, and it was possible to use it by stacking other materials on the surface to approximate the color tone of natural teeth As it was, the color difference from the natural teeth could not be used greatly.
  • Zirconia sintered bodies have been used mainly as structural members and grinding media because of their high strength, but they are expected to be applied to decorative parts and exterior parts of electronic equipment materials due to the beautiful surface gloss after mirror polishing. Has been.
  • a colored zirconia sintered body having excellent aesthetics and high strength. So far, those using various additives have been proposed as pink colored zirconia sintered bodies, but those having sufficient aesthetics have not necessarily been obtained.
  • zirconia has a problem that the colorant is not easily solid-dissolved compared to alumina, and it is difficult to produce a vivid color. It is difficult to sinter due to a relatively large amount of addition, and the characteristics of the sintered body, particularly mechanical strength, are low. There was a problem of lowering.
  • Patent Document 5 discloses a pink zirconia sintered body containing 0.5 to 2 mol% of Er 2 O 3 and 0.1 to 0.6 mol% of ZnO in zirconia containing a stabilizer. These contain zinc oxide and other coloring aids as essential components.
  • Patent Document 6 a Y 2 O 3 2 ⁇ 5mol% as a stabilizer, the Er 2 O 3 1 ⁇ 3% by weight (about 0.3 ⁇ 0.9 mol%) containing to pink sintered body Is disclosed.
  • Patent Document 7 a Y 2 O 3 0.6 ⁇ 1.2mol% as a stabilizer, zirconia sintered body containing Er 2 O 3 1.4 ⁇ 1.8% mol% is proposed ing.
  • An object of the present invention is to provide a colored zirconia sintered body that solves the problems in the conventional methods such as Patent Documents 1 to 4 and has a high sintered body density and strength and excellent translucency.
  • the sintered body can be manufactured by atmospheric pressure sintering.
  • the zirconia sintered bodies described in Patent Documents 5 to 6 are further improved from the market in terms of sintering density, mechanical strength and hydrothermal deterioration resistance, and more vividly colored zirconia sintered bodies. There was a need for union. Therefore, an object of the present invention is to provide a pink zirconia sintered body having high sintered body density and strength and high aesthetics.
  • the present inventors have found that when the kind and content of the colorant of the zirconia sintered body are adjusted, a zirconia sintered body having both coloring and translucency equivalent to the color sample of natural teeth can be obtained.
  • the invention has been completed.
  • the natural tooth color tone sample include VITA shade guide “VITAPAN (registered trademark)” and Matsukaze “vintage hello NCC shade guide”.
  • the present inventors can obtain a zirconia sintered body having both the pink color tone and strength of the zirconia sintered body by atmospheric pressure sintering by adjusting the kind and content of the stabilizer and the colorant of the zirconia sintered body. And the present invention has been completed.
  • the present invention provides 2 to 4 mol% yttria, 0.02 to 0.8 mol% Er 2 O 3 , an iron compound of 20 to 2000 ppm in terms of Fe 2 O 3 , and 0.005 to less than 0.2 wt%.
  • the balance is zirconia, and the brightness of which is a color parameter defined in JIS-Z8729 L * is the 55 ⁇ 75, a * is 0 ⁇ 10, b * is 0 to 30, Colored translucent zirconia sintered body characterized by having a relative density of 99.80% or more and a total light transmittance of 18% to 40% with a D65 light source at a sample thickness of 1 mm; 2 to 4 mol% yttria, CoO cobalt oxide of less than 0.01 wt% in terms of, Fe 2 O 3 iron oxide less than the converted over 20 2000 ppm, and less than 0.005 0.2 wt% Al 2 3 wherein the balance is zirconia, and, JIS-Z8729 color lightness L * of 50 to 75 parameters defined in, a * is -1 ⁇ 10, b * is 0 to 30, the relative density A colored translucent zirconia sintered body characterized by having a total light transmittance of 18% or more and
  • the composition further contains 2 to 4 mol% of erbia, and further stabilized to 0.1 to 2 mol% of erbia when stabilized with erbia and yttria.
  • the colored translucent zirconia sintered body of the present invention exhibits a color tone close to teeth, high density, high strength, and excellent translucency, so that the zirconia sintered body used in dental applications, specifically, Is excellent as a sintered body used as a mill blank for orthodontic materials, orthodontic brackets, etc.
  • the powder for the colored translucent zirconia sintered body of the present invention is a pressure such as HIP even under normal pressure sintering.
  • a colored translucent zirconia sintered body having the above-described characteristics can be produced even by sintering.
  • the pink zirconia sintered body of the present invention has a high sintered body density and strength, and exhibits a high aesthetic pink color.
  • the zirconia powder for the pink zirconia sintered body of the present invention is HIP even under normal pressure sintering. It is possible to produce a pink zirconia sintered body having the above characteristics even by pressure sintering.
  • the colored translucent zirconia sintered body of the present invention comprises 2 to 4 mol% yttria, 0.02 to 0.8 mol% Er 2 O 3 , an iron compound of 20 to less than 2000 ppm in terms of Fe 2 O 3 , and 0.
  • the colored translucent zirconia sintered body A of the present invention contains 2 to 4 mol% yttria as a stabilizer, and preferably 2.5 to 3.5 mol%. If the stabilizer is less than 2 mol%, the strength is lowered and the crystal phase becomes unstable. On the other hand, if it exceeds 4 mol%, the strength of the sintered body will be reduced.
  • the yttria contained in the zirconia sintered body A is not particularly limited as long as it becomes yttria after sintering, and there is no particular limitation on the yttrium compound used before sintering. For example, soluble compounds such as yttrium chloride and yttrium nitrate Insoluble compounds such as yttrium oxide can be mentioned. The yttrium compound is preferably added to the zirconia sol and dissolved.
  • the colored translucent zirconia sintered body A of the present invention contains a colorant, Er 2 O 3 and an iron compound that color zirconia are essential as elements constituting the colorant.
  • the Er 2 O 3 content is preferably 0.02 to 0.8 mol%, more preferably 0.05 to 0.7 mol%.
  • the content of the iron compound calculated as Fe 2 O 3 less than 20ppm than 2000 ppm, still in terms of Fe 2 O 3 at 100ppm or more, preferably less than 1500 ppm.
  • the Er 2 O 3 contained in the zirconia sintered body A only needs to be Er 2 O 3 after sintering, and the erbium compound used before sintering is not particularly limited.
  • the erbium compound used before sintering is not particularly limited.
  • erbium chloride, erbium nitrate And insoluble compounds such as erbium oxide.
  • the erbium compound is preferably added to the zirconia sol and dissolved. The reason is that if an erbium compound is added during pulverization of the zirconia powder, the particles locally grow abnormally, resulting in a zirconia sintered body having a low sintered density or low strength.
  • the erbium compound may be contained as a stabilizer together with the yttrium compound.
  • a zirconia powder stabilized only with an erbium compound may be mixed with a zirconia powder stabilized with another yttrium compound.
  • a zirconia powder containing 2 to 4 mol% of an erbium compound is preferable, and the content of the erbium compound is 0.8 mol% by mixing with a zirconia powder stabilized with another yttrium compound. It is sufficient to make it less than.
  • the iron compound used before sintering the zirconia sintered body A is not particularly limited, and examples thereof include soluble compounds such as iron chloride and iron nitrate, and insoluble compounds such as iron oxide and iron oxide hydroxide.
  • an iron compound having an average particle size of 1 ⁇ m or less is preferably added and dispersed and mixed when the zirconia powder is pulverized. The reason for this is that if the insoluble iron compound is added at other times and only stirred and mixed, the presence of agglomerates causes spots in the sintered body, resulting in uneven color tone or low strength zirconia sintered body. Because it becomes.
  • the colored translucent zirconia sintered body A of the present invention further contains Al 2 O 3 (alumina).
  • alumina Al 2 O 3
  • the content of alumina is preferably 0.005 or more and less than 0.2 wt%, and more preferably 0.005 wt% or more and 0.15 wt% or less.
  • the alumina content of the colored translucent zirconia sintered body A of the present invention is 0.2 wt% or more, it is difficult to increase the density, and light diffusion occurs due to the presence of alumina particles in the sintered body. Therefore, it becomes difficult to obtain translucency, and if it is less than 0.005 wt%, the hydrothermal deterioration resistance property may be deteriorated and the color tone of the sintered body may be decolored.
  • the colored translucent zirconia sintered body A of the present invention has lightness L * of 55 to 75, a * of 0 to 10, and b * of 0 to 30 as defined in JIS-Z8729. If the lightness L * , a * value, and b * value are out of the range, it is difficult to obtain a color tone closer to the teeth. In terms of aesthetics, preferable L * values are 50 to 75, a * values are 0 to 7, and b * values are 10 to 27.
  • the relative density of the colored translucent zirconia sintered body A of the present invention is 99.80% or more, preferably 99.89% or more, and more preferably 99.95% or more.
  • the upper limit of the relative density is 100%.
  • the colored translucent zirconia sintered body A of the present invention has a translucency of 18% to 40% in total light transmittance at a thickness of 1.0 mm.
  • a colored zirconia sintered body having a dark color tone and a low value of lightness L * the value of the total light transmittance is lowered, and the translucent feeling of the colored zirconia sintered body having a high sintered body density obtained in the present invention is Compared with a zirconia sintered body having a high lightness L * and a high sintered body density, it has a translucent feeling equivalent to that of natural teeth.
  • the colored translucent zirconia sintered body A of the present invention preferably further has a crystal grain size of 0.35 to 0.50 ⁇ m. If the crystal grain size is less than 0.35 ⁇ m, there are many fine pores between grains, and the relative density may not reach 99.8%. On the other hand, when the crystal grain size exceeds 0.50 ⁇ m, the hydrothermal deterioration of the sintered body proceeds remarkably and the sintered body is destroyed, which may not be preferable.
  • the colored translucent zirconia sintered body A of the present invention there are no abnormally grown crystal particles (abnormally grown particles), and the sintered body is constituted by crystal particles having a uniform particle diameter. Abnormally grown particles are particles having a size of 5 times or more of the average particle diameter, and are easily generated mainly by segregation of the stabilizer, and are low because the crystal phase of the particles is cubic. It tends to cause strength.
  • the colored translucent zirconia sintered body A of the present invention preferably includes a tetragonal crystal phase, and preferably a tetragonal single phase. This tends to increase the mechanical strength.
  • the colored translucent zirconia sintered body A of the present invention preferably has a three-point bending strength of 1000 MPa or more. Moreover, it is preferable that it is 1200 MPa or less. Further preferred strength is 1100 MPa or more.
  • the colored translucent zirconia sintered body A of the present invention preferably has a monoclinic phase transition depth of 15 ⁇ m or less after being immersed in hot water at 140 ° C. for 24 hours.
  • the monoclinic phase transition depth exceeds 15 ⁇ m, hydrothermal deterioration of the sintered body proceeds and the sintered body is destroyed.
  • a more preferable monoclinic phase transition depth is 10 ⁇ m or less.
  • the transition depth of the monoclinic phase can be observed by cutting the sintered body and observing the cross section with a scanning electron microscope (SEM).
  • the colored zirconia sintered body A of the present invention may contain a compound that dissolves in zirconia in order to finely adjust the color tone.
  • a compound that dissolves in zirconia include, for example, Group 3a (Group 3), Group 5a (Group 5), Group 6a (Group 6), Group 7a (Group 6), Group 7a (Group 7), Group 8 One or more oxides of any of (Group 8 to Group 10) and Group 3b (Group 13) can be raised (in parentheses are the display method by International Pure Applied Science Association (IUPAC)).
  • the colored translucent zirconia sintered body of the present invention comprises 2 to 4 mol% of yttria, cobalt oxide of less than 0.01 wt% in terms of CoO, iron oxide of 20 to less than 2000 ppm in terms of Fe 2 O 3 ;
  • zirconia sintered body A the same yttrium, Fe 2 O 3 , and Al 2 O 3 as those of the zirconia sintered body A can be used.
  • the preferred content of zirconia sintered body B in terms of yttrium, Fe 2 O 3 , and Al 2 O 3 and the raw material compound used before sintering are the same as those for zirconia sintered body A.
  • the zirconia sintered body B contains less than 0.01 wt% cobalt oxide in terms of CoO, and is preferably 0.075 wt% or less. Moreover, it is preferable that it is 0.005 wt% or more.
  • the cobalt oxide contained in the zirconia sintered body B is not particularly limited as long as it becomes cobalt oxide after sintering, and is not particularly limited as a cobalt compound used before sintering, for example, soluble such as cobalt chloride and cobalt nitrate. Examples thereof include insoluble compounds such as compounds and cobalt oxide. When using an insoluble compound, it is preferable to add and disperse a cobalt compound having an average particle size of 1 ⁇ m or less when the zirconia powder is pulverized. The reason is the same as that of the iron compound.
  • the colored translucent zirconia sintered body B of the present invention has lightness L * of 50 to 75, a * of ⁇ 1 to 10 and b * of 0 to 30 as defined in JIS-Z8729. If the lightness L * , a * value, and b * value are out of the range, it is difficult to obtain a color tone closer to the teeth. In terms of aesthetics, preferable L * values are 50 to 75, a * values are ⁇ 1 to 7, and b * values are 10 to 27. Further, the relationship between the a * value and the b * value is preferably the following relationship. a * > 0.0123b * 2-0.0598b * -2.9088
  • the relative density of the colored translucent zirconia sintered body B of the present invention is 99.80% or more, preferably 99.89% or more, and more preferably 99.95% or more.
  • the relative density is less than 99.80%, the translucency tends to be low, and the zirconia sintered body is inferior in aesthetics as a dental material.
  • the colored translucent zirconia sintered body B of the present invention has a translucency with a total light transmittance of 18% or more and 40% or less at a thickness of 1.0 mm.
  • a colored zirconia sintered body having a dark color tone and a low value of lightness L * the value of the total light transmittance is lowered, and the translucent feeling of the colored zirconia sintered body having a high sintered body density obtained in the present invention is Compared with a zirconia sintered body having a high lightness L * and a high sintered body density, it has a translucent feeling equivalent to that of natural teeth.
  • the colored translucent zirconia sintered body B of the present invention preferably further has a crystal grain size of 0.35 to 0.50 ⁇ m. If the crystal grain size is less than 0.35 ⁇ m, there are many fine pores between grains, and the relative density may not reach 99.8%. On the other hand, when the crystal grain size exceeds 0.50 ⁇ m, the hydrothermal deterioration of the sintered body proceeds remarkably and the sintered body is destroyed, which may not be preferable.
  • the zirconia sintered body B of the present invention there are no abnormally grown crystal particles (abnormally grown particles), and the zirconia sintered body is composed of crystal particles having a uniform particle diameter.
  • Abnormally grown particles are particles having a size of 5 times or more of the average particle diameter, and are easily generated mainly by segregation of the stabilizer, and are low because the crystal phase of the particles is cubic. It tends to cause strength.
  • the colored translucent zirconia sintered body B of the present invention preferably includes a tetragonal crystal phase, and preferably a tetragonal single phase. This tends to increase the mechanical strength.
  • the colored translucent zirconia sintered body B of the present invention preferably has a three-point bending strength of 1000 MPa or more. Moreover, it is preferable that it is 1200 MPa or less. Further preferred strength is 1100 MPa or more.
  • the colored translucent zirconia sintered body B of the present invention preferably has a monoclinic phase transition depth of 15 ⁇ m or less after being immersed in hot water at 140 ° C. for 24 hours.
  • a monoclinic phase transition depth exceeds 15 ⁇ m, hydrothermal deterioration of the sintered body proceeds and the sintered body is destroyed.
  • a more preferable monoclinic phase transition depth is 10 ⁇ m or less.
  • the transition depth of the monoclinic phase can be observed by cutting the sintered body and observing the cross section with a scanning electron microscope (SEM).
  • the colored translucent zirconia sintered body B of the present invention may contain 0.02 to 0.8 mol% of Er 2 O 3 as a part of the remaining zirconia. As the Er 2 O 3 , the same zirconia sintered body A can be used.
  • the colored zirconia sintered body B of the present invention may contain a compound that dissolves in zirconia in order to finely adjust the color tone.
  • Examples of the compound that dissolves in zirconia include, for example, Group 3a (Group 3), Group 5a (Group 5), Group 6a (Group 6), Group 7a (Group 6), Group 7a (Group 7), Group 8 One or more oxides of any of (Group 8 to Group 10) and Group 3b (Group 13) can be raised (in parentheses are the display method by International Pure Applied Science Association (IUPAC)).
  • IUPAC International Pure Applied Science Association
  • the zirconia powder used for producing the colored translucent zirconia sintered bodies A and B of the present invention preferably has a BET specific surface area in the range of 10 to 15 m 2 / g.
  • the zirconia powder has a BET specific surface area of less than 10 m 2 / g, it may be difficult to sinter at low temperatures, and when it exceeds 15 m 2 / g, the agglomeration force between particles may be significant.
  • the BET specific surface area is preferably in the range of 11 to 14 m 2 / g.
  • the zirconia powder preferably has an average particle size in the range of 0.4 to 0.7 ⁇ m. If the average particle size of the zirconia powder is smaller than 0.4 ⁇ m, the fine particles that increase the cohesiveness of the powder may increase and may be difficult to mold, while if larger than 0.7 ⁇ m, hard aggregated particles are included. Since the number of coarse grains increases, it may be difficult to mold, and the coarse grains may impair sintering densification, which may result in poor sinterability.
  • a preferred average particle size is 0.4 to 0.6 ⁇ m. Moreover, it is preferable that the maximum particle diameter of a zirconia powder is 2.0 micrometers or less, More preferably, it is 1.5 micrometers or less.
  • the zirconia powder has a sintering shrinkage rate ( ⁇ / ⁇ T: g / cm 3 ⁇ ° C.) of 70% to 90% relative density in atmospheric pressure sintering at a heating rate of 300 ° C./hour in the atmosphere (hereinafter, It is preferable that the “sintering shrinkage rate” is 0.012 or more and 0.016 or less. Sintering shrinkage speed is an index of sinterability of zirconia powder. When the sintering shrinkage rate is within this range, the zirconia powder is excellent in sinterability.
  • the sintering shrinkage rate is a measured value when the relative density is 70% or more.
  • the sintering shrinkage rate is not affected by the variation in the density of the molded body. Further, the sintering shrinkage rate at a relative density of 70% to 90% is constant. Thus, since the sintering shrinkage rate is a linear function of temperature and relative density, an accurate sintering shrinkage rate can be obtained without using a special approximate calculation process.
  • the zirconia powder may be obtained by, for example, drying, calcining, and pulverizing a hydrated zirconia sol obtained by hydrolysis of a zirconium salt aqueous solution.
  • the zirconia powder may be obtained by adding an alkali metal hydroxide and / or alkaline earth to the zirconium salt aqueous solution. After adding the metal hydroxide, hydrated zirconia sol obtained by hydrolysis until the reaction rate reaches 98% or more is added with yttrium as a raw material for the stabilizer, and if necessary, erbium is added and dried. Also good.
  • zirconium salt used in the production of the hydrated zirconia sol examples include zirconium oxychloride, zirconyl nitrate, zirconium chloride, zirconium sulfate, and the like.
  • a mixture of zirconium hydroxide and acid may be used.
  • alkali metal hydroxide and / or alkaline earth metal hydroxide added to the zirconium salt aqueous solution include hydroxides such as lithium, sodium, potassium, magnesium, and calcium.
  • the hydroxide is preferably added as an aqueous solution.
  • a zirconia powder can be obtained by calcining the dried powder of the hydrated zirconia sol obtained above at a temperature of 1000 to 1200 ° C.
  • the calcining temperature is outside this range, the powder obtained under the following pulverization conditions of the present invention becomes remarkably strong or coarse particles containing hard agglomerated particles increase, and the average particle size of the slurry becomes 0. In some cases, it is difficult to obtain zirconia powder outside the range of 4 to 0.7 ⁇ m.
  • the calcining temperature is particularly preferably 1050 to 1150 ° C.
  • the calcined powder obtained above is preferably wet pulverized using zirconia balls in an average particle size range of 0.4 to 0.7 ⁇ m.
  • a zirconia powder having a BET specific surface area in the range of 10 to 15 m 2 / g is obtained. It is done. Further, the crystallite diameter at this time is 25 to 40 nm, and after calcination, a zirconia powder having a tetragonal phase of almost 100% becomes a zirconia powder having a monoclinic phase of 30 to 50%.
  • examples of the raw material compound include alumina, hydrated alumina, alumina sol, aluminum hydroxide, aluminum chloride, aluminum nitrate, aluminum sulfate and the like. Can do. It is preferable to use an insoluble compound as well as the colored element compound.
  • a colored zirconia powder obtained by adding a necessary amount of an iron compound and a cobalt compound as a coloring agent to a zirconia powder stabilized with yttria and erbia may be prepared.
  • zirconia powder stabilized with 3 mol% yttria is produced (powder 1).
  • zirconia powder stabilized with 3.2 mol% of elvia is produced (powder 2).
  • a powder obtained by adding 1500 ppm of an iron compound in terms of Fe 2 O 3 to a zirconia powder stabilized with 3 mol% of yttria and a powder in which 0.05 wt% of a cobalt compound in terms of CoO are added (powder 3, 4).
  • Powders 1 to 4 contain 0.005 or more and less than 0.2 wt% of alumina.
  • the shade guide “VITAPAN (registered trademark)” of VITA which is a color tone sample of natural teeth, has 16 color tone samples, but all color tones can be reproduced by adjusting the mixing ratio of the above four types of powders. .
  • the four types of powder physical properties for example, BET specific surface area
  • the sintering shrinkage rate which is an index of sinterability, as much as possible, without reducing the density of the obtained sintered body, A high-density zirconia sintered body is obtained, and the translucency is not impaired.
  • the zirconia powder As the zirconia powder, spray granulated powder granules are preferably used, and spray granulated powder containing an organic binder may be used.
  • the zirconia powder When the zirconia powder is made into a slurry and spray-dried, the fluidity when forming the molded body is high, and bubbles are hardly generated in the sintered body. It is preferable that the granule has a particle size of 30 to 80 ⁇ m and a light bulk density of 1.10 to 1.40 g / cm 3 .
  • binder When a binder is used in the granule, examples of the binder include commonly used binders such as polyvinyl alcohol, polyvinyl butyrate, wax, acrylic, etc. Among them, carboxyl groups or derivatives thereof (for example, salts, particularly Acrylic materials having an ammonium salt or the like are preferred.
  • the acrylic binder include polyacrylic acid, polymethacrylic acid, acrylic acid copolymer, methacrylic acid copolymer, and derivatives thereof.
  • the binder content is preferably 0.5 to 10% by weight, particularly preferably 1 to 5% by weight, based on the zirconia powder in the zirconia powder slurry.
  • the zirconia powder is molded to a relative density of about 50 ⁇ 5% by ordinary press molding (hydrostatic press (CIP treatment if necessary)). It is preferable to sinter as a body.
  • the colored translucent zirconia sintered bodies A and B of the present invention are preferably produced by sintering at 1350 to 1450 ° C., particularly 1400 ° C. under normal pressure.
  • the sintering temperature is less than 1350 ° C., the relative density may not reach 99.80%.
  • the sintering temperature exceeds 1450 ° C. the hydrothermal deterioration of the sintered body proceeds remarkably, and the sintered body tends to break. May arise.
  • the colored translucent zirconia sintered bodies A and B of the present invention are obtained by atmospheric pressure sintering, but the sintering atmosphere is not particularly limited unless it is a reducing atmosphere, and may be an oxygen atmosphere or sintering in the air. It is particularly preferable to sinter in the atmosphere.
  • the pink zirconia sintered body of the present invention is a zirconia sintered body stabilized only with erbia (Er 2 O 3 ) or with yttria (Y 2 O 3 ) and erbia (Er 2 O 3 ).
  • the sintered body contains 2 mol% or more and less than 4 mol% of the elvia. If the content of erbia is less than 2 mol%, the strength decreases, the crystal phase becomes unstable, and if the content is 4 mol% or more, the strength decreases.
  • the content of erbia is preferably 2.0 mol% or more and less than 3.5 mol%.
  • the sintered body contains 0.1 to less than 2 mol% of erbia and 1 mol of yttria. % Or more and less than 4 mol%. If the content of erbia is less than 0.1 mol%, it is difficult to obtain a pink-colored zirconia sintered body, and if the content is 2 mol% or more, the strength decreases.
  • the content of erbia is preferably 0.2 mol% or more and less than 2.0 mol%.
  • the yttria content is less than 1 mol%, the strength decreases, the crystal phase becomes unstable, and when the content is 4 mol% or more, the strength decreases.
  • the yttria content is preferably 1.0 mol% or more and less than 3.5 mol%. Elvia functions not only as a stabilizer but also as a colorant, and yttria functions only as a stabilizer.
  • the erbium compound used for producing erbia in the zirconia sintered body is not particularly limited, and examples thereof include soluble compounds such as erbium chloride and erbium nitrate and insoluble compounds such as erbium oxide.
  • the erbium compound is preferably added to the zirconia sol and dissolved. The reason for this is that when an erbium compound is added during pulverization of zirconia powder, aggregates remain, so that particles grow abnormally locally, resulting in a zirconia sintered body having a low sintered density or low strength. is there.
  • the yttrium compound used for generating yttria in the zirconia sintered body is not particularly limited, and examples thereof include soluble compounds such as yttrium chloride and yttrium nitrate and insoluble compounds such as yttrium oxide.
  • the yttrium compound is preferably added to the zirconia sol and dissolved. The reason for this is that if an yttrium compound is added during pulverization of zirconia powder, aggregates remain, so that particles grow abnormally locally, resulting in a zirconia sintered body having a low sintered density or low strength. is there.
  • the erbium compound may be contained as a stabilizer together with the yttrium compound.
  • a zirconia powder stabilized only with an erbium compound may be mixed with a zirconia powder stabilized with another yttrium compound.
  • the pink zirconia sintered body of the present invention has lightness L * of 58 to 75, a * of 3 to 20, and b * of ⁇ 8 to ⁇ 4 as defined in JISZ8729. If the a * value is less than 3, it is difficult to obtain a bright pink tone. In terms of aesthetics, a preferable b * value is ⁇ 7 to ⁇ 4.
  • the pink zirconia sintered body of the present invention has no abnormally grown crystal particles (abnormally grown particles), and the zirconia sintered body is composed of crystal particles having a uniform particle diameter. Abnormally grown particles are particles having a size of 5 times or more of the average particle diameter, and are easily generated mainly by segregation of the stabilizer, and are low because the crystal phase of the particles is cubic. It tends to cause strength.
  • the pink zirconia sintered body of the present invention preferably contains tetragonal crystal phases, and the zirconia sintered body is particularly preferably a tetragonal single phase. This tends to increase the mechanical strength.
  • the pink zirconia sintered body of the present invention preferably has a three-point bending strength of 1000 MPa or more, and preferably 1000 MPa or more and 1300 MPa or less.
  • the pink zirconia sintered body of the present invention preferably has a crystal grain size of 0.35 to 0.50 ⁇ m from the viewpoint of a decrease in relative density due to the presence of fine pores between grains and hydrothermal deterioration.
  • the pink zirconia sintered body of the present invention preferably has a total light transmittance of 25% or more by a D65 light source at a thickness of 1.0 mm, more preferably 26 to 40%.
  • the relative density of the pink zirconia sintered body of the present invention is preferably 99.80% or more, particularly preferably 99.90% or more.
  • the pink zirconia sintered body of the present invention further contains alumina.
  • the content of alumina is 0.005 wt% or more and less than 0.2 wt%, preferably 0.005 wt% or more and 0.15 wt% or less.
  • the alumina content in the pink zirconia sintered body of the present invention is 0.2 wt% or more, it becomes difficult to increase the density and it becomes difficult to obtain translucency.
  • the alumina content is less than 0.005 wt%, the hydrothermal deterioration characteristic may be deteriorated.
  • the pink zirconia sintered body of the present invention has a monoclinic phase transition depth of 0 to 15 ⁇ m after being immersed in hot water at 140 ° C. for 24 hours from the viewpoint of hydrothermal deterioration of the sintered body. It is preferable that the thickness is 0 to 10 ⁇ m.
  • the transition depth of the monoclinic phase can be observed by cutting the zirconia sintered body and observing the cross section with a scanning electron microscope (SEM).
  • the zirconia powder used in the production of the pink zirconia sintered body of the present invention preferably has a BET specific surface area in the range of 10 to 15 m 2 / g, particularly from the viewpoint of low-temperature sintering and cohesion between particles. A range of ⁇ 14 m 2 / g is preferred.
  • the zirconia powder used for the production of the pink zirconia sintered body of the present invention has an average particle diameter of the slurry from the viewpoint of the reduction of fine particles that increase the cohesiveness of the powder and the reduction of coarse particles containing hard cohesive particles.
  • the thickness is preferably in the range of 0.4 to 0.7 ⁇ m, particularly preferably 0.4 to 0.6 ⁇ m.
  • the maximum particle diameter of a zirconia slurry is 2.0 micrometers or less, More preferably, it is 1.5 micrometers or less.
  • the zirconia powder used in the production of the pink zirconia sintered body of the present invention may be obtained by, for example, drying, calcining and pulverizing a hydrated zirconia sol obtained by hydrolysis of a zirconium salt aqueous solution. After adding an alkali metal hydroxide and / or alkaline earth metal hydroxide to the hydrated zirconia sol obtained by hydrolysis until the reaction rate reaches 98% or more, a stabilizer and a colorant are added. It is preferable to add only an erbium compound as a raw material, or an yttrium compound and an erbium compound.
  • zirconium salt used in the production of the hydrated zirconia sol examples include zirconium oxychloride, zirconyl nitrate, zirconium chloride, zirconium sulfate, and the like.
  • a mixture of zirconium hydroxide and acid may be used.
  • alkali metal hydroxide and / or alkaline earth metal hydroxide added to the zirconium salt aqueous solution include hydroxides such as lithium, sodium, potassium, magnesium, and calcium.
  • the hydroxide is preferably added as an aqueous solution.
  • the dry powder of the hydrated zirconia sol obtained above is preferably 1000 to 1200 ° C., particularly preferably from the viewpoint of reducing fine particles that increase the cohesiveness of the powder and reducing coarse particles containing hard cohesive particles.
  • a zirconia powder can be obtained by calcining at a temperature of 1050 to 1150 ° C.
  • the calcined powder obtained above is preferably wet pulverized using zirconia balls in a range where the average particle diameter of the slurry is 0.4 to 0.7 ⁇ m.
  • alumina raw material compound to be contained in the pink zirconia sintered body of the present invention alumina, hydrated alumina, alumina sol, aluminum hydroxide, aluminum chloride, aluminum nitrate, aluminum sulfate and the like can be used. It is preferable to use an insoluble compound as well as the colored element compound.
  • the zirconia powder used in the production of the pink zirconia sintered body of the present invention is preferably a spray granulated powder granule.
  • a spray granulated powder granule in addition to yttria and erbia as a stabilizer and a colorant, and alumina as an additive, an organic material is used.
  • Spray granulated powder containing a binder may be used.
  • the average particle diameter of the zirconia granule powder is preferably 30 to 80 ⁇ m, and the light bulk density is preferably 1.10 to 1.40 g / cm 3 .
  • binder When a binder is used in the granule, examples of the binder include commonly used binders such as polyvinyl alcohol, polyvinyl butyrate, wax, acrylic, etc. Among them, carboxyl groups or derivatives thereof (for example, salts, particularly Acrylic materials having an ammonium salt or the like are preferred.
  • the acrylic binder include polyacrylic acid, polymethacrylic acid, acrylic acid copolymer, methacrylic acid copolymer, and derivatives thereof.
  • the binder content is preferably 0.5 to 10% by weight, particularly preferably 1 to 5% by weight, based on the zirconia powder in the zirconia powder slurry.
  • the zirconia powder is sintered as a molded body having a relative density of about 50 ⁇ 5% by ordinary press molding (if necessary, isostatic pressing (CIP treatment)). It is preferable.
  • the pink zirconia sintered body of the present invention is manufactured by sintering at 1350 to 1450 ° C., particularly 1400 ° C. under normal pressure from the viewpoint of the relative density and hydrothermal deterioration characteristics of the zirconia sintered body. Is preferred.
  • the pink zirconia sintered body of the present invention is obtained by atmospheric pressure sintering, but the sintering atmosphere is not particularly limited as long as it is not a reducing atmosphere, and may be sintered in an oxygen atmosphere or in the air. It is particularly preferable to sinter in the atmosphere.
  • the raw material powder was molded by a mold press at a pressure of 19.6 MPa.
  • the preform was put in a rubber mold and subjected to a cold isostatic pressing (CIP) treatment at a pressure of 196 MPa to obtain a compact.
  • CIP cold isostatic pressing
  • the obtained molded body was sintered at a predetermined temperature (holding time 2 hours).
  • color parameters L * , a * and b * defined in JIS-Z8729 were measured. Since the zirconia sintered body has translucency, the thickness of the sintered body was standardized to 2.8 mm for measuring the color tone, and the surface polished to a mirror surface was measured.
  • the density of the zirconia sintered body was measured by the Archimedes method.
  • the total light transmittance of the zirconia sintered body was measured with a light source D65 according to JIS K7361 using a turbidimeter (manufactured by Nippon Denshoku Industries Co., Ltd., model: NDH2000).
  • the sample used was a 1 mm thick disk-shaped product obtained by polishing both sides of a zirconia sintered body.
  • the crystal grain size of the zirconia sintered body is measured by a planimetric method using a scanning electron microscope (JEM-6390LV, model: JSM-6390LV) after thermally etching the mirror-polished zirconia sintered body. Calculated. Specifically, when a circle is drawn on a microscope image, a circle is drawn such that the total of the number of particles nc in the circle and the number of particles Ni applied to the circumference is at least 100 to 150, or 100 In the case of an image less than 1, a plurality of circles were drawn using images of several fields so that the total number of particles (nc + Ni) was at least 100 to 150, and the crystal grain size was determined by the planimetric method. .
  • the three-point bending strength of the zirconia sintered body was evaluated by a three-point bending measurement method in accordance with JIS R1601.
  • Hydrothermal deterioration characteristics were evaluated by mirror-polishing one side of the obtained zirconia sintered body and immersing it in hot water at 140 ° C. for 24 hours to determine the transition depth of the monoclinic phase to be produced.
  • the transition depth refers to cutting the immersed sintered body and observing the cross section with a scanning electron microscope (SEM) (manufactured by JEOL Ltd., model: JSM-6390LV). It was determined by observing the depth.
  • SEM scanning electron microscope
  • the “average particle diameter of the slurry” relating to the zirconia powder in the present invention is the median value (median diameter; particle diameter corresponding to 50% of the cumulative curve) of the cumulative particle size distribution expressed on a volume basis.
  • “Stabilizer concentration” refers to a value expressed as mol% of the ratio of stabilizer / (ZrO 2 + stabilizer). “Additive content” refers to a value expressed as a weight% ratio of additive / (ZrO 2 + stabilizer + additive). Here, the additive is a value converted to an oxide.
  • the “relative density” is a value expressed by converting the ratio ⁇ measured by the Archimedes method and the density ⁇ 0 of the HIP sintered body into a ratio (%) of ( ⁇ / ⁇ 0 ) ⁇ 100. .
  • the “M phase ratio (fm)” means the (111) and (11-1) planes of the monoclinic phase, the (111) plane of the tetragonal phase, and the cubic (111) by powder X-ray diffraction (XRD) measurement. )
  • the diffraction intensity of the surface is obtained, and the value calculated by the following formula 1 is used.
  • I represents the peak intensity of each diffraction line
  • subscripts m, t, and c represent a monoclinic phase, a tetragonal phase, and a cubic phase, respectively.
  • Examples 1-8 (Synthesis of 0.05 wt% alumina and 3.0 mol% yttria-containing zirconia granule powder) Yttria was added to the zirconium oxychloride aqueous solution to adjust the Y 2 O 3 concentration to 3.0 mol%, and then the hydrated zirconia sol obtained by hydrolysis was dried and calcined at a calcining temperature of 1100 ° C. for 2 hours. The obtained calcined powder was washed with water, and ⁇ -alumina was added to a slurry having an alumina content of 0.05 wt% and distilled water to give a zirconia concentration of 45 wt%. This slurry was pulverized for 24 hours with a vibration mill using zirconia balls having a diameter of 3 mm.
  • the average particle diameter of the obtained slurry was 0.41 ⁇ m, and the maximum particle diameter was ⁇ 1.5 ⁇ m.
  • the dried zirconia powder had a BET specific surface area of 13 m 2 / g, a crystallite diameter of 33 nm, and a dry powder M phase ratio of 40%. 3 wt% of an organic binder was added to the obtained slurry, and spray drying was performed to obtain zirconia granule powder having an average particle size of 50 ⁇ m.
  • the average particle size of the obtained slurry was 0.42 ⁇ m, and the maximum particle size was ⁇ 1.5 ⁇ m.
  • the dried zirconia powder had a BET specific surface area of 13 m 2 / g, a crystallite diameter of 33 nm, and a dry powder M phase ratio of 42%. 3 wt% of an organic binder was added to the obtained slurry, and spray drying was performed to obtain zirconia granule powder having an average particle size of 48 ⁇ m.
  • the average particle size of the obtained slurry was 0.42 ⁇ m, and the maximum particle size was ⁇ 1.5 ⁇ m.
  • the dried zirconia powder had a BET specific surface area of 12 m 2 / g, a crystallite diameter of 34 nm, and a dry powder M phase ratio of 39%. 3 wt% of an organic binder was added to the obtained slurry, and spray drying was performed to obtain zirconia granule powder having an average particle size of 45 ⁇ m.
  • the above three kinds of powders are mixed in an arbitrary ratio in a plastic bottle to obtain a Y 2 O 3 concentration of 2.85 to 2.92 mol%, an Er 2 O 3 concentration of 0.08 to 0.17 mol%, and oxyhydroxide
  • a mixed powder containing 200 to 1430 ppm of iron in terms of Fe 2 O 3 was obtained.
  • the obtained mixed powder is molded by a uniaxial press (19.6 MPa) and then molded by CIP (196 MPa), and sintered under the conditions of a sintering temperature of 1400 ° C. or 1450 ° C., a heating rate of 600 ° C./hr, and a holding time of 2 hours. (Normal pressure sintering) to produce a colored translucent zirconia sintered body.
  • Examples 9-12 a colored translucent zirconia sintered body was manufactured by further subjecting the zirconia sintered body obtained by atmospheric pressure sintering at 1450 ° C. to HIP treatment at a processing temperature of 1400 ° C. and a pressure of 150 MPa. . There was almost no change in the relative density and total light transmittance of the colored translucent zirconia sintered body before and after the HIP treatment. Thereby, it turned out that the colored translucent zirconia sintered compact of this invention is a sintered compact which has a characteristic equivalent to a HIP process, without performing a HIP process.
  • Comparative Examples 1 to 3 The above-mentioned two kinds of powders not containing Er 2 O 3 are mixed in an arbitrary ratio in a plastic bottle, and the Y 2 O 3 concentration is 3.0 mol%, and iron oxide hydroxide is 200 or 450 ppm in terms of Fe 2 O 3. Of mixed powder was obtained.
  • the obtained granular powder is molded with a uniaxial press (19.6 MPa) and then molded with CIP (196 MPa) and sintered under conditions of a sintering temperature of 1400 ° C. or 1450 ° C., a heating rate of 600 ° C./hr, and a holding time of 2 hours. (Normal pressure sintering) to produce a colored translucent zirconia sintered body. It was found that in the colored translucent zirconia sintered body containing no Er 2 O 3 , the a * value decreases and the reddish color fades, so that the color tone of natural teeth cannot be obtained.
  • Examples 13 to 16 The above three kinds of powders are mixed in an arbitrary ratio in a plastic bottle so that the Y 2 O 3 concentration is 2.40 to 2.70 mol% and the Er 2 O 3 concentration is 0.33 to 0.66 mol%.
  • a colored translucent zirconia sintered body was produced in the same manner as in Examples 1 to 8 except for the above.
  • Examples 17-20 In Examples 17 to 20, a colored translucent zirconia sintered body was manufactured by further subjecting the zirconia sintered body obtained by normal pressure sintering at 1450 ° C. to HIP treatment at a processing temperature of 1400 ° C. and a pressure of 150 MPa. .
  • Example 1 to 12 and Comparative Examples 1 to 3 the amount of yttria, the amount of Er 2 O 3, the amount of Fe added as Fe 2 O 3 , the composition of the amount of alumina added, the sintering temperature, and the obtained colored translucent zirconia sintered Measured density of body, relative density, total light transmittance with D65 light source, lightness L * value, a * value, b * value, intensity, crystal grain size, heat at 140 ° C of color parameters specified in JIS-Z8729
  • Table 1 below The monoclinic transition depth after immersion in water for 24 hours is shown in Table 1 below, and the same numerical values of Examples 13 to 20 are shown in Table 2 below.
  • Examples 21-41 (Synthesis of 0.05 wt% alumina, 360 ppm cobalt oxide, 3.0 mol% yttria-containing zirconia granule powder) Yttria was added to the zirconium oxychloride aqueous solution to adjust the yttria concentration to 3.0 mol%, and then the hydrated zirconia sol obtained by hydrolysis was dried and calcined at a calcining temperature of 1100 ° C. for 2 hours.
  • the obtained calcined powder was washed with water, and ⁇ -alumina was added at 0.05 wt% in terms of alumina, cobalt oxide was converted to 360 ppm in terms of CoO, and distilled water was added to form a slurry having a zirconia concentration of 45 wt%.
  • This slurry was pulverized for 24 hours with a vibration mill using zirconia balls having a diameter of 3 mm.
  • the average particle diameter of the obtained slurry was 0.41 ⁇ m, and the maximum particle diameter was ⁇ 1.5 ⁇ m.
  • the BET specific surface area of the dried zirconia powder was 13 m 2 / g, the crystallite diameter was 32 nm, and the M phase ratio of the dried powder was 43%.
  • 3 wt% of an organic binder was added to the obtained slurry, and spray drying was performed to obtain zirconia granule powder having an average particle size of 47 ⁇ m.
  • the above powder and the three kinds of powders prepared in Examples 1 to 8 were mixed in a plastic bottle so as to have the composition shown in Table 3 to obtain a mixed powder.
  • the obtained granular powder is molded by a uniaxial press (19.6 MPa) and then molded by CIP (196 MPa) and sintered under conditions of a sintering temperature of 1450 ° C., a heating rate of 600 ° C./hr and a holding time of 2 hours (normally Pressure sintering)
  • a sintering temperature 1450 ° C.
  • a heating rate of 600 ° C./hr a heating rate of 600 ° C./hr
  • a holding time of 2 hours normally Pressure sintering
  • the theoretical density ⁇ x, ⁇ y, ⁇ z of the sintered body in each composition used for mixing was obtained from the following formula from the density and concentration of the added oxide.
  • the theoretical density of the 0.05 wt% alumina / 3.2 mol% erbia-containing zirconia sintered body was a HIP sintered body density of 6.336 g / cm 3 .
  • the theoretical density ⁇ 0 was determined from the following equation (2) from the theoretical density of each sintered body and the blending ratio thereof.
  • ⁇ 0 100 / [(x / ⁇ x) + (y / ⁇ y) + (z / ⁇ z) + (100 ⁇ x ⁇ yz) /6.336]
  • x Mixing ratio of 0.05 wt% alumina / 3.0 mol% yttria-containing zirconia
  • wt% y Mixing ratio of 0.05 wt% alumina, 1500 ppm iron oxide containing, 3.0 mol% yttria containing zirconia
  • wt% z Mixing ratio of 0.05 wt% alumina, 360 ppm cobalt oxide, 3.0 mol% yttria-containing zirconia; wt%
  • Composition in Examples 21 to 32 sintering temperature, measured density of the obtained colored translucent zirconia sintered body, relative density, total light transmittance with D65 light source, brightness of color parameter defined in JIS-Z8729 Table 3 below shows the L * value, a * value, b * value, strength, crystal grain size, and monoclinic transition depth after immersion in hot water at 140 ° C. for 24 hours.
  • the colored translucent zirconia sintered bodies of Examples 1 to 20 have a high relative density of 99.80% or higher and a total light transmittance of 18% or higher with a D65 light source. It is a very excellent colored translucent zirconia sintered body and is expected to be used as a dental material such as a mill blank and an orthodontic bracket.
  • Example 42 Erbia was added to the zirconium oxychloride aqueous solution to adjust the Er 2 O 3 concentration to 2.0 mol%, and then the hydrated zirconia sol obtained by hydrolysis was dried and calcined at a calcining temperature of 1100 ° C. for 2 hours.
  • the obtained calcined powder was washed with water, and ⁇ -alumina was added to a slurry having an alumina content of 0.05 wt% and distilled water to give a zirconia concentration of 45 wt%.
  • This slurry was pulverized for 24 hours with a vibration mill using zirconia balls having a diameter of 3 mm.
  • the average particle diameter of the obtained slurry was 0.41 ⁇ m, and the maximum particle diameter was ⁇ 1.5 ⁇ m.
  • the BET specific surface area of the dried zirconia powder was 13 m 2 / g. 3 wt% of an organic binder was added to the obtained slurry, and spray drying was performed to obtain zirconia granule powder having an average particle size of 50 ⁇ m.
  • the obtained granular powder is molded by a uniaxial press (19.6 MPa) and then molded by CIP (196 MPa) and sintered under conditions of a sintering temperature of 1450 ° C., a heating rate of 600 ° C./hr and a holding time of 2 hours (normally Pressure sintering) A pink zirconia sintered body was produced.
  • Example 43 A pulverized slurry was obtained in the same manner as in Example 42 except that the Er 2 O 3 concentration was 3.0 mol%. The resulting slurry had an average particle size of 0.43 ⁇ m and a maximum particle size of ⁇ 1.5 ⁇ m.
  • the BET specific surface area of the dried zirconia powder was 13 m 2 / g. 3 wt% of an organic binder was added to the obtained slurry, and spray drying was performed to obtain zirconia granule powder having an average particle size of 48 ⁇ m.
  • the obtained granular powder is molded by a uniaxial press (19.6 MPa) and then molded by CIP (196 MPa) and sintered under conditions of a sintering temperature of 1450 ° C., a heating rate of 600 ° C./hr and a holding time of 2 hours (normally Pressure sintering) A pink zirconia sintered body was produced.
  • Example 44 A pulverized slurry was obtained in the same manner as in Example 42 except that the Er 2 O 3 concentration was 3.2 mol%.
  • the average particle size of the obtained slurry was 0.42 ⁇ m, and the maximum particle size was ⁇ 1.5 ⁇ m.
  • the BET specific surface area of the dried zirconia powder was 12 m 2 / g. 3 wt% of an organic binder was added to the obtained slurry, and spray drying was performed to obtain zirconia granule powder having an average particle size of 49 ⁇ m.
  • the obtained granular powder is molded by a uniaxial press (19.6 MPa) and then molded by CIP (196 MPa), and sintered under conditions of a sintering temperature of 1400 ° C., a heating rate of 600 ° C./hr and a holding time of 2 hours (normally Pressure sintering) A pink zirconia sintered body was produced.
  • Example 45 A pink zirconia sintered body was produced in the same manner as in Example 44 except that the sintering temperature was 1450 ° C.
  • Comparative Example 4 A pulverized slurry was obtained in the same manner as in Example 42 except that the Er 2 O 3 concentration was 4.0 mol%.
  • the average particle size of the obtained slurry was 0.42 ⁇ m, and the maximum particle size was ⁇ 1.5 ⁇ m.
  • the BET specific surface area of the dried zirconia powder was 12 m 2 / g. 3 wt% of an organic binder was added to the obtained slurry, and spray drying was performed to obtain zirconia granule powder having an average particle size of 50 ⁇ m.
  • the obtained granular powder is molded by a uniaxial press (19.6 MPa) and then molded by CIP (196 MPa) and sintered under conditions of a sintering temperature of 1450 ° C., a heating rate of 600 ° C./hr and a holding time of 2 hours (normally Pressure sintering) A pink zirconia sintered body was produced.
  • the obtained zirconia sintered body was a sintered body with low strength.
  • Comparative Example 5 A pulverized slurry was obtained in the same manner as in Example 42 except that the Er 2 O 3 concentration was 5.0 mol%.
  • the average particle size of the obtained slurry was 0.42 ⁇ m, and the maximum particle size was ⁇ 1.5 ⁇ m.
  • the BET specific surface area of the dried zirconia powder was 12 m 2 / g. 3 wt% of an organic binder was added to the obtained slurry, and spray drying was performed to obtain zirconia granule powder having an average particle size of 47 ⁇ m.
  • the obtained granular powder is molded by a uniaxial press (19.6 MPa) and then molded by CIP (196 MPa) and sintered under conditions of a sintering temperature of 1450 ° C., a heating rate of 600 ° C./hr and a holding time of 2 hours (normally Pressure sintering) A pink zirconia sintered body was produced.
  • the obtained zirconia sintered body was a sintered body with low strength.
  • Comparative Example 6 A pulverized slurry was obtained in the same manner as in Example 42 except that the Er 2 O 3 concentration was 1.5 mol%.
  • the average particle diameter of the obtained slurry was 0.41 ⁇ m, and the maximum particle diameter was ⁇ 1.5 ⁇ m.
  • the BET specific surface area of the dried zirconia powder was 13 m 2 / g. 3 wt% of an organic binder was added to the obtained slurry, and spray drying was performed to obtain zirconia granule powder having an average particle size of 47 ⁇ m.
  • the obtained granular powder is molded by a uniaxial press (19.6 MPa) and then molded by CIP (196 MPa) and sintered under conditions of a sintering temperature of 1450 ° C., a heating rate of 600 ° C./hr and a holding time of 2 hours (normally Pressure sintering) Pink zirconia was sintered. However, it collapsed without maintaining the shape of the compact and did not sinter.
  • Example 46 A crushed slurry was obtained in the same manner as in Example 42, except that yttria and erbia were added to the zirconium oxychloride aqueous solution, the Y 2 O 3 concentration was 1.7 mol%, and the Er 2 O 3 concentration was 1.4 mol%.
  • the resulting slurry had an average particle size of 0.43 ⁇ m and a maximum particle size of ⁇ 1.5 ⁇ m.
  • the BET specific surface area of the dried zirconia powder was 13 m 2 / g. 3 wt% of an organic binder was added to the obtained slurry, and spray drying was performed to obtain zirconia granule powder having an average particle size of 50 ⁇ m.
  • the obtained granular powder is molded by a uniaxial press (19.6 MPa) and then molded by CIP (196 MPa) and sintered under conditions of a sintering temperature of 1450 ° C., a heating rate of 600 ° C./hr and a holding time of 2 hours (normally Pressure sintering) A pink zirconia sintered body was produced.
  • Example 47 A crushed slurry was obtained in the same manner as in Example 42, except that yttria and erbia were added to the zirconium oxychloride aqueous solution, the Y 2 O 3 concentration was 2.8 mol%, and the Er 2 O 3 concentration was 0.3 mol%.
  • the average particle size of the obtained slurry was 0.42 ⁇ m, and the maximum particle size was ⁇ 1.5 ⁇ m.
  • the BET specific surface area of the dried zirconia powder was 14 m 2 / g. 3 wt% of an organic binder was added to the obtained slurry, and spray drying was performed to obtain zirconia granule powder having an average particle size of 48 ⁇ m.
  • the obtained granular powder is molded by a uniaxial press (19.6 MPa) and then molded by CIP (196 MPa) and sintered under conditions of a sintering temperature of 1450 ° C., a heating rate of 600 ° C./hr and a holding time of 2 hours (normally Pressure sintering) A pink zirconia sintered body was produced.
  • Example 48 A pink zirconia sintered body was produced in the same manner as in Example 44 except that ⁇ -alumina was added in an amount of 0.10 wt% in terms of alumina content.
  • Example 49 A pink zirconia sintered body was produced in the same manner as in Example 48 except that the sintering temperature was 1450 ° C.
  • Example 50 A pink zirconia sintered body was produced in the same manner as in Example 44 except that ⁇ -alumina was added in an alumina content of 0.15 wt%.
  • Example 51 A pink zirconia sintered body was produced in the same manner as in Example 50 except that the sintering temperature was 1450 ° C.
  • Comparative Example 7 A pink zirconia sintered body was produced in the same manner as in Example 45 except that ⁇ -alumina was not added. The obtained zirconia sintered body was a sintered body having poor hydrothermal deterioration resistance.
  • Comparative Example 8 A pink zirconia sintered body was produced in the same manner as in Example 44, except that ⁇ -alumina was added in an alumina content of 0.25 wt%. The obtained zirconia sintered body was a sintered body having a low density.
  • Comparative Example 9 A pink zirconia sintered body was produced in the same manner as in Comparative Example 8 except that the sintering temperature was 1450 ° C. The obtained zirconia sintered body was a sintered body having a low density.
  • Example 42 to 51 and Comparative Examples 4 to 9 the amount of erbia, the amount of yttria, the amount of alumina added, the sintering temperature, the measured density of the obtained zirconia sintered body, the relative density, the total light transmittance with a D65 light source, JISZ8729 Lightness L * value, a * value, b * value, three-point bending strength, average crystal grain size, monoclinic transition depth after immersion in hot water at 140 ° C. for 24 hours Is shown in Table 4 below.
  • the pink zirconia sintered bodies of Examples 42 to 51 are bright pink with a large L * value and high brightness, a * value and a relative density of 99.80%.
  • the colored translucent zirconia sintered body of the present application has high sintered body density and strength, has a color appearance very close to the color tone of the teeth, and is excellent in translucency, so that the zirconia sintered body used particularly in dental applications. Furthermore, it is suitable for use as a mill blank such as a denture material or an orthodontic bracket.
  • the pink zirconia sintered body of the present invention is a sintered body having high strength and excellent aesthetics, and can be used for exteriors of decorative parts and electronic device materials.

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Abstract

 焼結体密度及び強度が高く、歯に極めて近い色観と透光性に優れた歯科材料、特にミルブランク、歯列矯正ブラケットに使用可能な着色透光性があり、また、審美性の高いピンク色ジルコニア焼結体を提供する。 2~4mol%のイットリア、0.02~0.8mol%のEr、Fe換算で20以上2000ppm未満の鉄化合物及び0.005以上0.2wt%未満のAlを含み、残部がジルコニアであり、JIS-Z8729に規定された色彩パラメーターの明度Lが55~75、aが0~10、bが0~30であり、相対密度が99.80%以上、且つ、試料厚さ1mmにおけるD65光源による全光線透過率が18%以上40%以下である着色透光性ジルコニア焼結体などが提供される。

Description

着色透光性ジルコニア焼結体及びその用途
 本発明は焼結体密度及び強度が高く、歯に極めて近い色調を有し、なおかつ透光性に優れる着色ジルコニア焼結体及びピンク色ジルコニア焼結体に関する。着色透光性ジルコニア焼結体は、特に歯科用途で使用され、さらには義歯材料等のミルブランク、歯列矯正ブラケットとして用いるのに適する。また、ピンク色ジルコニア焼結体は、装飾部材、電子機器材料の外装に用いるのに適する。
 安定化剤としてY(イットリア)を少量固溶させたジルコニア焼結体は、高強度、高靭性であることから切断工具、ダイス、ノズル、ベアリングなどの機械構造用材料や歯科材料等の生体材料として広く利用されている。近年、高強度であるジルコニア焼結体が歯科材料に用いられる様になったが、その色調を自然歯の色調に近づけるため、これまではジルコニア焼結体の表面に他の材料を積層し、審美性を調整して用いられていた。しかしジルコニア焼結体の歯科分野での利用が進むにつれて、他材料を積層せず歯科材料にそのまま使用できるジルコニア焼結体の要求が高まっている。
 ジルコニア焼結体をそのまま歯科材料に用いるためには、透光性と着色(色観)の双方が求められる。これまで、自然歯に近い象牙色を有するジルコニア焼結体が開示されている(例えば、特許文献1参照)。この特許文献においては、ジルコニア焼結体にPr11及びZnOの添加が必須であり、透光性についての記載はない。
 また、3mol%Y、0.25wt%Al(アルミナ)の組成において透光性を有する焼結体密度99.8%のジルコニア焼結体が開示されている(例えば、特許文献2、3参照)。しかし、そこに開示されたジルコニア焼結体は着色剤を含まないものであり、これまで着色していてなおかつ高い透光性を有するジルコニア焼結体は存在しなかった。
 特許文献4にはFeの添加により黄色色調に着色した透光感ジルコニア焼結体が開示されている。黄色色調の付与により自然歯に近似した色調は得られるが、赤味や黒味が不足しており、表面に他の材料を積層して自然歯の色調に近づけることでの使用はできたが、そのままでは自然歯との色調差が大きく使用できなかった。
 ジルコニア焼結体は、その高い強度からこれまで主に構造部材や粉砕メディアとして用いられているが、鏡面研磨後の表面光沢の美しさから装飾部材、電子機器材料の外装部品への応用が期待されている。こうした広がる用途に対応するためには、審美性に優れ、なおかつ高強度の着色ジルコニア焼結体が要望されている。
 これまでピンク色の着色ジルコニア焼結体としては種々の添加物を用いたものが提案されているが、必ずしも十分な審美性を有するものは得られていなかった。特にジルコニアはアルミナに比べて着色剤が均一に固溶しにくく、鮮明な色が出難い問題や、添加量が比較的多いために焼結しにくく、焼結体の特性、特に機械的強度が低下する問題があった。
 これまでピンク色の着色ジルコニア焼結体としては、例えば、以下の様なものが提案されている。
 特許文献5には、安定化剤を含むジルコニアにErを0.5~2mol%、ZnOを0.1~0.6mol%含有するピンク色ジルコニア焼結体が開示されている。これらは酸化亜鉛、さらには他の着色助剤を必須成分としたものである。
 また、特許文献6には、安定化剤としてYを2~5mol%、Erを1~3重量%(約0.3~0.9mol%)含有するピンク色焼結体が開示されている。
 更に、特許文献7には、安定化剤としてYを0.6~1.2mol%、Erを1.4~1.8%mol%含有するジルコニア焼結体が提案されている。
日本特開平4-280864号公報 日本特開2008-50247号公報 WO2009/125793号 WO2013/018728号 日本特開平4-2658号公報 日本特開2011-20875号公報 日本特開平09-188562号公報
 本発明は、特許文献1~4のような従来方法における課題を解消し、焼結体密度及び強度が高く、透光感に優れる着色ジルコニア焼結体を提供することにあり、特に、かかるジルコニア焼結体を常圧焼結によって製造することができる。
 また、特許文献5~6に記載のジルコニア焼結体に対して、市場からは更なる焼結密度の向上、機械的強度の向上や耐水熱劣化特性が向上し、より鮮やかな着色のジルコニア焼結体が求められていた。そこで、本発明は、焼結体密度及び強度が高く、審美性の高いピンク色ジルコニア焼結体を提供することを目的とする。
 本発明者らは、ジルコニア焼結体の着色剤の種類及び含有量を調整すると、自然歯の色調見本と同等な着色と透光性を両立したジルコニア焼結体が得られることを見出し、本発明を完成するに到ったものである。尚、自然歯の色調見本とはVITA社のシェードガイド「VITAPAN(登録商標) classical」や松風社の「ヴィンテージハロー NCCシェードガイド」が例として挙げられる。
 また、本発明者らは、ジルコニア焼結体の安定化剤及び着色剤の種類及び含有量を調整するとジルコニア焼結体のピンク色調と強度を両立したジルコニア焼結体が常圧焼結によって得られることを見出し、本発明を完成するに到ったものである。
 すなわち、本発明は、2~4mol%のイットリア、0.02~0.8mol%のEr、Fe換算で20以上2000ppm未満の鉄化合物及び0.005以上0.2wt%未満のAlを含み、残部がジルコニアであり、かつ、JIS-Z8729に規定された色彩パラメーターの明度Lが55~75、aが0~10、bが0~30であり、相対密度が99.80%以上、且つ、試料厚さ1mmにおけるD65光源による全光線透過率が18%以上40%以下であることを特徴とする着色透光性ジルコニア焼結体;2~4mol%のイットリア、CoO換算で0.01wt%未満の酸化コバルト、Fe換算で20以上2000ppm未満の酸化鉄、及び0.005以上0.2wt%未満のAlを含み、残部がジルコニアであり、かつ、JIS-Z8729に規定された色彩パラメーターの明度Lが50~75、aが-1~10、bが0~30であり、相対密度が99.80%以上、且つ、試料厚さ1mmにおけるD65光源による全光線透過率が18%以上40%以下であることを特徴とする着色透光性ジルコニア焼結体;エルビア(Er)のみで安定化され、又は、イットリア(Y)及びエルビア(Er)で安定化され、更にアルミナを0.005wt%以上0.2wt%未満含有し、エルビアのみで安定化された場合は、更にエルビアを2mol%以上4mol%未満含み、エルビア及びイットリアで安定化された場合は、更にエルビアを0.1mol%以上2mol%未満、及びイットリアを1mol%以上4mol%未満含み、かつ、ジルコニア焼結体のJISZ8729に規定された色彩パラメーターの明度Lが58~75、aが3~20、bが-8~-4であることを特徴とするピンク色ジルコニア焼結体にある。
 本発明の着色透光性ジルコニア焼結体は、歯に近い色調を呈し、高密度、高強度でなおかつ透光性に優れているため、歯科用途で使用されるジルコニア焼結体、具体的には義歯材料等のミルブランク、歯列矯正ブラケットとして用いる焼結体として優れたものであり、本発明の着色透光性ジルコニア焼結体用の粉末は、常圧焼結でもHIP等の加圧焼結でも上記特徴を有する着色透光性ジルコニア焼結体を製造できるものである。
 本発明のピンク色ジルコニア焼結体は、焼結体密度及び強度が高く、審美性の高いピンク色を呈し、本発明のピンク色ジルコニア焼結体用のジルコニア粉末は、常圧焼結でもHIP等の加圧焼結でも上記特徴を有するピンク色ジルコニア焼結体を製造できるものである。
 以下、本発明の着色透光性ジルコニア焼結体をさらに詳細に説明する。
 本発明の着色透光性ジルコニア焼結体は、2~4mol%のイットリア、0.02~0.8mol%のEr、Fe換算で20以上2000ppm未満の鉄化合物及び0.005以上0.2wt%未満のAlを含み、残部がジルコニアであるジルコニア焼結体であって、JIS-Z8729に規定された色彩パラメーターの明度Lが55~75、aが0~10、bが0~30であり、相対密度が99.80%以上、且つ、試料厚さ1mmにおけるD65光源による全光線透過率が18%以上40%以下である着色透光性ジルコニア焼結体である(以下、ジルコニア焼結体Aともいう。)。
 本発明の着色透光性ジルコニア焼結体Aは、安定化剤として2~4mol%のイットリアを含み、2.5~3.5mol%含むのが好ましい。安定化剤が2mol%未満では、強度が低下し、結晶相が不安定となる。又、4mol%をこえると焼結体強度が低下してしまう。
 ジルコニア焼結体Aに含まれるイットリアは、焼結後にイットリアとなるものであればよく、焼結前に用いるイットリウム化合物としては特に限定はなく、例えば、塩化イットリウム、硝酸イットリウムのような可溶性化合物や酸化イットリウムのような不溶性化合物が挙げられる。イットリウム化合物はジルコニアゾルに添加して溶解させることが好ましい。
 本発明の着色透光性ジルコニア焼結体Aは着色剤を含むが、着色剤を構成する元素としてはジルコニアを着色するEr及び鉄化合物を必須とする。またErの含有量は0.02~0.8mol%、さらに0.05~0.7mol%であることが好ましい。また鉄化合物の含有量はFe換算で20ppm以上2000ppm未満、さらにFe換算で100ppm以上、1500ppm未満であることが好ましい。
 ジルコニア焼結体Aに含まれるErは、焼結後にErとなるものであればよく、焼結前に用いるエルビウム化合物としては特に限定はなく、例えば、塩化エルビウム、硝酸エルビウムのような可溶性化合物や酸化エルビウムのような不溶性化合物が挙げられる。エルビウム化合物はジルコニアゾルに添加して溶解させることが好ましい。その理由は、ジルコニア粉末の粉砕時にエルビウム化合物を添加すると、局所的に粒子が異常成長し、焼結体密度の低い、或いは強度の低いジルコニア焼結体となるからである。
 エルビウム化合物が均一に溶解していれば、イットリウム化合物と共に安定化剤として含有しても良い。エルビウム化合物のみで安定化したジルコニア粉末を他のイットリウム化合物で安定化したジルコニア粉末と混合して用いても良い。エルビウム化合物のみで安定化したジルコニア粉末の場合、2~4mol%のエルビア化合物を含むジルコニア粉末が好ましく、他のイットリウム化合物で安定化したジルコニア粉末との混合によりエルビウム化合物の含有量が0.8mol%未満となるようにすれば良い。
 ジルコニア焼結体Aの焼結前に用いる鉄化合物としては特に限定はなく、例えば、塩化鉄、硝酸鉄のような可溶性化合物や酸化鉄、酸化水酸化鉄のような不溶性化合物が挙げられる。不溶性化合物を使用する際は平均粒径が1μm以下の鉄化合物をジルコニア粉末の粉砕時に添加して分散混合することが好ましい。その理由は、それ以外の時に不溶性鉄化合物を添加し、撹拌混合しただけでは、凝集物の存在により焼結体に斑点が生じて、色調が不均一となる、或いは強度の低いジルコニア焼結体となるからである。
 本発明の着色透光性ジルコニア焼結体Aは、さらにAl(アルミナ)を含むものである。アルミナを含むことで、ジルコニア焼結体の耐水熱劣化特性が向上する。アルミナの含有量は、0.005以上0.2wt%未満であり、さらに0.005wt%以上、0.15wt%以下含むことが好ましい。
 本発明の着色透光性ジルコニア焼結体Aのアルミナ含有量が0.2wt%以上になると、高密度化が困難となり、また、焼結体中へのアルミナ粒子の存在による光の拡散が起こるため、透光性が得られ難くなり、0.005wt%未満では、耐水熱劣化特性が悪化するおそれと焼結体色調の脱色が起こるおそれがある。
 本発明の着色透光性ジルコニア焼結体Aは、JIS-Z8729に規定された色彩パラメーターの明度Lが55~75、aが0~10、bが0~30である。明度L、a値、b値が該範囲外であると、歯により近い色調を得ることは困難である。審美性の点で、好ましいL値としては50~75、a値としては0~7、b値としては、10~27である。
 本発明の着色透光性ジルコニア焼結体Aの相対密度は、99.80%以上であり、好ましくは99.89%以上、更に好ましくは99.95%以上である。相対密度が99.80%未満であると透光性が低くなりやすく、歯科材料としての審美性に劣ったジルコニア焼結体となってしまう。相対密度の上限値は100%である。
 本発明の着色透光性ジルコニア焼結体Aは厚さ1.0mmでの全光線透過率が18%以上、40%以下の透光性を有するものである。濃い色調を有し、明度Lの値が低い着色ジルコニア焼結体では全光線透過率の値は低下し、本発明で得られる高い焼結体密度の着色ジルコニア焼結体の透光感は、明度Lが高く、高い焼結体密度を有するジルコニア焼結体と比較しても同等な透光感を持ち、自然歯と同等な審美性を有する。
 本発明の着色透光性ジルコニア焼結体Aはさらに結晶粒径が0.35~0.50μmであることが好ましい。結晶粒径が0.35μm未満であると、粒間に微細な気孔が多く存在するため、相対密度が99.8%に到達しないことがある。また、結晶粒径が0.50μmを超えると、焼結体の水熱劣化が著しく進行し、焼結体が破壊してしまうため好ましくない場合がある。
 本発明の着色透光性ジルコニア焼結体Aには異常に成長した結晶粒子(異常成長粒子)が存在せず、均一な粒子径の結晶粒子により焼結体が構成されている。異常成長粒子とは平均粒子径の5倍以上のサイズとなった粒子のことであり、主に安定化剤の偏析により生成し易く、粒子の結晶相が立方晶(Cubic)となるために低強度の原因となり易い。
 本発明の着色透光性ジルコニア焼結体Aは、その結晶相が正方晶(Tetragonal)を含むことが好ましく、正方晶の単相であることが好ましい。これにより機械的強度が高くなりやすい。本発明の着色透光性ジルコニア焼結体Aは、3点曲げ強度が1000MPa以上であることが好ましい。また、1200MPa以下であることが好ましい。さらに好ましい強度は1100MPa以上である。
 本発明の着色透光性ジルコニア焼結体Aは、140℃の熱水中に24時間浸漬させた後の単斜晶相の転移深さが15μm以下であることが好ましい。単斜晶相の転移深さが15μmを超えると焼結体の水熱劣化が進行し、焼結体が破壊してしまう。より好ましい単斜晶相の転移深さは10μm以下である。ここで、単斜晶相の転移深さは焼結体を切断し、その断面を走査型電子顕微鏡(SEM)で観察することで結晶の転移の様子が観察できる。
 本発明の着色ジルコニア焼結体Aは、色調の微細な調整をするため、ジルコニアに固溶する化合物を含有してもよい。ジルコニアに固溶する化合物としては、例えば、周期表3a族(3族)、5a族(5族)、6a族(6族)、7a族(6族)、7a族(7族)、8族(8~10族)及び3b族(13族)のいずれか一種以上の酸化物を上げることができる(カッコ内は、国際純正応用科学連合(IUPAC)による表示方法)。
 また、本発明の着色透光性ジルコニア焼結体は、2~4mol%のイットリア、CoO換算で0.01wt%未満の酸化コバルト、Fe換算で20以上2000ppm未満の酸化鉄、0.005以上0.2wt%未満のAlを含み、残部がジルコニアであるジルコニア焼結体であって、JIS-Z8729に規定された色彩パラメーターの明度Lが50~75、aが-1~10、bが0~30であり、相対密度が99.80%以上、且つ、試料厚さ1mmにおけるD65光源による全光線透過率が18%以上40%以下である着色透光性ジルコニア焼結体である(以下、ジルコニア焼結体Bともいう。)。
 ここで、イットリウム、Fe、Alはジルコニア焼結体Aと同様のものを用いることができる。ジルコニア焼結体Bのイットリウム、Fe、及びAl換算での好ましい含有量、並びに焼結前に用いられる原料化合物は、ジルコニア焼結体Aと同様である。
 ジルコニア焼結体Bは、CoO換算で0.01wt%未満の酸化コバルトを含み、0.075wt%以下であるのが好ましい。また、0.005wt%以上であるのが好ましい。
 ジルコニア焼結体Bに含まれる酸化コバルトは、焼結後に酸化コバルトとなるものであればよく、焼結前に用いるコバルト化合物としては特に限定はなく、例えば、塩化コバルト、硝酸コバルトのような可溶性化合物や酸化コバルトのような不溶性化合物が挙げられる。不溶性化合物を使用する際は平均粒径が1μm以下のコバルト化合物をジルコニア粉末の粉砕時に添加して分散混合することが好ましい。その理由は、鉄化合物の場合と同じ理由である。
 本発明の着色透光性ジルコニア焼結体Bは、JIS-Z8729に規定された色彩パラメーターの明度Lが50~75、aが-1~10、bが0~30である。明度L、a値、b値が該範囲外であると、歯により近い色調を得ることは困難である。審美性の点で、好ましいL値としては50~75、a値としては-1~7、b値としては、10~27である。
 また、a値とb値の関係が以下の関係であることが好ましい。
>0.0123b*2-0.0598b-2.9088
 本発明の着色透光性ジルコニア焼結体Bの相対密度は、99.80%以上であり、好ましくは99.89%以上、更に好ましくは99.95%以上である。相対密度が99.80%未満であると透光性が低くなりやすく、歯科材料としての審美性に劣ったジルコニア焼結体となってしまう。
 本発明の着色透光性ジルコニア焼結体Bは厚さ1.0mmでの全光線透過率が18%以上、40%以下の透光性を有するものである。濃い色調を有し、明度Lの値が低い着色ジルコニア焼結体では全光線透過率の値は低下し、本発明で得られる高い焼結体密度の着色ジルコニア焼結体の透光感は、明度Lが高く、高い焼結体密度を有するジルコニア焼結体と比較しても同等な透光感を持ち、自然歯と同等な審美性を有する。
 本発明の着色透光性ジルコニア焼結体Bはさらに結晶粒径が0.35~0.50μmであることが好ましい。結晶粒径が0.35μm未満であると、粒間に微細な気孔が多く存在するため、相対密度が99.8%に到達しないことがある。また、結晶粒径が0.50μmを超えると、焼結体の水熱劣化が著しく進行し、焼結体が破壊してしまうため好ましくない場合がある。
 本発明の着色透光性ジルコニア焼結体Bには異常に成長した結晶粒子(異常成長粒子)が存在せず、均一な粒子径の結晶粒子によりジルコニア焼結体が構成されている。異常成長粒子とは平均粒子径の5倍以上のサイズとなった粒子のことであり、主に安定化剤の偏析により生成し易く、粒子の結晶相が立方晶(Cubic)となるために低強度の原因となり易い。
 本発明の着色透光性ジルコニア焼結体Bは、その結晶相が正方晶(Tetragonal)を含むことが好ましく、正方晶の単相であることが好ましい。これにより機械的強度が高くなりやすい。本発明の着色透光性ジルコニア焼結体Bは、3点曲げ強度が1000MPa以上であることが好ましい。また、1200MPa以下であることが好ましい。さらに好ましい強度は1100MPa以上である。
 本発明の着色透光性ジルコニア焼結体Bは、140℃の熱水中に24時間浸漬させた後の単斜晶相の転移深さが15μm以下であることが好ましい。単斜晶相の転移深さが15μmを超えると焼結体の水熱劣化が進行し、焼結体が破壊してしまう。より好ましい単斜晶相の転移深さは10μm以下である。ここで、単斜晶相の転移深さは焼結体を切断し、その断面を走査型電子顕微鏡(SEM)で観察することで結晶の転移の様子が観察できる。
 本発明の着色透光性ジルコニア焼結体Bは、残部ジルコニアの一部として、0.02~0.8mol%のErを含有してもよい。該Erとしてはジルコニア焼結体Aと同様のものを用いることができる。
 本発明の着色ジルコニア焼結体Bは、色調の微細な調整をするため、ジルコニアに固溶する化合物を含有してもよい。ジルコニアに固溶する化合物としては、例えば、周期表3a族(3族)、5a族(5族)、6a族(6族)、7a族(6族)、7a族(7族)、8族(8~10族)及び3b族(13族)のいずれか一種以上の酸化物を上げることができる(カッコ内は、国際純正応用科学連合(IUPAC)による表示方法)。
 次に本発明の着色透光性ジルコニア焼結体A,Bの製造法を説明する。
 本発明の着色透光性ジルコニア焼結体A、Bの製造に用いるジルコニア粉末は、BET比表面積が10~15m/gの範囲であることが好ましい。ジルコニア粉末のBET比表面積が、10m/gよりも小さくなると低温で焼結しにくい粉末となる場合があり、また、15m/gよりも大きくなると粒子間の凝集力が著しい粉末となる場合がある。特にBET比表面積が11~14m/gの範囲であることが好ましい。
 ジルコニア粉末は、平均粒径が0.4~0.7μmの範囲内であることが好ましい。ジルコニア粉末の平均粒径が0.4μmよりも小さくなると粉末の凝集性を高める微小粒子が多くなって成形しにくいものとなることがあり、一方、0.7μmよりも大きくなると硬い凝集粒子を含む粗粒が多くなるために、成形し難いものとなり、かつ、粗粒が焼結の緻密化を阻害するために焼結性の悪いものとなる場合がある。好ましい平均粒径は0.4~0.6μmである。また、ジルコニア粉末の最大粒径が2.0μm以下であることが好ましく、さらに好ましくは1.5μm以下である。
 ジルコニア粉末は、大気中、昇温速度300℃/時の常圧焼結における相対密度70%から90%までの焼結収縮速度(△ρ/△T:g/cm・℃)(以下、単に「焼結収縮速度」とする)が0.012以上0.016以下であることが好ましい。焼結収縮速度はジルコニア粉末の焼結性の指標である。焼結収縮速度がこの範囲であることで、焼結性に優れたジルコニア粉末となる。なお、焼結収縮速度は相対密度が70%以上での測定値である。そのため、焼結収縮速度は成形体の密度のばらつきによる影響を受けない。さらに、相対密度70%から90%における焼結収縮速度は、その速度が一定である。このように、焼結収縮速度が温度と相対密度の一次関数となるため、特別な近似計算処理を用いることなくても正確な焼結収縮速度を求めることができる。
 ジルコニア粉末は、例えばジルコニウム塩水溶液の加水分解で得られる水和ジルコニアゾルを、乾燥,仮焼,粉砕して得ればよいが、該ジルコニウム塩水溶液にアルカリ金属水酸化物及び/又はアルカリ土類金属水酸化物を加えた後に、反応率が98%以上になるまで加水分解を行って得られる水和ジルコニアゾルに、安定化剤の原料としてイットリウム、必要によってはエルビウムを添加して乾燥しても良い。
 水和ジルコニアゾルの製造に用いるジルコニウム塩としては、オキシ塩化ジルコニウム,硝酸ジルコニル,塩化ジルコニウム,硫酸ジルコニウムなどが挙げられ、この他に水酸化ジルコニウムと酸との混合物を用いてもよい。ジルコニウム塩水溶液に加えるアルカリ金属水酸化物及び/又はアルカリ土類金属水酸化物としては、リチウム,ナトリウム,カリウム,マグネシウム,カルシウム等の水酸化物を挙げることができる。上記の水酸化物は、水溶液にして加えることが好ましい。
 上記で得られた水和ジルコニアゾルの乾燥粉を1000~1200℃の温度で仮焼することによってジルコニア粉末を得ることができる。仮焼温度がこの範囲外になると、本発明の下記粉砕条件で得られる粉末の凝集性が著しく強くなったり、あるいは硬い凝集粒子を含む粗粒が多くなってしまい、スラリーの平均粒径が0.4~0.7μmの範囲外となって、ジルコニア粉末が得難い場合がある。仮焼温度は特に1050~1150℃が好ましい。
 次いで、上記で得られた仮焼粉を平均粒径が0.4~0.7μmの範囲にジルコニアボールを用いて湿式粉砕することが好ましい。上記仮焼温度で仮焼した仮焼粉末を平均粒径が0.4~0.7μmとなるように粉砕を行うことで、BET比表面積が10~15m/gの範囲のジルコニア粉末が得られる。また、この時の結晶子径は25~40nmとなり、仮焼後にはほぼ100%の正方晶相のジルコニア粉末が、単斜晶相が30~50%のジルコニア粉末となる。
 本発明の着色透光性ジルコニア焼結体の製造にアルミニウムを用いる場合には、原料化合物としては、アルミナ、水和アルミナ、アルミナゾル、水酸化アルミニウム、塩化アルミニウム、硝酸アルミニウム、硫酸アルミニウムなどを挙げることができる。着色元素化合物と同様に不溶性の化合物を使用することが好ましい。
 目的とする色調のジルコニア焼結体を得るために、イットリアとエルビアで安定化したジルコニア粉末に着色剤として鉄化合物、コバルト化合物を必要量添加した着色ジルコニア粉末をそれぞれ調整して製造しても良いが、それぞれの着色剤を含有した数種類のジルコニア粉末を先に準備し、所望の配合となるように数種類の着色ジルコニア粉末を混合して、着色剤組成を変えることも可能である。
 例えば、3mol%のイットリアで安定化したジルコニア粉末を製造する(粉末1)。別に、3.2mol%のエルビアで安定化したジルコニア粉末を製造する(粉末2)。さらに、3mol%のイットリアで安定化したジルコニア粉末にFe換算で1500ppmの鉄化合物を添加した粉末とCoO換算で0.05wt%のコバルト化合物を添加した粉末をそれぞれ製造する(粉末3,4)。粉末1~4には0.005以上0.2wt%未満のアルミナを含有している。これら4種類の粉末を均一になるまで混合し、着色剤としてのEr、Fe、CoOの含有量を目的とする濃度に配合してジルコニア焼結体を得ることで、イットリアとエルビアで安定化したジルコニア粉末に着色剤として鉄化合物、コバルト化合物を必要量添加した着色ジルコニア粉末を焼結した場合と同じ色調の着色ジルコニア焼結体が得られる。
 自然歯の色調見本であるVITA社のシェードガイド「VITAPAN(登録商標) classical」には16色の色調見本があるが、上記4種類の粉末の混合割合を調整することで全ての色調を再現できる。
 この時、4種類の粉末物性(例えばBET比表面積)を微調整し、焼結性の指標である焼結収縮速度をできるだけ一致させることで、得られる焼結体の密度を低下させずに、高密度ジルコニア焼結体が得られ、透光性も損なうことがない。
 ジルコニア粉末は、噴霧造粒粉末顆粒を用いることが好ましく、有機バインダーを含む噴霧造粒粉末を用いてもよい。
 ジルコニア粉末をスラリーにして噴霧乾燥することにより、成形体を形成する際の流動性が高く、焼結体中に気泡が生成し難いものとなる。顆粒の粒径は30~80μm、軽装嵩密度が1.10~1.40g/cmであることが好ましい。
 顆粒にバインダーを使用する場合、バインダーとしては、一般に用いられるポリビニルアルコール、ポリビニルブチラート、ワックス、アクリル系等のバインダーを挙げることができ、中でも分子中にカルボキシル基またはその誘導体(例えば、塩、特にアンモニウム塩など)を有するアクリル系のものが好ましい。このアクリル系のバインダーとして、例えば、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、アクリル酸共重合体、メタクリル酸共重合体やその誘導体を挙げることができる。バインダーの含有量は、ジルコニア粉末スラリー中のジルコニア粉末に対し0.5~10重量%が好ましく、特に1~5重量%が好ましい。
 本発明の着色透光性ジルコニア焼結体A、Bを得るには、当該ジルコニア粉末を通常のプレス成形(必要に応じて静水圧プレス(CIP処理))により相対密度50±5%程度の成形体として焼結することが好ましい。
 本発明の着色透光性ジルコニア焼結体A、Bの製造は、常圧下にて1350~1450℃、特に1400℃で焼結することにより製造することが好ましい。
 焼結温度が1350℃未満であると、相対密度が99.80%に到達しない場合があり、1450℃を超えると、焼結体の水熱劣化が著しく進行し、焼結体が破壊し易いという問題が生じる場合がある。
 本発明の着色透光性ジルコニア焼結体A、Bは常圧焼結で得るが、焼結雰囲気としては還元性雰囲気でなければ特に制限は無く、酸素雰囲気、大気中焼結で良い。特に大気中で焼結することが好ましい。
 次に、本発明のピンク色ジルコニア焼結体をさらに詳細に説明する。
 本発明のピンク色ジルコニア焼結体は、エルビア(Er)のみ、又はイットリア(Y)及びエルビア(Er)で安定化されたジルコニア焼結体である。エルビアのみで安定化されたジルコニア焼結体においては、該焼結体中にエルビアを2mol%以上4mol%未満含むものである。エルビアの含有量が2mol%未満では、強度が低下し、結晶相が不安定となり、含有量が4mol%以上では強度が低下してしまう。エルビアの含有量は、2.0mol%以上3.5mol%未満が好ましい。
 一方、イットリア(Y)及びエルビア(Er)で安定化されたジルコニア焼結体においては、該焼結体中にエルビアを0.1mol%以上2mol%未満含み、イットリアを1mol%以上4mol%未満を含むものである。
 エルビアの含有量が0.1mol%未満では、ピンク色調のジルコニア焼結体が得られ難く、含有量が2mol%以上では強度が低下してしまう。エルビアの含有量は、0.2mol%以上2.0mol%未満が好ましい。また、イットリアの含有量が1mol%未満では、強度が低下し、結晶相が不安定となり、含有量が4mol%以上では強度が低下してしまう。イットリアの含有量は、1.0mol%以上3.5mol%未満が好ましい。尚、エルビアは安定化剤としてだけでなく着色剤として機能し、イットリアは安定化剤としてのみ機能する。
 エルビアをジルコニア焼結体中に生成させる為に用いるエルビウム化合物としては特に限定はなく、例えば、塩化エルビウム、硝酸エルビウムのような可溶性化合物や酸化エルビウムのような不溶性化合物が挙げられる。エルビウム化合物はジルコニアゾルに添加して溶解させることが好ましい。その理由は、ジルコニア粉末の粉砕時にエルビウム化合物を添加すると、凝集物が残存するため、局所的に粒子が異常成長し、焼結体密度の低い、或いは強度の低いジルコニア焼結体となるからである。
 イットリアをジルコニア焼結体中に生成させる為に用いるイットリウム化合物としては特に限定はなく、例えば、塩化イットリウム、硝酸イットリウムのような可溶性化合物や酸化イットリウムのような不溶性化合物が挙げられる。イットリウム化合物はジルコニアゾルに添加して溶解させることが好ましい。その理由は、ジルコニア粉末の粉砕時にイットリウム化合物を添加すると、凝集物が残存するため、局所的に粒子が異常成長し、焼結体密度の低い、或いは強度の低いジルコニア焼結体となるからである。
 エルビウム化合物が均一に溶解していれば、イットリウム化合物と共に安定化剤として含有しても良い。エルビウム化合物のみで安定化したジルコニア粉末を他のイットリウム化合物で安定化したジルコニア粉末と混合して用いても良い。
 本発明のピンク色ジルコニア焼結体は、JISZ8729に規定された色彩パラメーターの明度Lが58~75、aが3~20、bが-8~-4である。a値が3未満であると、鮮やかなピンク色調が得られ難い。審美性の点で、好ましいb値としては、-7~-4である。
 本発明のピンク色ジルコニア焼結体には、異常に成長した結晶粒子(異常成長粒子)が存在せず、均一な粒子径の結晶粒子によりジルコニア焼結体が構成されている。異常成長粒子とは平均粒子径の5倍以上のサイズとなった粒子のことであり、主に安定化剤の偏析により生成し易く、粒子の結晶相が立方晶(Cubic)となるために低強度の原因となり易い。
 本発明のピンク色ジルコニア焼結体は、その結晶相が正方晶(Tetragonal)を含むことが好ましく、ジルコニア焼結体が正方晶の単相であることが特に好ましい。これにより機械的強度が高くなりやすい。本発明のピンク色ジルコニア焼結体は、3点曲げ強度が1000MPa以上であることが好ましく、1000MPa以上1300MPa以下であることが好ましい。
 本発明のピンク色ジルコニア焼結体は、粒間に微細な気孔の存在による相対密度の低下及び水熱劣化の観点から、結晶粒径が0.35~0.50μmであることが好ましい。
 本発明のピンク色ジルコニア焼結体は厚さ1.0mmにおけるD65光源による全光線透過率が25%以上であることが好ましく、26~40%であることがさらに好ましい。
 また、本発明のピンク色ジルコニア焼結体の相対密度は、99.80%以上が好ましく、特に好ましくは99.90%以上である。
 本発明のピンク色ジルコニア焼結体は、さらにアルミナを含むものである。アルミナの含有量としては、0.005wt%以上0.2wt%未満であり、好ましくは0.005wt%以上、0.15wt%以下である。
 本発明のピンク色ジルコニア焼結体中のアルミナ含有量が0.2wt%以上になると、高密度化が困難となり、又、透光性が得られ難くなる。一方、アルミナ含有量が0.005wt%未満では、耐水熱劣化特性が悪化してしまうおそれがある。
 本発明のピンク色ジルコニア焼結体は、焼結体の水熱劣化性の観点から、140℃の熱水中に24時間浸漬させた後の単斜晶相の転移深さが0~15μmであることが好ましく、より好ましくは0~10μmである。ここで、単斜晶相の転移深さはジルコニア焼結体を切断し、その断面を走査型電子顕微鏡(SEM)で観察することで結晶の転移の様子が観察できる。
 次に、本発明のピンク色ジルコニア焼結体の製造法を説明する。
 本発明のピンク色ジルコニア焼結体の製造に用いるジルコニア粉末は、低温焼結及び粒子間の凝集力の観点から、BET比表面積が10~15m/gの範囲であることが好ましく、特に11~14m/gの範囲であることが好ましい。
 本発明のピンク色ジルコニア焼結体の製造に用いるジルコニア粉末は、粉末の凝集性を高くする微小粒子の減少及び硬い凝集性の粒子を含む粗粒の減少の観点から、スラリーの平均粒径が0.4~0.7μmの範囲内であることが好ましく、特に好ましくは0.4~0.6μmである。また、ジルコニアスラリーの最大粒径が2.0μm以下であることが好ましく、さらに好ましくは1.5μm以下である。
 本発明のピンク色ジルコニア焼結体の製造に用いるジルコニア粉末は、例えばジルコニウム塩水溶液の加水分解で得られる水和ジルコニアゾルを、乾燥,仮焼,粉砕して得ればよく、該ジルコニウム塩水溶液にアルカリ金属水酸化物及び/又はアルカリ土類金属水酸化物を加えた後に、反応率が98%以上になるまで加水分解を行って得られる水和ジルコニアゾルに、安定化剤及び着色剤の原料としてエルビニウム化合物のみか、イットリウム化合物及びエルビニウム化合物を添加することが好ましい。
 水和ジルコニアゾルの製造に用いるジルコニウム塩としては、オキシ塩化ジルコニウム,硝酸ジルコニル,塩化ジルコニウム,硫酸ジルコニウムなどが挙げられ、この他に水酸化ジルコニウムと酸との混合物を用いてもよい。ジルコニウム塩水溶液に加えるアルカリ金属水酸化物及び/又はアルカリ土類金属水酸化物としては、リチウム,ナトリウム,カリウム,マグネシウム,カルシウム等の水酸化物を挙げることができる。上記の水酸化物は、水溶液にして加えることが好ましい。
 上記で得られた水和ジルコニアゾルの乾燥粉を、粉末の凝集性を高くする微小粒子の減少及び硬い凝集性の粒子を含む粗粒の減少の観点から好ましくは1000~1200℃、特に好ましくは1050~1150℃の温度で仮焼することによってジルコニア粉末を得ることができる。
 次いで、上記で得られた仮焼粉をスラリーの平均粒径が0.4~0.7μmの範囲にジルコニアボールを用いて湿式粉砕することが好ましい。
 本発明のピンク色ジルコニア焼結体に含有させるアルミナの原料化合物としては、アルミナ、水和アルミナ、アルミナゾル、水酸化アルミニウム、塩化アルミニウム、硝酸アルミニウム、硫酸アルミニウムなどを使用することができる。着色元素化合物と同様に不溶性の化合物を使用することが好ましい。
 本発明のピンク色ジルコニア焼結体の製造に用いるジルコニア粉末は、噴霧造粒粉末顆粒を用いることが好ましく、特に安定化剤及び着色剤としてのイットリア及びエルビア、添加剤としてのアルミナの他に有機バインダーを含む噴霧造粒粉末を用いてもよい。
 ジルコニア粉末をスラリーにして噴霧乾燥することにより、成形体を形成する際の流動性が高く、ジルコニア焼結体中に気泡が生成し難いものとなる。ジルコニア顆粒粉末の平均粒径は30~80μm、軽装嵩密度が1.10~1.40g/cmであることが好ましい。
 顆粒にバインダーを使用する場合、バインダーとしては、一般に用いられるポリビニルアルコール、ポリビニルブチラート、ワックス、アクリル系等のバインダーを挙げることができ、中でも分子中にカルボキシル基またはその誘導体(例えば、塩、特にアンモニウム塩など)を有するアクリル系のものが好ましい。このアクリル系のバインダーとして、例えば、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、アクリル酸共重合体、メタクリル酸共重合体やその誘導体を挙げることができる。バインダーの含有量は、ジルコニア粉末スラリー中のジルコニア粉末に対し0.5~10重量%が好ましく、特に1~5重量%が好ましい。
 本発明のピンク色ジルコニア焼結体を得るには、当該ジルコニア粉末を通常のプレス成形(必要に応じて静水圧プレス(CIP処理))により相対密度50±5%程度の成形体として焼結することが好ましい。
 本発明のピンク色ジルコニア焼結体の製造は、ジルコニア焼結体の相対密度及び水熱劣化特性の観点から、常圧下にて1350~1450℃、特に1400℃で焼結することにより製造することが好ましい。
 本発明のピンク色ジルコニア焼結体は常圧焼結で得るが、焼結雰囲気としては還元性雰囲気でなければ特に制限は無く、酸素雰囲気、大気中焼結で良い。特に大気中で焼結することが好ましい。
 以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に何等限定されるものではない。
 例中、ジルコニアスラリーの平均粒径は、マイクロトラック粒度分布計(Honeywell社製,型式:9320-HRA)を用いて測定した。試料の前処理条件としては、粉末を蒸留水に懸濁させ、超音波ホモジナイザー(日本精機製作所社製,型式:US-150T)を用いて3分間分散させた。
 原料粉末の成形は、金型プレスにより圧力19.6MPaで行い、当該予備成形体をゴム型に入れて、圧力196MPaで冷間静水圧プレス(CIP)処理して成形体とした。得られた成形体は所定温度(保持時間2時間)に設定して焼結させた。
 ジルコニア焼結体の色調は、JIS-Z8729に規定された色彩パラメーターL、a、bを測定した。ジルコニア焼結体が透光性を有するため、色調の測定には焼結体厚さを2.8mmに統一し、鏡面に研磨した面を測定した。
 ジルコニア焼結体の密度は、アルキメデス法で測定した。
 ジルコニア焼結体の全光線透過率は、濁度計(日本電色工業社製、型式:NDH2000)を用いて、JIS K7361に準拠して光源D65で測定した。試料はジルコニア焼結体を両面研磨した厚み1mmの円盤形状のものを用いた。
 ジルコニア焼結体の結晶粒径は、鏡面研磨したジルコニア焼結体を熱エッチング処理し、走査型電子顕微鏡(SEM)(日本電子社製、型式:JSM-6390LV)を用いてプラニメトリック法により算出した。具体的には、顕微鏡画像上に円を描いたとき、円内の粒子数ncと円周にかかった粒子数Niの合計が少なくとも100~150個となるような円を描いて、または100個に満たない画像の場合には、粒子数の合計(nc+Ni)が少なくとも100~150個となるように数視野の画像を用いて複数の円を描き、プラニメトリック法により結晶粒径を求めた。
 ジルコニア焼結体の3点曲げ強度は、JIS R1601に準拠して、3点曲げ測定法で評価した。
 水熱劣化特性は、得られたジルコニア焼結体の片面を鏡面研磨し、140℃の熱水中に24時間浸漬させ、生成する単斜晶相の転移深さを求めることによって評価した。
 転移深さとは浸漬処理した焼結体を切断し、その断面を走査型電子顕微鏡(SEM)(日本電子社製、型式:JSM-6390LV)で観察し、鏡面とした面から結晶組織が粗となった深さを観察することで求めた。
 なお、本発明におけるジルコニア粉末に係わる「スラリーの平均粒径」とは、体積基準で表される粒径分布の累積カーブが中央値(メディアン径;累積カーブの50%に対応する粒径)である粒子と同じ体積の球の直径をいい、レーザー回折法による粒径分布測定装置によって測定したものをいう。
 「安定化剤濃度」とは、安定化剤/(ZrO+安定化剤)の比率をmol%として表した値をいう。
 「添加物含有量」とは、添加物/(ZrO+安定化剤+添加物)の比率を重量%として表した値をいう。ここで、添加物は酸化物に換算した値である。
 「相対密度」とは、アルキメデス法により実測した密度ρとHIP焼結体の密度ρとを用いて、(ρ/ρ)×100の比率(%)に換算して表した値をいう。
 「M相率(fm)」とは、粉末X腺回折(XRD)測定で単斜晶相の(111)及び(11-1)面,正方晶相の(111)面,立方晶の(111)面の回折強度をそれぞれ求め、以下の数式1により算出されたものの値をいう。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
(但し、Iは各回折線のピーク強度,添字m,t及びcは、それぞれ単斜晶相,正方晶相,立方晶相を表す。)
 実施例1~8
(0.05wt%アルミナ・3.0mol%イットリア含有ジルコニア顆粒粉末の合成)
 オキシ塩化ジルコニウム水溶液にイットリアを添加し、Y濃度を3.0mol%としてから加水分解によって得られた水和ジルコニアゾルを乾燥させ、1100℃の仮焼温度で2時間仮焼した。
 得られた仮焼粉末を水洗処理したあとに、α-アルミナをアルミナ含有量で0.05wt%、及び蒸留水を加えてジルコニア濃度45重量%のスラリーにした。このスラリーを直径3mmのジルコニアボールを用いて、振動ミルで24時間粉砕処理した。
 得られたスラリーの平均粒径は0.41μm、最大粒径は≦1.5μmであった。乾燥したジルコニア粉末のBET比表面積は13m/gであり、結晶子径は33nm、乾燥粉末のM相率は40%であった。得られたスラリーに有機バインダーを3wt%加えて、噴霧乾燥を行い平均粒径50μmのジルコニア顆粒粉末を得た。
(0.05wt%アルミナ・3.0mol%イットリア・1500ppm酸化鉄含有ジルコニア顆粒粉末の合成)
 また、オキシ塩化ジルコニウム水溶液にイットリアを添加し、Y濃度を3.0mol%としてから加水分解によって得られた水和ジルコニアゾルを乾燥させ、1100℃の仮焼温度で2時間仮焼した。
 得られた仮焼粉末を水洗処理したあとに、α-アルミナをアルミナ含有量で0.05wt%、酸化水酸化鉄をFe換算で1500ppm、及び蒸留水を加えてジルコニア濃度45重量%のスラリーにした。このスラリーを直径3mmのジルコニアボールを用いて、振動ミルで24時間粉砕処理した。
 得られたスラリーの平均粒径は0.42μm、最大粒径は≦1.5μmであった。乾燥したジルコニア粉末のBET比表面積は13m/gであり、結晶子径は33nm、乾燥粉末のM相率は42%であった。得られたスラリーに有機バインダーを3wt%加えて、噴霧乾燥を行い平均粒径48μmのジルコニア顆粒粉末を得た。
(0.05wt%アルミナ・3.2mol%エルビア含有ジルコニア顆粒粉末の合成)
 また、オキシ塩化ジルコニウム水溶液にエルビアを添加し、Er濃度を3.2mol%としてから加水分解によって得られた水和ジルコニアゾルを乾燥させ、1100℃の仮焼温度で2時間仮焼した。
 得られた仮焼粉末を水洗処理したあとに、α-アルミナをアルミナ含有量で0.05wt%、及び蒸留水を加えてジルコニア濃度45重量%のスラリーにした。このスラリーを直径3mmのジルコニアボールを用いて、振動ミルで24時間粉砕処理した。
 得られたスラリーの平均粒径は0.42μm、最大粒径は≦1.5μmであった。乾燥したジルコニア粉末のBET比表面積は12m/gであり、結晶子径は34nm、乾燥粉末のM相率は39%であった。得られたスラリーに有機バインダーを3wt%加えて、噴霧乾燥を行い平均粒径45μmのジルコニア顆粒粉末を得た。
 上記3種の粉末を任意の比でポリ瓶の中で混合して、Y濃度2.85~2.92mol%、Er濃度0.08~0.17mol%、酸化水酸化鉄をFe換算で200~1430ppmの混合粉末を得た。
 得られた混合粉末を一軸プレス(19.6MPa)で成形後、CIP(196MPa)成形し、焼結温度1400℃又は1450℃、昇温速度600℃/hr、保持2時間の条件で焼結させて(常圧焼結)着色透光性ジルコニア焼結体を製造した。
 実施例9~12
 実施例9~12は1450℃で常圧焼結して得られたジルコニア焼結体をさらに、処理温度1400℃、圧力150MPaでHIP処理を実施して着色透光性ジルコニア焼結体を製造した。
 HIP処理前後で着色透光性ジルコニア焼結体の相対密度及び全光線透過率の変化はほとんどなかった。これにより、本発明の着色透光性ジルコニア焼結体は、HIP処理をすることなく、HIP処理と同等の特性を有する焼結体であることが分かった。
 比較例1~3
 Erを含まない上記2種の粉末を任意の比でポリ瓶の中で混合して、Y濃度3.0mol%、酸化水酸化鉄をFe換算で200または450ppmの混合粉末を得た。
 得られた顆粒粉末を一軸プレス(19.6MPa)で成形後、CIP(196MPa)成形し、焼結温度1400℃又は1450℃、昇温速度600℃/hr、保持2時間の条件で焼結させて(常圧焼結)着色透光性ジルコニア焼結体を製造した。
 Erを含まない着色透光性ジルコニア焼結体では、a値が低下し、赤味が薄れてしまうため、自然歯の色調が得られないことが分かった。
 実施例13~16
 上記3種の粉末を任意の比でポリ瓶の中で混合して、Y濃度を2.40~2.70mol%、Er濃度を0.33~0.66mol%とする以外は実施例1~8と同じ方法で着色透光性ジルコニア焼結体を製造した。
 実施例17~20
 実施例17~20は1450℃で常圧焼結して得られたジルコニア焼結体をさらに、処理温度1400℃、圧力150MPaでHIP処理を実施して着色透光性ジルコニア焼結体を製造した。
 実施例1~12、比較例1~3におけるイットリア量、Er量、FeとしてのFe添加量、アルミナ添加量組成、焼結温度、得られた着色透光性ジルコニア焼結体の実測密度、相対密度、D65光源での全光線透過率、JIS-Z8729に規定された色彩パラメーターの明度L値、a値、b値、強度、結晶粒径、140℃の熱水中に24時間浸漬させた後の単斜晶転移深さを以下の表1に示し、実施例13~20の同じ数値を以下の表2に示す。
 実施例21~41
(0.05wt%アルミナ・360ppm酸化コバルト・3.0mol%イットリア含有ジルコニア顆粒粉末の合成)
 オキシ塩化ジルコニウム水溶液にイットリアを添加し、イットリア濃度を3.0mol%としてから加水分解によって得られた水和ジルコニアゾルを乾燥させ、1100℃の仮焼温度で2時間仮焼した。
 得られた仮焼粉末を水洗処理したあとに、α-アルミナをアルミナ含有量で0.05wt%、酸化コバルトをCoO換算で360ppm、及び蒸留水を加えてジルコニア濃度45重量%のスラリーにした。このスラリーを直径3mmのジルコニアボールを用いて、振動ミルで24時間粉砕処理した。
 得られたスラリーの平均粒径は0.41μm、最大粒径は≦1.5μmであった。乾燥したジルコニア粉末のBET比表面積は13m/gであり、結晶子径は32nm、乾燥粉末のM相率は43%であった。得られたスラリーに有機バインダーを3wt%加えて、噴霧乾燥を行い平均粒径47μmのジルコニア顆粒粉末を得た。
 上記粉末と実施例1~8で調整した3種の粉末を表3に示した組成となるようにポリ瓶の中で混合して、混合粉末を得た。
 得られた顆粒粉末を一軸プレス(19.6MPa)で成形後、CIP(196MPa)成形し、焼結温度1450℃、昇温速度600℃/hr、保持2時間の条件で焼結させて(常圧焼結)着色透光性ジルコニア焼結体を製造した。
 実施例21以降の「相対密度」は、理論密度ρ0及び実測密度ρから以下の(1)式から求めた。実測密度はアルキメデス法により求めた。
      相対密度(%)=(ρ/ρ0)×100   ・・・(1)
 また、混合に用いた各組成における焼結体の理論密度ρx,ρy,ρzは、添加した酸化物の密度と濃度から、以下の式から求めた。
0.05wt%アルミナ・3.0mol%イットリア含有ジルコニア焼結体の理論密度ρx=100/[(0.05/ρAl)+(99.95/ρZr)]
  =6.0940g/cm
0.05wt%アルミナ・3.0mol%イットリア・1500ppm酸化鉄含有ジルコニア焼結体の理論密度ρy=100/[(0.05/ρAl)+(0.15/ρFe)+(99.80/ρZr)]
  =6.0925g/cm
0.05wt%アルミナ・360ppm酸化コバルト含有・3.0mol%イットリア含有ジルコニア焼結体の理論密度ρz=100/[(0.05/ρAl)+(0.036/ρCo)+(99.914/ρZr)]
  =6.0941g/cm
   尚、
ρAl:アルミナの理論密度;3.99g/cm
ρFe:Feの理論密度;5.24g/cm
ρCo:CoOの理論密度;6.40g/cm
ρZr:3.0mol%イットリア含有ジルコニアの理論密度;6.0956g/cmとした。
 0.05wt%アルミナ・3.2mol%エルビア含有ジルコニア焼結体の理論密度はHIP焼結体密度6.336g/cmを用いた。
 これら、各組成における焼結体の理論密度とその配合比から理論密度ρ0を以下の(2)式から求めた。
      ρ0=100/[(x/ρx)+(y/ρy)+(z/ρz)+(100-x-y-z)/6.336]  ・・・(2)
x:0.05wt%アルミナ・3.0mol%イットリア含有ジルコニアの配合割合;重量%
y:0.05wt%アルミナ・1500ppm酸化鉄含有・3.0mol%イットリア含有ジルコニアの配合割合;重量%
z:0.05wt%アルミナ・360ppm酸化コバルト・3.0mol%イットリア含有ジルコニアの配合割合;重量%
 実施例21~32における組成、焼結温度、得られた着色透光性ジルコニア焼結体の実測密度、相対密度、D65光源での全光線透過率、JIS-Z8729に規定された色彩パラメーターの明度L値、a値、b値、強度、結晶粒径、140℃の熱水中に24時間浸漬させた後の単斜晶転移深さを以下の表3に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
 この表から明らかな様に、実施例1~20の着色透光性ジルコニア焼結体は相対密度が99.80%以上と高く、且つ、D65光源での全光線透過率が18%以上と高く、非常に優れた着色透光性ジルコニア焼結体であり、ミルブランク、歯列矯正ブラケット等の歯科材料としての利用が期待される。
 実施例42
 オキシ塩化ジルコニウム水溶液にエルビアを添加し、Er濃度を2.0mol%としてから加水分解によって得られた水和ジルコニアゾルを乾燥させ、1100℃の仮焼温度で2時間仮焼した。
 得られた仮焼粉末を水洗処理したあとに、α-アルミナをアルミナ含有量で0.05wt%、及び蒸留水を加えてジルコニア濃度45重量%のスラリーにした。このスラリーを直径3mmのジルコニアボールを用いて、振動ミルで24時間粉砕処理した。
 得られたスラリーの平均粒径は0.41μm、最大粒径は≦1.5μmであった。乾燥したジルコニア粉末のBET比表面積は13m/gであった。得られたスラリーに有機バインダーを3wt%加えて、噴霧乾燥を行い平均粒径50μmのジルコニア顆粒粉末を得た。
 得られた顆粒粉末を一軸プレス(19.6MPa)で成形後、CIP(196MPa)成形し、焼結温度1450℃、昇温速度600℃/hr、保持2時間の条件で焼結させて(常圧焼結)ピンク色ジルコニア焼結体を製造した。
 実施例43
 Er濃度を3.0mol%とする以外は実施例42と同じ方法で粉砕スラリーを得た。
 得られたスラリーの平均粒径は0.43μm、最大粒径は≦1.5μmであった。乾燥したジルコニア粉末のBET比表面積は13m/gであった。得られたスラリーに有機バインダーを3wt%加えて、噴霧乾燥を行い平均粒径48μmのジルコニア顆粒粉末を得た。
 得られた顆粒粉末を一軸プレス(19.6MPa)で成形後、CIP(196MPa)成形し、焼結温度1450℃、昇温速度600℃/hr、保持2時間の条件で焼結させて(常圧焼結)ピンク色ジルコニア焼結体を製造した。
 実施例44
 Er濃度を3.2mol%とする以外は実施例42と同じ方法で粉砕スラリーを得た。
 得られたスラリーの平均粒径は0.42μm、最大粒径は≦1.5μmであった。乾燥したジルコニア粉末のBET比表面積は12m/gであった。得られたスラリーに有機バインダーを3wt%加えて、噴霧乾燥を行い平均粒径49μmのジルコニア顆粒粉末を得た。
 得られた顆粒粉末を一軸プレス(19.6MPa)で成形後、CIP(196MPa)成形し、焼結温度1400℃、昇温速度600℃/hr、保持2時間の条件で焼結させて(常圧焼結)ピンク色ジルコニア焼結体を製造した。
 実施例45
 焼結温度を1450℃とする以外は実施例44と同じ方法でピンク色ジルコニア焼結体を製造した。
 比較例4
 Er濃度を4.0mol%とする以外は実施例42と同じ方法で粉砕スラリーを得た。
 得られたスラリーの平均粒径は0.42μm、最大粒径は≦1.5μmであった。乾燥したジルコニア粉末のBET比表面積は12m/gであった。得られたスラリーに有機バインダーを3wt%加えて、噴霧乾燥を行い平均粒径50μmのジルコニア顆粒粉末を得た。
 得られた顆粒粉末を一軸プレス(19.6MPa)で成形後、CIP(196MPa)成形し、焼結温度1450℃、昇温速度600℃/hr、保持2時間の条件で焼結させて(常圧焼結)ピンク色ジルコニア焼結体を製造した。
 得られたジルコニア焼結体は、強度の低い焼結体であった。
 比較例5
 Er濃度を5.0mol%とする以外は実施例42と同じ方法で粉砕スラリーを得た。
 得られたスラリーの平均粒径は0.42μm、最大粒径は≦1.5μmであった。乾燥したジルコニア粉末のBET比表面積は12m/gであった。得られたスラリーに有機バインダーを3wt%加えて、噴霧乾燥を行い平均粒径47μmのジルコニア顆粒粉末を得た。
 得られた顆粒粉末を一軸プレス(19.6MPa)で成形後、CIP(196MPa)成形し、焼結温度1450℃、昇温速度600℃/hr、保持2時間の条件で焼結させて(常圧焼結)ピンク色ジルコニア焼結体を製造した。
 得られたジルコニア焼結体は、強度の低い焼結体であった。
 比較例6
 Er濃度を1.5mol%とする以外は実施例42と同じ方法で粉砕スラリーを得た。
 得られたスラリーの平均粒径は0.41μm、最大粒径は≦1.5μmであった。乾燥したジルコニア粉末のBET比表面積は13m/gであった。得られたスラリーに有機バインダーを3wt%加えて、噴霧乾燥を行い平均粒径47μmのジルコニア顆粒粉末を得た。
 得られた顆粒粉末を一軸プレス(19.6MPa)で成形後、CIP(196MPa)成形し、焼結温度1450℃、昇温速度600℃/hr、保持2時間の条件で焼結させて(常圧焼結)ピンク色ジルコニア焼結させた。
 しかしながら、成形体の形状を保たずに崩壊し、焼結しなかった。
 実施例46
 オキシ塩化ジルコニウム水溶液にイットリア及びエルビアを添加し、Y濃度を1.7mol%、Er濃度を1.4mol%とする以外は実施例42と同じ方法で粉砕スラリーを得た。
 得られたスラリーの平均粒径は0.43μm、最大粒径は≦1.5μmであった。乾燥したジルコニア粉末のBET比表面積は13m/gであった。得られたスラリーに有機バインダーを3wt%加えて、噴霧乾燥を行い平均粒径50μmのジルコニア顆粒粉末を得た。
 得られた顆粒粉末を一軸プレス(19.6MPa)で成形後、CIP(196MPa)成形し、焼結温度1450℃、昇温速度600℃/hr、保持2時間の条件で焼結させて(常圧焼結)ピンク色ジルコニア焼結体を製造した。
 実施例47
 オキシ塩化ジルコニウム水溶液にイットリア及びエルビアを添加し、Y濃度を2.8mol%、Er濃度を0.3mol%とする以外は実施例42と同じ方法で粉砕スラリーを得た。
 得られたスラリーの平均粒径は0.42μm、最大粒径は≦1.5μmであった。乾燥したジルコニア粉末のBET比表面積は14m/gであった。得られたスラリーに有機バインダーを3wt%加えて、噴霧乾燥を行い平均粒径48μmのジルコニア顆粒粉末を得た。
 得られた顆粒粉末を一軸プレス(19.6MPa)で成形後、CIP(196MPa)成形し、焼結温度1450℃、昇温速度600℃/hr、保持2時間の条件で焼結させて(常圧焼結)ピンク色ジルコニア焼結体を製造した。
 実施例48
 α-アルミナをアルミナ含有量で0.10wt%添加したこと以外は実施例44と同じ方法でピンク色ジルコニア焼結体を製造した。
 実施例49
 焼結温度を1450℃とする以外は実施例48と同じ方法でピンク色ジルコニア焼結体を製造した。
 実施例50
 α-アルミナをアルミナ含有量で0.15wt%添加したこと以外は実施例44と同じ方法でピンク色ジルコニア焼結体を製造した。
 実施例51
 焼結温度を1450℃とする以外は実施例50と同じ方法でピンク色ジルコニア焼結体を製造した。
 比較例7
 α-アルミナを添加しなかったこと以外は実施例45と同じ方法でピンク色ジルコニア焼結体を製造した。
 得られたジルコニア焼結体は、耐水熱劣化特性の悪い焼結体であった。
 比較例8
 α-アルミナをアルミナ含有量で0.25wt%添加したこと以外は実施例44と同じ方法でピンク色ジルコニア焼結体を製造した。
 得られたジルコニア焼結体は、密度の低い焼結体であった。
 比較例9
 焼結温度を1450℃とする以外は比較例8と同じ方法でピンク色ジルコニア焼結体を製造した。
 得られたジルコニア焼結体は、密度の低い焼結体であった。
 実施例42~51、比較例4~9におけるエルビア量、イットリア量、アルミナ添加量、焼結温度、得られたジルコニア焼結体の実測密度、相対密度、D65光源での全光線透過率、JISZ8729に規定された色彩パラメーターの明度L値、a値、b値、3点曲げ強度、平均結晶粒径、140℃の熱水中に24時間浸漬させた後の単斜晶転移深さを以下の表4に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
 この表から明らかな様に、実施例42~51のピンク色ジルコニア焼結体は、L値が大きく明度が高く、a値が大きく鮮やかなピンク色であり、相対密度が99.80%以上と高く、且つ、強度が1000MPa以上と高いピンク色ジルコニア焼結体であり、装飾部材、電子機器の外装材としての利用が期待できる。
 本願の着色透光性ジルコニア焼結体は焼結体密度及び強度が高く、歯の色調に極めて近い色観を有しなおかつ透光性に優れるため、特に歯科用途で使用されるジルコニア焼結体、さらには義歯材料等のミルブランク、歯列矯正ブラケットとして用いるのに適する。
 本発明のピンク色ジルコニア焼結体は、高強度でなおかつ審美性に優れた焼結体であり、装飾部品、電子機器材料の外装に用いることができる。
 なお、2012年12月28日に出願された日本特許出願2012-286955号、2012年12月28日に出願された日本特許出願2012-286957号、及び2013年8月26日に出願された日本特許出願2013-174623号の明細書、特許請求の範囲、及び要約書の全内容をここに引用し、本発明の明細書の開示として、取り入れるものである。

Claims (14)

  1.  2~4mol%のイットリア、0.02~0.8mol%のEr、Fe換算で20以上2000ppm未満の鉄化合物及び0.005以上0.2wt%未満のAlを含み、残部がジルコニアであり、JIS-Z8729に規定された色彩パラメーターの明度Lが55~75、aが0~10、bが0~30であり、相対密度が99.80%以上、且つ、試料厚さ1mmにおけるD65光源による全光線透過率が18%以上40%以下であることを特徴とする着色透光性ジルコニア焼結体。
  2.  2~4mol%のイットリア、CoO換算で0.01wt%未満の酸化コバルト、Fe換算で20以上2000ppm未満の酸化鉄、及び0.005以上0.2wt%未満のAlを含み、残部がジルコニアであり、JIS-Z8729に規定された色彩パラメーターの明度Lが50~75、aが-1~10、bが0~30であり、相対密度が99.80%以上、且つ、試料厚さ1mmにおけるD65光源による全光線透過率が18%以上40%以下であることを特徴とする着色透光性ジルコニア焼結体。
  3.  前記残部の一部として、0.02~0.8mol%のErを含むことを特徴とする請求項2に記載の着色透光性ジルコニア焼結体。
  4.  JIS-Z8729に規定された色彩パラメーターの明度L,a,bが以下の範囲であることを特徴とする請求項2又は3に記載の着色透光性ジルコニア焼結体。
    が50~75
    が-1~7
    が10~27
    >0.0123b*2-0.0598b-2.9088
  5.  結晶粒径が0.35~0.50μmであることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の着色透光性ジルコニア焼結体。
  6.  140℃熱水中に24時間浸漬させた後の単斜晶相の転移深さが0~15μmであることを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の着色透光性ジルコニア焼結体。
  7.  3点曲げ強度が1000MPa以上であることを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の着色透光性ジルコニア焼結体。
  8.  請求項1乃至7のいずれかに記載の着色透光性ジルコニア焼結体を用いてなることを特徴とする歯科材料。
  9.  エルビア(Er)のみで安定化され、又は、イットリア(Y)及びエルビア(Er)で安定化され、更にアルミナを0.005wt%以上0.2wt%未満含有し、エルビアのみで安定化された場合は、更にエルビアを2mol%以上4mol%未満含み、エルビア及びイットリアで安定化された場合は、更にエルビアを0.1mol%以上2mol%未満、及びイットリアを1mol%以上4mol%未満含み、ジルコニア焼結体のJISZ8729に規定された色彩パラメーターの明度Lが58~75、aが3~20、bが-8~-4であることを特徴とするピンク色ジルコニア焼結体。
  10.  試料厚さ1mmにおけるD65光源による全光線透過率が25%以上であることを特徴とする請求項9に記載のピンク色ジルコニア焼結体。
  11.  相対密度が99.80%以上であることを特徴とする請求項1又は2に記載のピンク色ジルコニア焼結体。
  12.  結晶粒径が0.35~0.50μmであることを特徴とする請求項9乃至11のいずれかに記載のピンク色ジルコニア焼結体。
  13.  140℃熱水中に24時間浸漬させた後の単斜晶相の転移深さが0~15μmであることを特徴とする請求項9乃至12のいずれかに記載のピンク色ジルコニア焼結体。
  14.  3点曲げ強度が1000MPa以上であることを特徴とする請求項9乃至13いずれかに記載のピンク色ジルコニア焼結体。
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