WO2019068807A1 - Teilstabilisierter zirkonoxid-werkstoff mit hoher sinteraktivität - Google Patents

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    • C04B2235/3852—Nitrides, e.g. oxynitrides, carbonitrides, oxycarbonitrides, lithium nitride, magnesium nitride
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Definitions

  • Partially stabilized zirconium oxide material with high sintering activity Partially stabilized zirconium oxide material with high sintering activity
  • the invention is in the field of partially stabilized zirconia materials for dental and engineering ceramics.
  • Zirconia materials for mechanical applications are usually partially tetragonal (3Y-TZP) partially stabilized with 3 mol% yttrium oxide (3Y-TZP) in order to obtain an optimum combination of good ceramic, mechanical and optical properties.
  • 3Y-TZP partially tetragonal
  • 3Y-TZP partially stabilized with 3 mol% yttrium oxide
  • partial stabilization can also be carried out with 4 mol% (4Y-TZP) or 5 mol% yttrium oxide (5Y-TZP).
  • 4Y-TZP 4 mol%
  • 5Y-TZP 5 mol% yttrium oxide
  • the object of the present invention was thus to increase the sintering activity of partially stabilized zirconium oxide of the XA-TZP type.
  • XA-TZP stands for a partially stabilized zirconium oxide (TZP), with a certain proportion X in mol% of a stabilization phase A.
  • the X represents the stabilization proportions in mol% based on the total amount of zirconium oxide. Preference is given to using 3 mol%, 4 mol%, 5 mol% or higher stabilizing proportions, particular preference being given to using 3 mol%, 4 mol% or 5 mol%. According to the density and Composition of the additive, the proportions in wt .-% or vol .-% can be converted.
  • Stabilization takes place by adding at least one stabilization phase A.
  • the stabilizing elements generate vacancies in the crystalline structure, which lead to a metastable state of the zirconium oxide matrix.
  • the stabilization phase is preferably selected from the list consisting of yttrium, erbium, cerium, magnesium, calcium or mixtures thereof. Particularly preferably, the stabilization phase comprises at least yttrium.
  • the elements are preferably used in the form of their oxides, carbides and / or nitrides, particularly preferably the oxides are used. The oxides of these elements serve to stabilize the metastable state.
  • the stabilization phase comprises at least yttrium oxide (Y 2 O 3).
  • the doping with a further metal oxide causes an amplification or multiplication of the sintering activity.
  • the effect manifests itself in an earlier, that is, at lower temperatures beginning, compaction and thus a faster increase in density.
  • a "density versus temperature” diagram shows this graphically in a shifted to lower temperatures and steeper compression curve.
  • An improved sintering activity is when the temperature required for densification of the ceramic is lower than the temperature required for densification (sintering) of the undoped ceramic and / or the compaction is faster.
  • doping of the XA partially stabilized zirconium oxide with one, two, three or more doping elements takes place according to the invention, preferably two or three, more preferably two, preferably in the form of the oxides.
  • At least one of these dopant elements is a subgroup element, i. an element of I., II. and / or VI. to VIII subgroup or a rare earth element (lanthanoid).
  • a subgroup element of I., II. And / or VI. to VIII subgroup combined with one or more rare earth rare earth elements.
  • Particularly preferred is an element of I., II. And / or VI. to VIII subgroup combined with a rare earth element.
  • the at least one subgroup element is preferably selected from the list consisting of Cr, Mn, Fe, Co, Cu, Ni and Zn. These elements are preferably added as oxides since they have good compatibility with the zirconium oxide matrix in the process and in the material , In the case of coprecipitation as doping process, the elements are used as salt solution, e.g. as nitrate or acetate.
  • At least one rare earth element is selected from the list consisting of La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb and / or Lu. Particularly preferably selected from the list consisting of Pr, Sm, Eu, Gd and Er, since these Elements promote sintering, ie increase the sintering activity.
  • the at least one rare earth element is preferably selected from the list consisting of Ce, Pr, Tb, Er, since these elements have a coloring effect, which is of particular interest for the production of natural dental ceramics.
  • the dopants are used in addition to the elements of the stabilization phase, unless they have already been added in this function, i. If cerium is already added as a stabilization phase, it is not used as a doping element. The same applies to Erbium.
  • the required amounts of doping elements can be significantly reduced.
  • the proportion of the individual doping elements is ⁇ 1% by weight, preferably ⁇ 0.5% by weight, based on the mass of the zirconium oxide.
  • gadolinium and zinc preferably as oxides
  • the proportions, based on the mass of zirconium oxide in each case being in the range from 0.01-1.0% by weight, preferably in the range from 0.05-0, 5% by weight.
  • an yttria stabilized zirconia doped with at least one subgroup element, preferably zinc, and at least one rare earth element, preferably gadolinium, used to increase the sintering activity, the other elements for coloring and / or modification of the material properties egg are added, such as Fe2Ü3, Tb30 4 , C03O4 or Mn0. 2
  • the oxides, nitrides or carbides of the dopants, particularly preferably their oxides, are preferably used.
  • the doping of the material with the elements according to the invention is preferably carried out by coprecipitation of the components or by joint mixing and Spray drying to a granulate.
  • the pre-stabilized granules, ie a granulate which already contains the elements of the stabilization phase in addition to the zirconium oxide, or the raw material components are dispersed in water.
  • the solids content is preferably 40-60 wt .-%, particularly preferably 50-55 wt .-%.
  • the doping elements are preferably added in the form of their oxides, the dispersion in eg a stirred ball mill with zirconium oxide balls for several hours, preferably 5 m ground. In one embodiment, the suspension is freeze-granulated in liquid nitrogen and then freeze-dried.
  • blanks or finished components are pressed axially or isostatically from the granules produced in this way.
  • the parts are sintered at the adjusted temperature and holding time. Parts produced in this way can be used both in the technical and in the medical field, for example in the dental field.
  • the parts are preferably used as dental prostheses.
  • the doping elements which individually have only slight positive effects, show in the combination significantly better values, e.g. regarding the sintering activity as described above.
  • a sintered density of about 70% of the theoretical density can be achieved with the addition of only gadolinium a sintered density of about 76%, with the addition of only zinc oxide, a sintered density of about 74%, and with a combined addition of gadolinium oxide and zinc oxide, a sintering density of about 89% of the theoretical density.
  • the zirconium oxide material according to the invention may also contain a second phase of another ceramic or be combined with another ceramic.
  • parts made from these materials are densely sintered even at a 50-100 K lower temperature than without doping and thus a much finer microstructure with improved mechanical material properties is reached.
  • the strength of the material is increased by the combination of the doping elements.
  • the lower sintering temperature shortens sintering times and reduces costs.
  • the ceramic materials are used in one embodiment in the dental field, since the combination of a non-coloring subgroup element with a non-coloring rare earth element leads to pure white teilstabiliserten zirconia ceramics.
  • material systems with temperature-sensitive additives e.g. with very fine additives with particle sizes in the range of a few nanometers conceivable because the sintering temperature is reduced.
  • 5 mol% yttrium (5Y-TZP) predoped granules were used.
  • the granules were dispersed in water (about 55% by weight solids).
  • the dopants were added in the form of their oxides.
  • the dispersion was milled in a stirred ball mill with zirconia beads for 5 hours, freeze-granulated in liquid nitrogen and then freeze-dried.
  • the example is a comparative example from the prior art, examples 2 to 7 are examples according to the invention, with examples 6 and 7 show particularly preferred combinations.

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Abstract

Es wird ein XA-teilstabilisierter Zirkonoxid-Werkstoff mit folgender Zusammensetzung vorgeschlagen: Zirkonoxid, eine Stabilisierungsphase A, die zu einem metastabilen Zustand des Zirkonoxids führt und ausgewählt ist aus der Liste bestehend aus Yttrium, Erbium, Cer, Magnesium, Calcium oder Mischungen daraus und die in einem Anteil X in mol-% bezogen auf die Gesamtmenge an Zirkonoxid vorliegt. Dem Zirkonoxid wird zusätzlich mindestens ein weiteres Element, ein Dotierungselement, zugegeben, das ein Elemente der I., II. und/oder VI. bis VIII Nebengruppe oder ein Seltenerd-Element ist. Bevorzugt werden mindestens zwei Dotierungselemente zugegeben, wobei mindestens ein Dotierungselement ein Elemente der I., II. und/oder VI. bis VIII Nebengruppe ist und ein weiteres ein Seltenerd-Element ist.

Description

Teilstabilisierter Zirkonoxid-Werkstoff mit hoher Sinteraktivität
Die Erfindung befindet sich auf dem Gebiet der teilstabilisierten Zirkonoxid-Werkstoffe für Dental- und Technische Keramiken.
Zirkonoxid-Werkstoffe für mechanische Anwendungen werden in der Regel mit 3 Mol% Yttriumoxid tetragonal teilstabilisiert (3Y-TZP), um eine optimale Kombination guter keramischer, mechanischer und optischer Eigenschaften zu erhalten. Für spezielle Anwendungen kann die Teilstabilisierung auch mit 4 Mol% (4Y-TZP) oder 5 Mol% Yttriumoxid (5Y-TZP) erfolgen. Dadurch wird die Transluzenz erheblich gesteigert, gleichzeitig nimmt aber die mechanische Festigkeit deutlich ab. Dieser Kompromiss wird häufig bei speziellen Anwendungen z.B. im Dentalbereich eingegangen.
Im Zuge einer angestrebten Verkürzung der Fertigungszeit kleiner Zirkonoxid-Bauteile aus 3Y-TZP, 4Y-TZP oder 5Y-TZP, z.B. bei Zahnrestaurationen, wird zunehmend das Schnellsintern angewendet. Dabei wird innerhalb von deutlich weniger als 30 Minuten ein vorgesintertes Bauteil mit mindestens 50% Dichte von kalt nach kalt auf annähernd 1 00% Dichte gesintert . Um diese Randbedingungen erfüllen zu können, ist eine ausreichend hohe Sinteraktivität des Materials notwendig.
Die Sinteraktivität der aktuell kommerziell verfügbaren Materialen erfüllt diese Anforderungen jedoch nicht ausreichend.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung bestand also darin, die Sinteraktivität von teilstabilisiertem Zironoxid des Typs XA-TZP zu erhöhen.
Die Aufgabe wird gelöst durch den Werkstoff gemäß Anspruch 1 . Die Unteransprüche geben bevorzugte Ausgestaltungen wider. Ausgestaltungen können frei miteinander kombiniert werden.
XA-TZP steht für ein teilstabilisertes Zirkonoxid (TZP), mit einem bestimmten Anteil X in mol% einer Stabilisierungsphase A. Das X gibt die Stabilisierungsanteile in mol% bezogen auf die Gesamtmenge an Zirkonoxid wieder. Bevorzugt werden 3 mol-%, 4 mol-%, 5 mol-% oder höhere Stabilisierungsanteile eingesetzt, besonders bevorzugt werden 3 mol-%, 4 mol-% oder 5 mol % eingesetzt. Entsprechend der Dichte und Zusammensetzung der Zusatzstoff lassen sich die Anteile in Gew.-% bzw. Vol.-% umrechnen.
Die Stabilisierung erfolgt durch Zugabe von mindestens einer Stabilisierungsphase A. Die Stabilisierungselemente erzeugen im kristallinen Gefüge Leerstellen, die zu einem metastabilen Zustand der Zirkonoxid-Matrix führen. Bevorzugt wird die Stabilisierungsphase ausgewählt aus der Liste bestehend aus Yttrium, Erbium, Cer, Magnesium, Calcium oder Mischungen daraus. Besonders bevorzugt umfasst die Stabilisierungsphase mindestens Yttrium. Die Elemente werden bevorzugt in Form ihrer Oxide, Carbide und/oder Nitride eingesetzt, besonders bevorzugt werden die Oxide eingesetzt. Die Oxide dieser Elemente dienen der Stabilisierung des metastabilen Zustands.
Insbesondere bevorzugt umfasst die Stabilisierungsphase zumindest Yttriumoxid (Y2O3).
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde untersucht, mittels welcher zusätzlichen Dotierungen mit Dotierelementen die Diffusionsgeschwindigkeit, Löslichkeit, Kornwachstum oder andere Parameter der Sinteraktivität erhöht bzw. verbessert werden können.
Es ist bekannt, dass auf Grund des Sintermechanismus von Yttriumoxid-teilstabilisiertem Zirkonoxid eine Erhöhung der freien Oberflächen die Sinteraktivität steigert. Allerdings lässt sich bei der Verwendung immer feinerer Primärkörnungen oder der immer weiteren Vergrößerung der freien Oberflächen durch Mahlung unterhalb einer bestimmten Grenze kein nennenswerter bzw. ausreichender Effekt erzielen, der zu einer verbesserten Sinteraktivität führt. Dies liegt z.B. an der durch Reibungsverluste im dispersen System überproportional steigenden notwendigen Mahlenergie für die Zerkleinerung und an der zunehmenden Reagglomeration der feiner werdenden Partikel.
Es wurde überraschenderweise festgestellt, dass die Dotierung mit einem weiteren Metalloxid, bevorzugt mit mindestens zwei weiteren Metalloxiden, eine Verstärkung bzw. Vervielfachung der Sinteraktivität bewirkt. Der Effekt zeigt sich in einer früheren, das heißt bei niedrigeren Temperaturen beginnender, Verdichtung und damit einer schnelleren Zunahme der Dichte. In einem „Dichte gegen Temperatur"-Diagramm zeigt sich dies graphisch in einer zu niedrigeren Temperaturen verschobenen und steileren Verdichtungskurve.
Eine verbesserte Sinteraktivität liegt vor, wenn die zur Verdichtung der Keramik notwendige Temperatur geringer ist als die Temperatur die zur Verdichtung (Sintern) der undotierten Keramik notwendig ist und/oder die Verdichtung schneller erfolgt.
Aus der Literatur ist die Verwendung von Oxiden der Übergangsmetalle als Dotierungselemente bekannt, um verschiedene keramische oder physikalische Eigenschaften zu beeinflussen. Einige dieser Übergangsmetalloxide verbessern auch die Sinteraktivität bzw. senken die zur Verdichtung notwendige Sintertemperatur. Nachteilig sind in vielen Fällen jedoch die notwendige hohe Dotierungsmenge, die für verschiedene keramische und mechanische Werkstoffeigenschaften nachteilig ist, oder die optischen Effekte durch die Dotierungselemente, wie z.B. Färbungen oder Trübungen.
Zur Erhöhung der Sinteraktivität erfolgt erfindungsgemäß eine Dotierung des XA- teilstabilisierten Zirkonoxids mit einem, zwei, drei oder mehreren Dotierungselementen, bevorzugt zwei oder drei, besonders bevorzugt zwei, bevorzugt in Form der Oxide.
Mindestens eines dieser Dotierungselemente ist ein Nebengruppenelement, d.h. ein Elemente der I., II. und/oder VI. bis VIII Nebengruppe oder ein Seltenerd-Element (Lanthanoid). Bevorzugt wird ein Nebengruppenelement der I., II. und/oder VI. bis VIII Nebengruppe mit einem oder mehreren Seltenerd-Element der Seltenen Erden kombiniert. Besonders bevorzugt wird ein Element der I., II. und/oder VI. bis VIII Nebengruppe mit einem Seltenerd-Element kombiniert.
Bevorzugt wird das mindestens eine Nebengruppenelement ausgewählt aus der Liste bestehend aus Cr, Mn, Fe, Co, Cu, Ni und Zn. Diese Elemente werden bevorzugt als Oxide zugesetzt, da diese im Prozess und im Werkstoff eine gute Kompatibilität mit der Zirkonoxid-Matrix besitzen. Im Falle einer Copräzipitation als Dotierungsprozess werden die Elemente als Salzlösung eingesetzt, z.B. als Nitrat oder Acetat.
Bevorzugt wird mindestens ein Seltenerd-Element ausgewählt aus der Liste bestehend aus La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb und/oder Lu. Insbesondere bevorzugt ausgewählt aus der Liste bestehend aus Pr, Sm, Eu, Gd und Er, da diese Elemente sinterfördernd wirken, d.h. die Sinteraktivität steigern. In einer weiteren Ausgestaltung wird das mindestens eine Seltenerd-Element bevorzugt ausgewählt aus der Liste bestehend aus Ce, Pr, Tb, Er, da diese Elemente färbend wirken, was insbesondere für die Herstellung naturnaher Dentalkeramiken interessant ist.
Die Dotierungselemente werden zusätzlich zu den Elementen der Stabilisierungsphase eingesetzt, sofern sie in dieser Funktion nicht schon zugegeben wurden, d.h. wird Cer bereits als Stabilisierungsphase zugegeben, wird es nicht als Dotierungselement eingesetzt. Gleiches gilt für Erbium.
Überraschenderweise können bei der erfindungsgemäßen Dotierung mit mindestens einem Dotierungselement zusätzlich zur Stabilisierungsphase A die erforderlichen Mengen an Dotierungelementen deutlich reduziert werden. Der Anteil der einzelnen Dotierelemente beträgt < 1 Gew.-%, bevorzugt < 0,5 Gew.-% bezogen auf die Masse des Zirkonoxids. Dadurch können negative Einflüsse durch die Dotierung, wie z.B. eine bestimmte Farbgebung oder unerwünschte Veränderung der Werkstoffeigenschaften, minimiert werden, mit Kombinationen von Oxiden geeigneter Elemente
Besonders bevorzugt ist eine Kombination von Gadolinium und Zink, bevorzugt als Oxide, wobei die Anteile bezogen auf die Masse an Zirkonoxid sich jeweils im Bereich von 0,01 - 1 ,0 Gew.-% bewegen, bevorzugt im Bereich 0,05 - 0,5 Gew.-% .
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung wird ein Yttriumoxid stabilisiertes Zirkonoxid, dotiert mit mindestens einem Nebengruppenelement, bevorzugt Zink, und mindestens einem Seltenerd-Element, bevorzugt Gadolinium, zur Erhöhung der Sinteraktivität eingesetzt, dem weitere Elemente zur Einfärbung und/oder zur Modifikation der Werkstoff ei genschaften zugesetzt sind, wie z.B. Fe2Ü3, Tb304, C03O4 oder Mn02.
Bevorzugt werden die Oxide, Nitride oder Carbide der Dotierungsmittel, besonders bevorzugt deren Oxide, eingesetzt.
Die Dotierung des Werkstoffs mit den erfindungsgemäßen Elementen erfolgt bevorzugt durch Copräzipitation der Komponenten oder durch gemeinsame Mischmahlung und Sprühtrocknung zu einem Granulat. Das vorstabilisierte Granulat, das heißt ein Granulat, das neben dem Zirkonoxid bereits die Elemente der Stabilisierungsphase enthält, bzw. die Rohstoffkomponeneten werden in Wasser dispergiert. Der Feststoffanteil beträgt bevorzugt 40-60 Gew.-%, besonders bevorzugt 50-55 Gew.-% . Die Dotierungselemente werden bevorzugt in Form ihrer Oxide zugesetzt, die Dispersion in z.B. einer Rührwerkskugelmühle mit Zirkonoxidkugeln für mehrere Stunden, bevorzugt 5 h gemahlen. In einer Ausgestaltung wird die Suspension in flüssigem Stickstoff gefriergranuliert und dann gefriergetrocknet.
Aus den so hergestellten Granulaten werden in einer Ausgestaltung axial oder isostatisch Rohlinge oder fertige Bauteile gepresst. Die Teile werden bei angepasster Temperatur und Haltezeit gesintert. So hergestellte Teile können sowohl im technischen als auch im medizinischen beispielsweise im dentalen Bereich Verwendung finden. Bevorzugt werden die Teile als Zahnersatz eingesetzt.
Die Dotierelemente, die einzeln nur geringe positive Effekte haben, zeigen in der Kombination untereinander deutlich bessere Werte z.B. bzgl. der Sinteraktivität, wie oben beschrieben. So kann ohne Dotierungselemente bei 1 200°C beispielsweise eine Sinterdichte von ca. 70% der theoretischen Dichte erreicht werden, bei Zusatz von nur Gadoliniumoxid eine Sinterdichte von ca. 76%, bei Zusatz von nur Zinkoxid eine Sinterdichte von ca. 74%, und bei einem kombinierten Zusatz von Gadoliniumoxid und Zinkoxid eine Sinterdichte von ca. 89% der theoretischen Dichte.
Der erfindungsgemäße Zirkonoxid-Werkstoff kann auch eine Zweitphase aus einer weiteren Keramik enthalten oder mit einer weiteren Keramik kombiniert werden.
Der erfindungsgemäße Werkstoff bringt folgende Vorteile:
- Verringerte Sintertemperatur
- Verringerung des Kornwachstums beim Sintern
- Erhöhung der Festigkeit und Veränderung elektrischer Eigenschaften
- Veränderung der lonenleitfähigkeit
Daraus ergibt sich, das Teile aus diesen Werkstoffen schon bei einer 50 - 1 00 K niedrigerer Temperatur als ohne Dotierung dicht gesintert werden und dadurch ein deutlich feineres Gefüge mit verbesserten mechanischen Werkstoffeigenschaften erreicht wird. Durch die Kombination der Dotierelemente wird z.B. die Festigkeit des Werkstoffs erhöht. Außerdem werden durch die niedrigere Sintertemperatur die Sinterzeiten verkürzt und Kosten reduziert.
Die keramischen Werkstoffe finden in einer Ausgestaltung im Dental-Bereich Anwendung, da die Kombination eines nicht färbenden Nebengruppen-Elements mit einem nicht färbenden Seltenerd-Element zu rein-weißen teilstabiliserten Zirkonoxid- Keramiken führt.
Weiterhin sind Werkstoff Systeme mit temperaturempfindlichen Zusätzen z.B. mit sehr feinen Zusätzen mit Korngrößen im Bereich weniger Nanometer denkbar, da die Sintertemperatur verringert wird.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Ausführungsbeispiele beschrieben, ohne dass diese die Erfindung einschränken soll.
Für die Untersuchungen wurden mit 5 mol% Yttrium (5Y-TZP) vordotierte Granulate eingesetzt. Das Granulat wurde in Wasser dispergiert (ca. 55 Gew.-% Feststoff). Die Dotierungselemente wurden in Form ihrer Oxide zugesetzt. Die Dispersion wurde in einer Rührwerkskugelmühle mit Zirkonoxidkugeln 5 h gemahlen, in flüssigem Stickstoff gefriergranuliert und dann gefriergetrocknet.
Aus den so hergestellten Granulaten wurden axial bei 200 MPa Zylinder mit Durchmesser 1 6,5 mm und Höhe 7 mm gepresst. Die Prüfkörper wurden bei 1 200°C und einer Haltezeit von 2 Stunden gesintert. Die Aufheizrate betrug bis 600°C 24K/h, bis 1 200°C 75K/h. An den so gesinterten Prüfkörpern wurde die Dichte bestimmt.
Vergleichsbeispiel 1
5 Y-TZ P Pulver ohne Dotierung -» Sinterdichte bei 1 .200°C 4,26 g/cm3
Erfindungsgemäßes Beispiel 2
5 Y-TZ P Pulver dotiert mit 0,2 Gew.-% Gd203 -> Sinterdichte bei 1 .200°C 4,60 g/cm3
Erfindungsgemäßes Beispiel 3
5 Y-TZ P Pulver dotiert mit 0,3 Gew.-% Gd203 -> Sinterdichte bei 1 .200°C 4,64 g/cm3
Erfindungsgemäßes Beispiel 4
5 Y-TZ P Pulver dotiert mit 0,4 Gew.-% Gd203 -» Sinterdichte bei 1 .200°C 4,72 g/cm3
Erfindungsgemäßes Beispiel 5 5 Y-TZ P Pulver dotiert 0,05 Gew.-% ZnO -> Sinterdichte bei 1 .200°C 4,47 g/cm3
Erfindungsgemäßes Beispiel 6
5 Y-TZ P Pulver dotiert mit 0,2 Gew.-% Gd203 + 0, 1 Gew.-% ZnO -» Sinterdichte bei 1 .200°C 5,35 g/cm3
Erfindungsgemäßes Beispiel 7
5 Y-TZ P Pulver dotiert mit 0,3 Gew.-% Gd203 + 0, 1 Gew.-% ZnO -» Sinterdichte bei 1 .200°C 5,41 g/cm3
Das Beispiele ist ein Vergleichsbeispiele aus dem Stand der Technik, Beispiele 2 bis 7 sind erfindungsgemäßen Beispiele, wobei die Beispiele 6 und 7 besonders bevorzugte Kombinationen zeigen.

Claims

Ansprüche
1 . XA-Teilstabilisierter Zirkonoxid- Werkstoff mit folgender Zusammensetzung
Zirkonoxid,
eine Stabilisierungsphase A die zu einem metastabilen Zustand des Zirkonoxids führt und ausgewählt ist aus der Liste bestehend aus Yttrium, Erbium, Cer, Magnesium, Calcium oder Mischungen daraus und mit einem Anteil X in mol-% bezogen auf die Gesamtmenge an Zirkonoxid vorliegt,
wobei dem Zirkonoxid zusätzlich mindestens ein weiteres Element , ein
Dotierungselement, zugegeben wird, wobei das mindestens eine
Dotierungselement ein Elemente der I., II. und/oder VI. bis VIII Nebengruppe oder ein Seltenerd-Element ist.
2. Werkstoff gemäß Anspruch 1 , wobei X > 3 mol-%, bevorzugt X = 3 mol-%, 4 mol-% oder 5 mol % .
3. Werkstoff gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Elemente der Stabilisierungsphase A als Oxide, Carbide und/oder Nitride vorliegen, bevorzugt als Oxide.
4. Werkstoff gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Anteil der einzelnen Dotierungselemente < 1 Gew.-%, bevorzugt < 0,5 Gew.-% bezogen auf die Masse des Zirkonoxids beträgt.
5. Werkstoff gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei mindestens zwei Dotierungselemente zugegeben werden, wobei mindestens ein Dotierungselement ein Elemente der I., II. und/oder VI. bis VIII Nebengruppe ist, und mindestens ein weiteres Dotierungselement ein Seltenerd-Element ist.
6. Werkstoff gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das mindestens eine Nebengruppenelemente ausgewählt ist aus der Liste bestehend aus Cr, Mn, Fe, Co, C u, Ni und Zn.
7. Werkstoff gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das mindestens eine Seltenerd-Elemente ausgewählt aus der Liste bestehend aus La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb und/oder Lu.
8. Werkstoff gemäß Anspruch 6, wobei das mindestens eine Seltenerd-Element ausgewählt ist aus der Liste bestehend aus Pr, Sm, Eu, Gd und Er.
9. Werkstoff gemäß Anspruch 7 , wobei das mindestens eine Seltenerd-Element ausgewählt ist aus der Liste bestehend aus Ce, Pr, Er.
10. Werkstoff gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei als Dotierungselemente Gd2Ü3 und ZnO eingesetzt werden
1 1 . Werkstoff gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei als Dotierungselemente jeweils 0,01 - 1 ,0 Gew.-% bezogen auf die Menge an Zirkonoxid, bevorzugt 0,05 - 0,5 Gew.-%, Gd2Ü3 und ZnO eingesetzt werden.
12. Verwendung eines Werkstoffs anch einem der Ansprüche 1 -1 0 im technischen, dentalen oder medizinischen Bereich
13. Verwendung nach Anspruch 1 2 als Teil-, Vollzahnersatz.
PCT/EP2018/076994 2017-10-04 2018-10-04 Teilstabilisierter zirkonoxid-werkstoff mit hoher sinteraktivität Ceased WO2019068807A1 (de)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115894017A (zh) * 2022-12-23 2023-04-04 爱迪特（秦皇岛）科技股份有限公司 一种氧化锆组合物、氧化锆烧结体及制备方法

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19938143A1 (de) * 1999-08-16 2001-02-22 Espe Dental Ag Verwendung von Zirkonoxidkeramiken mit Sinterzusatz zur Herstellung von Zahnersatz
WO2005001155A1 (de) * 2003-06-30 2005-01-06 FNE Forschungsinstitut für Nichteisen-Metalle Freiberg GmbH SINTERKÖRPER AUS ZnO
US20080303181A1 (en) * 2006-05-23 2008-12-11 Ivoclar Vivadent Ag Shaded Zirconia Ceramics
EP2191809A1 (de) * 2008-11-27 2010-06-02 3M Innovative Properties Company Zahnkeramikgegenstand, Verfahren zu dessen Herstellung und Verwendung
EP2500009A1 (de) * 2011-03-17 2012-09-19 3M Innovative Properties Company Zahnkeramikartikel, Verfahren zu dessen Herstellung und Verwendung
WO2013170705A1 (en) * 2012-05-15 2013-11-21 Shenzhen Upcera Co., Ltd Coloring solution for dental zirconia ceramics and method for using the same
DE102013216440A1 (de) * 2012-08-20 2014-02-20 Ceramtec Gmbh Zirkonoxidbasierter Verbundwerkstoff
DE102014202256A1 (de) * 2013-02-13 2014-08-14 Ceramtec Gmbh Ein- und mehrphasige Werkstoffe auf Basis von Zirkonoxid
EP2939993A1 (de) * 2012-12-28 2015-11-04 Tosoh Corporation Lichtdurchlässiger gefärbter zirkoniumoxid-sinterkörper und verwendung davon
EP3214057A1 (de) * 2014-10-31 2017-09-06 Kuraray Noritake Dental Inc. Zirkonoxidzusammensetzung, kalzinierter zirkonoxidkörper und gesinterter zirkonoxidkörper sowie zahnprodukt

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19938143A1 (de) * 1999-08-16 2001-02-22 Espe Dental Ag Verwendung von Zirkonoxidkeramiken mit Sinterzusatz zur Herstellung von Zahnersatz
WO2005001155A1 (de) * 2003-06-30 2005-01-06 FNE Forschungsinstitut für Nichteisen-Metalle Freiberg GmbH SINTERKÖRPER AUS ZnO
US20080303181A1 (en) * 2006-05-23 2008-12-11 Ivoclar Vivadent Ag Shaded Zirconia Ceramics
EP2191809A1 (de) * 2008-11-27 2010-06-02 3M Innovative Properties Company Zahnkeramikgegenstand, Verfahren zu dessen Herstellung und Verwendung
EP2500009A1 (de) * 2011-03-17 2012-09-19 3M Innovative Properties Company Zahnkeramikartikel, Verfahren zu dessen Herstellung und Verwendung
WO2013170705A1 (en) * 2012-05-15 2013-11-21 Shenzhen Upcera Co., Ltd Coloring solution for dental zirconia ceramics and method for using the same
DE102013216440A1 (de) * 2012-08-20 2014-02-20 Ceramtec Gmbh Zirkonoxidbasierter Verbundwerkstoff
EP2939993A1 (de) * 2012-12-28 2015-11-04 Tosoh Corporation Lichtdurchlässiger gefärbter zirkoniumoxid-sinterkörper und verwendung davon
DE102014202256A1 (de) * 2013-02-13 2014-08-14 Ceramtec Gmbh Ein- und mehrphasige Werkstoffe auf Basis von Zirkonoxid
EP3214057A1 (de) * 2014-10-31 2017-09-06 Kuraray Noritake Dental Inc. Zirkonoxidzusammensetzung, kalzinierter zirkonoxidkörper und gesinterter zirkonoxidkörper sowie zahnprodukt

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115894017A (zh) * 2022-12-23 2023-04-04 爱迪特（秦皇岛）科技股份有限公司 一种氧化锆组合物、氧化锆烧结体及制备方法

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