WO2019131782A1 - 歯科用に好適なジルコニア仮焼体 - Google Patents

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    • C04B2235/00Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/65Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/656Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes characterised by specific heating conditions during heat treatment
    • C04B2235/6565Cooling rate
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    • C04B2235/00Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/65Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/656Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes characterised by specific heating conditions during heat treatment
    • C04B2235/6567Treatment time
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    • C04B2235/66Specific sintering techniques, e.g. centrifugal sintering
    • C04B2235/661Multi-step sintering
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    • C04B2235/74Physical characteristics
    • C04B2235/76Crystal structural characteristics, e.g. symmetry
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    • C04B2235/80Phases present in the sintered or melt-cast ceramic products other than the main phase
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    • C04B2235/96Properties of ceramic products, e.g. mechanical properties such as strength, toughness, wear resistance
    • C04B2235/9646Optical properties
    • C04B2235/9653Translucent or transparent ceramics other than alumina
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
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    • C04B2235/70Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
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    • C04B2235/9646Optical properties
    • C04B2235/9661Colour
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    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2237/00Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/30Composition of layers of ceramic laminates or of ceramic or metallic articles to be joined by heating, e.g. Si substrates
    • C04B2237/32Ceramic
    • C04B2237/34Oxidic
    • C04B2237/345Refractory metal oxides
    • C04B2237/348Zirconia, hafnia, zirconates or hafnates
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2237/00Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/50Processing aspects relating to ceramic laminates or to the joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/58Forming a gradient in composition or in properties across the laminate or the joined articles
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
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    • C04B2237/00Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/50Processing aspects relating to ceramic laminates or to the joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/58Forming a gradient in composition or in properties across the laminate or the joined articles
    • C04B2237/582Forming a gradient in composition or in properties across the laminate or the joined articles by joining layers or articles of the same composition but having different additives
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    • Y10TTECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/12All metal or with adjacent metals
    • Y10T428/12229Intermediate article [e.g., blank, etc.]

Definitions

  • the present invention relates to a zirconia calcined body. Furthermore, the present invention relates to a method for producing a zirconia sintered body comprising the zirconia calcined body and a dental product.
  • Zirconia is a compound in which phase transition occurs between a plurality of crystal systems. Therefore, partially-stabilized zirconia (PSZ; Partially-Stabilized Zirconia) and fully-stabilized zirconia in which the phase transition is suppressed by dissolving a stabilizer such as yttria (yttrium oxide; Y 2 O 3 ) in zirconia and suppressing the phase transition are various fields.
  • PSZ partially-stabilized zirconia
  • yttria yttrium oxide
  • Y 2 O 3 yttrium oxide
  • Patent Document 1 discloses a colored zirconia sintered body having high transparency and suitable for dental use (in particular, front teeth).
  • the colored translucent zirconia sintered body described in Patent Document 1 is produced by sintering a pressed compact of zirconia powder at 1450 ° C., a temperature rising rate of 600 ° C./hr, and a holding time of 2 hours. .
  • the zirconia powder contains more than 4.0 mol% and up to 6.5 mol% of yttria and less than 0.1 wt% of alumina, and has a BET specific surface area of 8 to 15 m 2 / g and an average particle size of 0. It is 40 to 0.50 ⁇ m, and the total proportion of tetragonal crystals and cubic crystals contained in the crystals is 80% or more.
  • the holding time at the maximum temperature is 2 hours, and the entire firing step including cooling is required for about 7 to 8 hours.
  • the patient can not receive treatment with the dental prosthesis on the day of the examination, and visit the hospital again on another day Must.
  • the colored translucent zirconia sintered body is manufactured by shortening the holding time at the maximum temperature, it becomes cloudy and the light transmitting property of the sintered body is lowered, and a color tone suitable for dental use can not be reproduced There is a problem called.
  • a zirconia calcined body that exhibits a color tone suitable for dental use (particularly in dental clinics) even after firing for a short time.
  • a zirconia calcined body capable of maintaining the light transmitting property of the sintered body after firing even for a short time firing is required.
  • the inventor of the present invention has made it possible to use a zirconia calcined body whose main crystal system is a monoclinic crystal and the L * a * b * values of each layer after firing.
  • the inventors have found that the above-mentioned problems can be solved by appropriately setting the zirconia calcined body, and have further studied based on this finding and completed the present invention.
  • the present invention includes the following inventions.
  • L1-L2 is more than 0 and 12.0 or less, a2-a1 is more than 0 and 6.0 or less, The zirconia calcined body according to the above [1], wherein b2-b1 is more than 0 and not more than 12.0.
  • L1-L2 is more than 0 and not more than 8.0, a2-a1 is more than 0 and not more than 5.0, The zirconia calcined body according to the above [1] or [2], wherein b2-b1 is more than 0 and not more than 10.0.
  • L1-L2 is 1.0 or more and 7.0 or less
  • a2-a1 is 0.5 or more and 3.0 or less
  • the third point is at a distance of 45% of the total length from the one end
  • the zirconia calcined body according to [7] wherein the fourth point is at a distance of 55% of the total length from the one end.
  • the pigment further contains a pigment, and the pigment is Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Zn, Y, Zr, Sn, Sb, Bi, Ce, Pr, Sm, Eu, Gd, and Tb.
  • I m (111) and I m (11-1) indicate peak intensities of (111) plane and (11-1) plane of the monoclinic system of zirconia in the X-ray diffraction pattern
  • I t (111) represents the peak intensity of the (111) plane of the tetragonal system of zirconia in the X-ray diffraction pattern
  • I c (111) shows the peak intensity of the (111) plane of the cubic system of zirconia in the X-ray diffraction pattern.
  • a first translucent property of a first sintered body produced by firing the zirconia calcined body for 30 minutes at a proper firing temperature When comparing the second light transmitting property of the second sintered body produced by firing the zirconia calcined body at the appropriate firing temperature for 120 minutes, The zirconia calcined body according to any one of the above [1] to [21], wherein the first light transmitting property is 85% or more of the second light transmitting property.
  • a first light transmitting property of a first sintered body produced by firing the zirconia calcined body for 15 minutes at a proper firing temperature When comparing the second light transmitting property of the second sintered body produced by firing the zirconia calcined body at the appropriate firing temperature for 120 minutes, The zirconia calcined body according to any one of the above [1] to [22], wherein the first light transmittance is 85% or more of the second light transmittance.
  • a method for producing a zirconia sintered body comprising firing the zirconia calcined body according to any one of the above [1] to [23] at a maximum firing temperature of 1400 ° C. to 1600 ° C.
  • a method for producing a dental product comprising cutting and processing the zirconia calcined body according to any one of the above [1] to [23].
  • a zirconia calcined body in which a sintered body after firing exhibits a color tone suitable for dental use (particularly, use in a dental clinic) even in a short time firing. Further, according to the present invention, it is possible to provide a zirconia calcined body capable of maintaining the light transmittance of the sintered body after firing even for a short time.
  • FIG. 1 is an X-ray diffraction pattern of a calcined body produced in Example 1.
  • FIG. 7 is an X-ray diffraction pattern of a calcined body produced in Example 3.
  • 7 is an X-ray diffraction pattern of a calcined body produced in Comparative Example 4; It is a graph which shows the change of the light transmission retention rate with respect to the holding time in the suitable calcination temperature. It is a photograph of the external appearance of the zirconia sintered compact regarding judgment of appropriate calcination temperature.
  • the zirconia calcined body of the present invention will be described.
  • the zirconia calcined body can be a precursor (intermediate product) of a zirconia sintered body.
  • a zirconia calcined body can be, for example, one obtained by blocking zirconia particles (powder) in a state in which they are not completely sintered.
  • the density of the zirconia calcined body is preferably 2.7 g / cm 3 or more.
  • the density of the zirconia calcined body is preferably 4.0 g / cm 3 or less, more preferably 3.8 g / cm 3 or less, 3.6 g / cm 3 or less is more preferred. If it is in this density range, molding can be easily performed.
  • the zirconia calcined body of the present invention contains zirconia and a stabilizer capable of suppressing the phase transition of zirconia.
  • the stabilizer is preferably one capable of forming partially stabilized zirconia.
  • the stabilizer include oxides such as calcium oxide (CaO), magnesium oxide (MgO), yttria, cerium oxide (CeO 2 ), scandium oxide (Sc 2 O 3 ) and the like.
  • the content ratio of the stabilizer in the zirconia calcined body of the present invention and the sintered body thereof can be measured, for example, by inductively coupled plasma (ICP; Inductively Coupled Plasma) emission spectroscopy, fluorescent X-ray analysis, or the like.
  • ICP inductively coupled plasma
  • the content of the stabilizer is preferably 0.1 to 18 mol%, more preferably 1 to 15 mol%, based on the total mol of zirconia and the stabilizer. preferable.
  • the main crystal system of zirconia in the zirconia calcined body of the present invention needs to be a monoclinic system.
  • the main crystal system is a monoclinic system
  • the ratio f m of the monoclinic system in the zirconia, which is calculated in the above) represents a ratio of 50% or more.
  • the ratio f m of the monoclinic system in zirconia calculated by the following formula (2) is 55 with respect to the total amount of monoclinic system, tetragonal system and cubic system.
  • the proportion f m of the monoclinic system can be calculated from the following formula (2) based on the peak of the X-ray diffraction (XRD; X-Ray Diffraction) pattern by CuK ⁇ ray.
  • the main crystal system in the zirconia calcined body may contribute to increasing the shrinkage temperature and shortening the sintering time.
  • the ratio f m of the monoclinic system can be made 100%.
  • I m (111) and I m (11-1) indicate peak intensities of the (111) plane and the (11-1) plane of the monoclinic system of zirconia, respectively.
  • I t (111) indicates the peak intensity of the (111) plane of tetragonal zirconia.
  • I c (111) shows the peak intensity of the cubic (111) plane of zirconia.
  • the stabilizer is present such that at least a part of crystals of zirconia is monoclinic. That is, it is preferable that at least a part of the stabilizer is not solid-solved in zirconia. It can be confirmed by, for example, an XRD pattern that part of the stabilizer is not solid-solved in zirconia. When the peak derived from the stabilizer is confirmed in the XRD pattern of the zirconia calcined body, the stabilizer which is not solid-solved in the zirconia is present in the zirconia calcined body.
  • the stabilizer When the entire amount of the stabilizer is solid-solved, basically, no peak derived from the stabilizer is confirmed in the XRD pattern. However, depending on conditions such as the crystal state of the stabilizer, the stabilizer may not be solid-solved in zirconia even if the peak of the stabilizer does not exist in the XRD pattern.
  • the main crystal system of zirconia is tetragonal and / or cubic and there is no stabilizer peak in the XRD pattern, most (essentially all) of the stabilizer is solid solution in zirconia It is thought that it is doing.
  • all of the stabilizers may not be in solid solution in zirconia.
  • that the stabilizer is in solid solution means, for example, that an element (atom) contained in the stabilizer is in solid solution in zirconia.
  • the stabilizer is preferably yttria from the viewpoint of the strength and light transmittance of the zirconia sintered body produced from the zirconia calcined body of the present invention.
  • the content of yttria is preferably 3 mol% or more, more preferably 3.5 mol% or more, and still more preferably 4.0 mol% or more based on the total mol of zirconia and yttria.
  • the content of yttria is 3 mol% or more, the light transmittance of the zirconia sintered body can be enhanced.
  • 7.5 mol% or less is preferable with respect to the sum total mol of a zirconia and a yttria, as for the content rate of yttria, 7.0 mol% or less is more preferable, 6.5 mol% or less is still more preferable, 6.0 mol% or less Particularly preferred.
  • the content rate of yttria is 7.5 mol% or less, strength reduction of the zirconia sintered body can be suppressed.
  • the abundance ratio f y of yttria (hereinafter sometimes referred to as “undissolved yttria”) not solid-solved in zirconia is calculated based on the following equation (1) Can.
  • the abundance ratio f y of undissolved yttria is preferably greater than 0%, more preferably 1% or more, and still more preferably 2% or more.
  • the upper limit of the abundance ratio f y of undissolved yttria may be, for example, 15% or less, but preferably depends on the content of yttria in the zirconia calcined body.
  • f y When the content of yttria is 3 mol% or more and less than 4.5 mol%, f y can be 7% or less. When the content of yttria is 4.5 mol% or more and less than 5.8 mol%, f y can be 11% or less. When the content of yttria is 5.8 mol% or more and less than 7.5 mol%, f y can be 15% or less.
  • f y is preferably 0.5% or more, more preferably 1.0% or more, and 2.0% The above is more preferable.
  • f y is preferably at least 1%, more preferably at least 2%, more preferably 3% or more.
  • f y is preferably 2% or more, more preferably 3% or more, and still more preferably 4% or more.
  • f m / f y is preferably 20 to 200, more preferably 25 to 100, still more preferably 30 to 60, when the content of yttria is 3 mol% or more and less than 4.5 mol%. preferable.
  • f m / f y is preferably 5 to 45, more preferably 10 to 40, and still more preferably 15 to 35.
  • f m / f y is preferably 2 to 40, more preferably 5 to 35, and still more preferably 10 to 30.
  • I m (111) and I m (11-1) indicate peak intensities of (111) plane and (11-1) plane of a monoclinic system of zirconia.
  • I t (111) indicates the peak intensity of the (111) plane of tetragonal zirconia.
  • I c (111) shows the peak intensity of the cubic (111) plane of zirconia.
  • the bending strength of the zirconia calcined body of the present invention is preferably 15 MPa or more in order to secure the strength that enables mechanical processing. Moreover, in order to make mechanical processing easy, 70 Mpa or less is preferable and, as for the bending strength of a calcination body, 60 Mpa or less is more preferable.
  • the bending strength can be measured in accordance with ISO 6872: 2015 (Dentistry-Ceramic materials), but a test piece with a size of 5 mm ⁇ 10 mm ⁇ 50 mm, changing only the condition of the test piece size. Measure using.
  • the face of the test piece and the C-face (the face of the corner of the test piece beveled at an angle of 45 °) are longitudinally face finished with a No. 600 sandpaper.
  • the test piece is disposed so that the widest surface is in the vertical direction (load direction).
  • the distance between supporting points (span) is 30 mm
  • the crosshead speed is 0.5 mm / min.
  • the zirconia calcined body of the present invention may contain additives other than zirconia and a stabilizer as long as the effects of the present invention are exhibited.
  • the additive include colorants (including pigments, composite pigments and fluorescent agents), alumina (Al 2 O 3 ), titanium oxide (TiO 2 ), silica (SiO 2 ) and the like.
  • Examples of the pigment include Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Y, Zr, Sn, Sb, Bi, Ce, Pr, Sm, Eu, Gd, Tb and Er.
  • Examples thereof include oxides of at least one selected element (specifically, NiO, Cr 2 O 3 and the like), Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Zn, Y, Zr, Sn, An oxide of at least one element selected from the group consisting of Sb, Bi, Ce, Pr, Sm, Eu, Gd, and Tb is preferable, and Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Zn, Y is preferable.
  • the zirconia calcined body of the present invention may not contain erbium oxide (Er 2 O 3 ).
  • the composite pigment include (Zr, V) O 2 , Fe (Fe, Cr) 2 O 4 , (Ni, Co, Fe) (Fe, Cr) 2 O 4 .ZrSiO 4 , (Co, Zn) Al 2 O 4 and the like can be mentioned.
  • Y 2 SiO 5 Ce
  • Y 2 SiO 5 Tb
  • (Y, Gd, Eu) BO 3 Y 2 O 3
  • Eu Eu
  • YAG Ce
  • ZnGa 2 O 4 Zn
  • BaMgAl 10 O 17 Eu
  • the zirconia calcined body of the present invention can be produced, for example, by the following method. First, a raw material powder is manufactured. Using a monoclinic zirconia powder and a powder of stabilizer (eg, yttria powder), a mixture is made to have a desired content of stabilizer (eg, yttria). The mixture is then added to water to make a slurry and wet milled mixed in a ball mill until the desired particle size is achieved. The crushed slurry is dried by a spray drier and granulated. The obtained powder is fired at a temperature (for example, 800 to 1200 ° C.) at which the zirconia particles do not reach sintering to produce a powder (primary powder).
  • a temperature for example, 800 to 1200 ° C.
  • the obtained primary powder is divided into at least two (preferably four).
  • a pigment is added to each of the powders as first to fourth powders.
  • each powder to which the pigment is added is added to water to prepare a slurry, and wet grinding and mixing are carried out with a ball mill until the desired particle size is achieved.
  • Additives such as a binder are added to the crushed slurry as required, and then dried by a spray drier to prepare four types of powders (secondary powders) of first to fourth powders.
  • the first powder of the secondary powder is filled in a predetermined mold, the upper surface is rubbed to flatten the upper surface of the first powder, and then the second powder is filled on the first powder. And scrape the top surface to flatten the top surface of the second powder.
  • the third powder is filled on the second powder, and the upper surface is scraped to flatten the upper surface of the third powder.
  • the fourth powder is filled on the third powder, and the upper surface is rubbed to flatten the upper surface of the fourth powder.
  • the upper mold is set and primary press molding is performed by a uniaxial press molding machine.
  • the obtained primary press-formed product is CIP-formed to produce a four-layered formed product.
  • the resulting shaped body can be fired at a temperature at which the zirconia particles do not reach sintering to produce a zirconia calcined body.
  • the zirconia calcined body of the present invention may be prepared by firing (i.e., calcining) a zirconia molded body formed from a raw material powder containing zirconia particles and a stabilizer at a temperature at which the zirconia particles do not reach sintering. Can be done (calcining process).
  • the calcination temperature is preferably, for example, 800 ° C. or more, more preferably 900 ° C. or more, and still more preferably 950 ° C. or more, in order to ensure blocking.
  • the firing temperature is, for example, preferably 1200 ° C. or less, more preferably 1150 ° C. or less, and still more preferably 1100 ° C.
  • the temperature is preferably 800 ° C. to 1200 ° C. It is thought that solid solution of a stabilizer does not advance if it is such a calcination temperature.
  • the zirconia calcined body of the present invention may be a molded body having a predetermined shape.
  • the zirconia calcined body can have a disc (disk) shape, a rectangular solid shape, or a dental product shape (for example, a crown shape).
  • a dental product (for example, a crown-shaped prosthesis) obtained by processing a calcined zirconia disk by a CAD-CAM (Computer-Aided Design / Computer-Aided Manufacturing) system is also included in the calcined body.
  • CAD-CAM Computer-Aided Design / Computer-Aided Manufacturing
  • the zirconia calcined body of the present invention can produce a highly translucent sintered body even by firing for a short time.
  • a sintered body produced by firing the zirconia calcined body of the present invention for a given time which is a proper firing temperature is taken as a first sintered body.
  • a sintered body produced by firing the zirconia calcined body of the present invention at an appropriate firing temperature for 120 minutes is used as a second sintered body.
  • the light transmitting property of the first sintered body is the second The light transmittance of the sintered body is preferably 85% or more, more preferably 90% or more, still more preferably 95% or more, and particularly preferably substantially equal. Furthermore, when the baking time of the first sintered body is 15 minutes, the light transmitting property of the first sintered body is preferably 85% or more of the light transmitting property of the second sintered body, and is 90% or more. Is more preferable, 95% or more is more preferable, and it is particularly preferable to be substantially the same.
  • the zirconia calcined body of the present invention has the advantages relating to the above-mentioned short time sintering.
  • the details, such as an evaluation method, are demonstrated in the below-mentioned Example.
  • the zirconia calcined body of the present invention has a total length of 25 from the one end on a straight line extending in a first direction from one end of the zirconia calcined body to the other end from the viewpoint of reproducing a color tone suitable for dental use.
  • L1 is 68.0 or more and 90.0 or less
  • a1 is -3.0 or more and 4.5 or less
  • b1 is 0.0 or more and 24.0 or less
  • L2 is 60.0 or more and 85.0 or less
  • a2 is -2.0 or more and 7.0 or less
  • b2 is 4.0 or more and 28.0 or less
  • L1 is 69.0 or more and 89.0 or less, a1 is -2.7 or more and 4.0 or less, b1 is 1.0 or more and 23.5 or less, L2 is 61.5 or more and 84.5 or less, a2 is -1.5 or more and 6.5 or less, b2 is 5.5 or more and 26.0 or less. More preferably, L1 is 70.0 or more and 87.0 or less, a1 is -2.5 or more and 3.7 or less, b1 is 2.0 or more and 23.0 or less, L2 is 63.0 or more and 84.0 or less, a2 is -1.2 or more and 6.0 or less, b2 is 7.0 or more and 24.0 or less.
  • the color tone of an average natural tooth can be matched.
  • the zirconia calcined body of the present invention is L1-L2 is more than 0 and 12.0 or less, a2-a1 is greater than 0 and less than or equal to 6.0, It is preferable that b2-b1 is more than 0 and 12.0 or less. More preferably, L1-L2 is more than 0 and not more than 10.0, a2-a1 is greater than 0 and not more than 5.5, b2-b1 is more than 0 and 11.0 or less. More preferably, L1-L2 is more than 0 and not more than 8.0, a2-a1 is more than 0 and not more than 5.0, b2-b1 is greater than 0 and less than or equal to 10.0.
  • L1-L2 is 1.0 or more and 7.0 or less, a2-a1 is 0.5 or more and 3.0 or less, b2-b1 is 1.6 or more and 6.5 or less. Most preferably, L1-L2 is 1.5 or more and 6.4 or less, a2-a1 is 0.8 or more and 2.6 or less, b2-b1 is 1.7 or more and 6.0 or less. By satisfying the above range, the color tone of natural teeth can be more suitably reproduced.
  • the zirconia sintered body obtained by firing the zirconia calcined body of the present invention preferably changes in color from one end connecting the two ends to the other end.
  • FIG. 1 a schematic diagram of a zirconia sintered compact.
  • the L * value, the a * value and the b * value tend to increase or decrease in the opposite direction It is preferable not to change to That is, when the L * value tends to decrease on the straight line from one end P to the other end Q, it is preferable that there is no section in which the L * value substantially increases.
  • FIG. 1 a schematic diagram of a zirconia sintered compact.
  • a section in which the a * value decreases by 1 or more It is preferable not to exist, and it is more preferable that there is no section decreasing by 0.5 or more.
  • the b * value tends to increase on a straight line from one end P to the other end Q, it is preferable that there is no section in which the b * value substantially decreases.
  • a section in which the b * value decreases by 1 or more It is preferable not to exist, and it is more preferable that there is no section decreasing by 0.5 or more.
  • the color change direction in the zirconia sintered body 10 is preferably such that the a * value and the b * value tend to increase when the L * value tends to decrease from one end P to the other end Q. For example, from one end P to the other end Q, it changes from white to light yellow, light orange or light brown.
  • a point between the first point A and the second point D is taken as a third point B as a point on a straight line connecting one end P to the other end Q.
  • L3 is 66.0 or more and 89.0 or less
  • a3 is -2.5 or more and 6.0 or less
  • b3 is 1.5 or more and 25.0 or less
  • L1>L3> L2 a1 ⁇ a3 ⁇ a2 and b1 ⁇ b3 ⁇ b2, Is preferred.
  • a point between the third point B and the second point D is referred to as a fourth point C.
  • L4 is 62.0 or more and 86.0 or less
  • a4 is -2.2 or more and 7.0 or less
  • b4 is 3.5 or more and 27.0 or less
  • b1 ⁇ b3 ⁇ b4 ⁇ b2 Is preferred.
  • the first point A is preferably in a section from one end P to 25% of the length between the one end P and the other end Q (hereinafter referred to as “total length”).
  • the third point B is preferably in a section from 30% of the full length from one end P to 70% of the full length from one end P, for example, 45% of the full length from one end P It is also good.
  • the second point D is preferably in the section from the other end Q to 25% of the total length.
  • the fourth point C is preferably in a section from 30% of the total length away from the other end Q to 70% of the total length from the other end Q, for example, 45% of the total length from the other end Q (ie one end P And 55% of the total length).
  • a zirconia calcined body and its sintered compact have crown shape, for example, said "one end” and "the other end", It is preferable to indicate one point at the end on the incisal side and one point on the end at the root side.
  • the one point may be a point on the end face or a point on the cross section.
  • the point in the section from one end or the other end to 25% of the total length means, for example, a point separated from the one end or the other end by a distance corresponding to 10% of the height of the crown.
  • the “one end” and the “other end” preferably indicate one point on the upper surface and the lower surface (bottom surface).
  • the one point may be a point on the end face or a point on the cross section.
  • the point in the section from one end or the other end to 25% of the total length means, for example, a point separated from the one end or the other end by a distance corresponding to 10% of the thickness of the hexahedron or the disc.
  • the “first direction from one end to the other” means a direction in which the color is changing.
  • the first direction is preferably a direction in which the powder is laminated in a manufacturing method described later.
  • the first direction is preferably a direction connecting the incisal side and the root side.
  • the zirconia sintered body of the present invention will be described.
  • the zirconia sintered body can be said to be, for example, one in which zirconia particles (powder) are in a sintered state.
  • the zirconia sintered body of the present invention refers to one prepared from the zirconia calcined body of the present invention.
  • the relative density of the zirconia sintered body is preferably 99.5% or more. The relative density can be calculated as a ratio of the actual density measured by the Archimedes method to the theoretical density.
  • the zirconia sintered body of the present invention is not only a sintered body obtained by sintering molded zirconia particles under normal pressure or non-pressurization, as well as HIP (Hot Isostatic Pressing) treatment, etc.
  • a sintered body densified by high temperature pressure treatment is also included.
  • the content of zirconia and the stabilizer in the zirconia sintered body of the present invention is the same as the content in the calcined body before preparation of the sintered body.
  • the ratio f m of monoclinic system is preferably 10% or less, more preferably 5% or less, and substantially not contained (0%) preferable.
  • Crystal systems other than monoclinic system are tetragonal and / or cubic.
  • the solid solution proportion of the stabilizer in the zirconia sintered body of the present invention it is preferable that 95% or more of the contained stabilizer is solid-solved in zirconia, and substantially all the stabilizers are It is more preferable that it is in solid solution.
  • the stabilizer is yttria
  • the abundance ratio f y of undissolved yttria in the zirconia sintered body of the present invention is preferably 5% or less, more preferably 1% or less, and substantially all solid solution (0%) is more preferable.
  • a stabilizer for example, yttria
  • a stabilizer is considered to be solid solution in zirconia.
  • the zirconia sintered body of the present invention can be produced by firing a zirconia calcined body at a temperature at which the zirconia particles reach sintering (sintering step). 1400 degreeC or more is preferable, for example, and, as for the calcination temperature in a sintering process, 1450 degreeC or more is more preferable. Moreover, 1650 degrees C or less is preferable, and, as for this calcination temperature, for example, 1600 degrees C or less is more preferable.
  • the temperature raising rate and the temperature lowering rate are preferably 300 ° C./min or less.
  • the holding time at a sinterable temperature is preferably less than 120 minutes, more preferably 90 minutes or less, still more preferably 75 minutes or less, still more preferably 60 minutes or less, 45 Minutes or less are particularly preferred and 30 minutes or less are most preferred. Furthermore, it can also be 25 minutes or less, 20 minutes or less, or 15 minutes or less.
  • the holding time is preferably 1 minute or more, more preferably 5 minutes or more, and still more preferably 10 minutes or more. According to the zirconia calcined body of the present invention, it is possible to suppress the decrease in light transmittance of the produced zirconia sintered body even with such a short baking time. In addition, shortening the firing time can improve production efficiency and reduce energy costs.
  • the temperature raising rate and the temperature lowering rate in the sintering step can be set to reach the maximum firing temperature in the shortest time depending on the performance of the firing furnace.
  • the temperature rising rate to the maximum firing temperature is, for example, 10 ° C./min or more, 50 ° C./min or more, 100 ° C./min or more, 120 ° C./min or more, 150 ° C./min or more, or 200 ° C./min or more be able to.
  • the temperature drop rate is preferably set so as not to cause defects such as cracks in the sintered body. For example, after completion of heating, the sintered body can be allowed to cool at room temperature.
  • the highest firing temperature means the highest temperature in the sintering process.
  • the zirconia sintered body obtained by firing the zirconia calcined body of the present invention can be suitably used for dental products.
  • dental products for example, coping, framework, crown, crown bridge, abutment, implant, implant screw, implant fixture, implant bridge, implant bar, bracket, denture base, inlay, onlay, orthodontic wire And laminate veneers.
  • a suitable method can be selected as the manufacturing method according to each application, for example, a dental product can be obtained by cutting the zirconia calcined body of the present invention and then sintering it. it can.
  • a CAD / CAM system is used in the cutting process.
  • the present invention includes embodiments in which the above-described configurations are variously combined within the scope of the technical idea of the present invention as long as the effects of the present invention are exhibited.
  • Examples 1 to 8 and Comparative Examples 1 to 2 [Preparation of zirconia calcined body and sintered body]
  • the zirconia calcined bodies and the sintered bodies thereof of the respective examples and comparative examples were produced by the following procedure.
  • the method of producing the raw material powder used to produce the zirconia calcined body will be described.
  • a mixture was prepared to have the yttria content described in Table 1.
  • this mixture was added to water to prepare a slurry, which was wet-ground and mixed in a ball mill until the average particle size became 0.13 ⁇ m or less.
  • the pulverized slurry was dried by a spray drier, and the obtained powder was calcined at 950 ° C. for 2 hours to produce a powder (primary powder).
  • the average particle size can be determined by a laser diffraction scattering method.
  • the laser diffraction scattering method can be measured, for example, with a laser diffraction type particle size distribution measuring apparatus (SALD-2300: manufactured by Shimadzu Corporation) using a 0.2% aqueous sodium hexametaphosphate solution as a dispersion medium. .
  • SALD-2300 manufactured by Shimadzu Corporation
  • the obtained primary powder was divided into four as first to fourth powders, and to each powder, a pigment was added with a composition shown in Table 1.
  • the numerical values shown in Table 1 are the pigment content relative to the mixed powder (100% by mass) of zirconia and yttria.
  • each powder to which the pigment was added was added to water to prepare a slurry, and wet grinding and mixing were carried out with a ball mill until the average particle diameter becomes 0.13 ⁇ m or less.
  • the binder was added to the pulverized slurry, it was dried by a spray drier to prepare four types of powders (secondary powders) of first to fourth powders.
  • the upper mold was set, and primary pressing was performed for 90 seconds at a surface pressure of 300 kg / cm 2 using a uniaxial press molding machine.
  • the obtained primary press-formed product was CIP-formed at 1700 kg / cm 2 for 5 minutes to produce a four-layered formed product.
  • the obtained molded body was fired at 1000 ° C. for 2 hours to prepare a zirconia calcined body.
  • a zirconia calcined body was formed into a crown shape using a CAD / CAM system ("Katana (registered trademark) CAD / CAM system", Kurare Noritake Dental Co., Ltd.).
  • the zirconia calcined body was fired at 1500 ° C. in Example 1, and at 1550 ° C. in Examples 2 to 8 and Comparative Examples 1 to 2 to prepare a zirconia sintered body.
  • the lengths of the zirconia sintered bodies in the stacking direction of the first to fourth powders were all about 8 mm.
  • any of the zirconia sintered bodies is yellowish white to pale yellow from the area corresponding to the first layer derived from the first powder to the area corresponding to the fourth layer derived from the fourth powder.
  • a changing gradation was formed and had the same appearance as a natural tooth.
  • Comparative Example 1 had strong redness and Comparative Example 2 had strong yellowishness, and the color tone was unnatural as compared to that of the natural teeth, and it could not be said that the same appearance as natural teeth was exhibited.
  • the (L *, a *, b *) of the zirconia sintered body produced independently from each of these powders is the (L *, a) of each point in the zirconia sintered body produced from the laminate of the above four powders. It corresponds to *, b *).
  • the first powder corresponds to a first point A
  • the second powder to a third point B
  • the third powder to a fourth point C
  • the fourth powder to a second point D.
  • the XRD patterns of the zirconia calcined bodies of Examples 1 to 3 were measured using CuK ⁇ radiation to calculate f y and f m .
  • the XRD pattern of the zirconia calcined body produced in Example 1 is shown in FIG.
  • the XRD pattern of the zirconia calcined body produced in Example 3 is shown in FIG.
  • Comparative Examples 3 to 4 zirconia calcined bodies were produced by the method described later using commercially available partially stabilized zirconia powders, and the XRD patterns were respectively measured to calculate f y and f m .
  • Zpex registered trademark
  • Comparative Example 4 Zpex (registered trademark) Smile manufactured by Tosoh Corporation was used.
  • 100 g of the zirconia powder is filled in a mold having an inner size of 82 mm ⁇ 25 mm, the upper surface is scraped to be flat, the upper mold is set, and 90 with a surface pressure of 300 kg / cm 2 by a uniaxial press molding machine. Primary press molding for 2 seconds.
  • the obtained primary press molded product was CIP molded at 1700 kg / cm 2 for 5 minutes to produce a molded product.
  • the formed body was fired at 1000 ° C. for 2 hours to prepare a zirconia calcined body.
  • the XRD pattern of the zirconia calcined body produced in Comparative Example 4 is shown in FIG.
  • Example 9 and Comparative Example 5 [Measurement of translucent retention rate to firing time] A zirconia sintered body was produced using each of the zirconia calcined bodies of the examples and comparative examples described later, and the relationship between the retention time at the appropriate firing temperature and the light transmittance was examined.
  • the first powder of the secondary powder of Example 2 was used.
  • the secondary powder is prepared by adjusting the size in advance and press-forming so that a zirconia sintered body having a thickness of 1.2 mm can be obtained after # 600 polishing of both surfaces of the obtained zirconia sintered body.
  • a molded body was produced, and the molded body was fired at 1000 ° C. for 2 hours to produce a zirconia calcined body.
  • the sample (zirconia calcined body) was fired for 120 minutes at 1550 ° C., which is the proper firing temperature specified by the method described later, to produce a sintered body.
  • Both sides of the obtained zirconia sintered body were polished by # 600, and a zirconia sintered body having a thickness of 1.2 mm was used for light transmittance measurement.
  • the translucency of the obtained zirconia sintered body was measured by the below-mentioned method.
  • a sintered body was produced by changing the holding time at the appropriate firing temperature (1550 ° C.) to 60 minutes, 30 minutes, and 15 minutes.
  • Translucency was similarly measured about each zirconia sintered compact.
  • the temperature raising rate and the temperature lowering rate were set to the same conditions as the firing for 120 minutes.
  • the change of the light transmittance ( ⁇ L * x ) of the sintered body fired for the holding time x min to the light transmittance ( ⁇ L * 120 ) of the sintered body fired at the proper firing temperature for 120 minutes is taken as the light transmittance Calculated by
  • Comparative Example 5 the same measurement as in Example 9 was performed using Zpex (registered trademark) Smile made by Tosoh Corporation as Comparative Example 4.
  • the appropriate firing temperature of zirconia refers to the firing temperature specified by the manufacturer when using commercially available zirconia.
  • the specified baking temperature it can be defined as follows. First, the zirconia calcined body was fired at various temperatures for 120 minutes, and then both surfaces were polished by # 600 to obtain a sample of a zirconia sintered body having a thickness of 1.2 mm. The appearance of the obtained sample was visually observed, and the appropriate firing temperature of each zirconia calcined body was determined based on the following criteria based on the transparency of the sample. As in the sample on the left side of FIG.
  • the state in which the transparency is high and the background is transmitted can be regarded as the zirconia calcined body being sufficiently fired.
  • the state of low transparency or the state of white turbidity is insufficient for firing.
  • the lowest temperature that can be regarded as being sufficiently fired as in the sample on the left side of FIG. 6 was judged as the proper firing temperature of the zirconia calcined body.
  • the appropriate firing temperature of the zirconia used in each of the examples and comparative examples is 1500 ° C.
  • the light transmittance of the zirconia sintered body was measured with a D65 light source using a spectrocolorimeter CM-3610A manufactured by Konica Minolta Co., Ltd., L * a * b * color system (JIS Z 8781-4: 2013 It was calculated using the L * value of lightness (color space) in colorimetry-part 4: CIE 1976 L * a * b * color space).
  • the L * value measured with the sample background white is the first L * value
  • the L * value measured with the sample background black for the same sample whose first L * value was measured is the second A value ( ⁇ L *) obtained by subtracting the second L * value from the first L * value is used as a numerical value indicating translucency.
  • Example 9 In Comparative Example 5, as the holding time at the appropriate firing temperature decreases, the light transmittance decreases, and in 60 minutes firing, 91% of the light transmittance in 120 minutes firing, and in 30 minutes firing, the light transmittance in 120 minutes firing The lightness was 74%, and the light for 15 minutes was 63% of the light transmission for 120 minutes. On the other hand, in Example 9, even if the holding time at the proper firing temperature was shortened, the same light transmission as that for the firing for 120 minutes could be secured. In the 30-minute firing, it can be made almost 100% of the 120-minute firing, and in the 15-minute firing it can be made 95% or more of the 120 ° C. firing.
  • the baking time can be shortened while maintaining high translucency.
  • the production efficiency of the zirconia sintered body can be enhanced, and the energy cost can be reduced.
  • the time burden on the patient can be reduced.
  • the crystal system of the calcined zirconia body of Comparative Example 4 used in Comparative Example 5 is tetragonal and cubic, and monoclinic crystals can not be detected substantially. It is considered that all yttria is dissolved in zirconia.
  • the crystal system of zirconia is mainly monoclinic, and undissolved yttria is present. It is considered that these differences affect the possibility of sintering for a short time.
  • the zirconia calcined body of the present invention and the sintered body thereof can be used for dental products such as a prosthesis.

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Abstract

本発明は、短時間焼成で好適な色調を呈するジルコニア仮焼体を提供する。本発明は、主結晶系が単斜晶のジルコニアとジルコニア相転移を抑制可能な安定化剤を含み、ジルコニア仮焼体の一端から他端に向かう第1方向に延在する直線上にて、該一端から全長の25%までの区間にある第1点のL*a*b*表色系の焼結後の(L*,a*,b*)を(L1,a1,b1)とし、該他端から全長の25%までの区間にある第2点の焼結後の(L*,a*,b*)を(L2,a2,b2)とし、L1、a1、b1、L2、a2、及びb2が所定の範囲内であり、L1>L2、a1<a2、b1<b2であり、第1点から第2点に向かって焼結後の(L*,a*,b*)の増減傾向が変化しないジルコニア仮焼体に関する。

Description

歯科用に好適なジルコニア仮焼体
 本発明は、ジルコニア仮焼体に関する。さらに、本発明は、該ジルコニア仮焼体からなるジルコニア焼結体及び歯科用製品の製造方法に関する。
 ジルコニアは、複数の結晶系間で相転移が生じる化合物である。そこで、イットリア(酸化イットリウム;Y)等の安定化剤をジルコニアに固溶させて相転移を抑制した部分安定化ジルコニア(PSZ;Partially-Stabilized Zirconia)及び完全安定化ジルコニアが種々の分野において利用されている。
 歯科分野において、ジルコニア材料は強度が高いものの透光性が低いことからフレーム用材料として使用されてきた。また、近年はジルコニア材料の透光性向上に伴い、ジルコニアのみで歯科用補綴物を作製することも多くなっている。特許文献1には透光性が高く歯科用(特に前歯)に好適な着色ジルコニア焼結体が開示されている。
 特許文献1に記載の着色透光性ジルコニア焼結体は、ジルコニア粉末のプレス成形体を1450℃、昇温速度600℃/hr、及び保持時間2時間の条件で焼結することによって作製される。当該ジルコニア粉末は、4.0mol%を超え6.5mol%以下のイットリアと、0.1wt%未満のアルミナを含有し、BET比表面積が8~15m/gであり、平均粒径が0.40~0.50μmであり、結晶中に含まれる正方晶及び立方晶の合計割合が80%以上である。
国際公開第2015/199018号
 従来、ジルコニアのみでの歯科用補綴物の作製は歯科技工所で行われることが多かったが、歯科医院で簡便に作製することも近年増えてきており、この場合はジルコニアを短時間で焼成する必要がある。
 特許文献1に記載のジルコニア焼結体の製造方法においては、最高温度での保持時間が2時間とされ、冷却まで含めた全焼成工程は7~8時間程度必要となる。このような従来の着色透光性ジルコニア焼結体で歯科用補綴物を作製する場合には、患者は、診察当日に歯科用補綴物による治療を受けることができず、別の日に再度通院しなければならない。一方、該着色透光性ジルコニア焼結体は最高温度での保持時間を短縮して製造しようとすると、白濁して焼結体の透光性が低下し、歯科用として好適な色調が再現できないという課題がある。
 そこで、短時間焼成でも、焼成後の焼結体が歯科用(特に歯科医院での使用)として好適な色調を呈するジルコニア仮焼体が求められている。また、短時間焼成でも、焼成後の焼結体の透光性を維持できるジルコニア仮焼体が求められている。
 本発明者は、上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、主たる結晶系が単斜晶であるジルコニア仮焼体とすること及び、焼成後の各層のL*a*b*値を適切に設定したジルコニア仮焼体とすることによって、上記課題を解決できることを見出し、この知見に基づいてさらに研究を進め、本発明を完成するに至った。
 すなわち、本発明は以下の発明を包含する。
[1]ジルコニアと、
 ジルコニアの相転移を抑制可能な安定化剤と、を含有し、
 ジルコニアの主たる結晶系が単斜晶であるジルコニア仮焼体であって、
 前記ジルコニア仮焼体の一端から他端に向かう第1方向に延在する直線上において、
 前記一端から全長の25%までの区間にある第1点のL*a*b*表色系による焼結後の(L*,a*,b*)を(L1,a1,b1)とし、
 前記他端から全長の25%までの区間にある第2点のL*a*b*表色系による焼結後の(L*,a*,b*)を(L2,a2,b2)としたとき、
 L1が68.0以上90.0以下であり、
 a1が-3.0以上4.5以下であり、
 b1が0.0以上24.0以下であり、
 L2が60.0以上85.0以下であり、
 a2が-2.0以上7.0以下であり、
 b2が4.0以上28.0以下であり、
 L1>L2であり、
 a1<a2であり、
 b1<b2であり、
 前記第1点から前記第2点に向かってL表色系による焼結後の(L*,a*,b*)の増減傾向が変化しない、ジルコニア仮焼体。
[2]L1-L2が0超12.0以下であり、
 a2-a1が0超以上6.0以下であり、
 b2-b1が0超12.0以下である、前記[1]に記載のジルコニア仮焼体。
[3]L1-L2が0超8.0以下であり、
 a2-a1が0超5.0以下であり、
 b2-b1が0超10.0以下である、前記[1]又は[2]に記載のジルコニア仮焼体。
[4]L1-L2が1.0以上7.0以下であり、
 a2-a1が0.5以上3.0以下であり、
 b2-b1が1.6以上6.5以下である、前記[1]~[3]のいずれかに記載のジルコニア仮焼体。
[5]前記第1点と前記第2点とを結ぶ直線上において、
 前記第1点から前記第2点に向かって焼結後のL*値が1以上増加する区間が存在せず、
 前記第1点から前記第2点に向かって焼結後のa*値が1以上減少する区間が存在せず、
 前記第1点から前記第2点に向かって焼結後のb*値が1以上減少する区間が存在しない、前記[1]~[4]のいずれかに記載のジルコニア仮焼体。
[6]前記第1点から前記第2点を結ぶ直線上において、前記第1点と前記第2点の間にある第3点のL*a*b*表色系による焼結後の(L*,a*,b*)を(L3,a3,b3)としたとき、
 L3が66.0以上89.0以下であり、
 a3が-2.5以上6.0以下であり、
 b3が1.5以上25.0以下であり、
 L1>L3>L2であり、
 a1<a3<a2であり、
 b1<b3<b2である、前記[1]~[5]のいずれかに記載のジルコニア仮焼体。
[7]前記第1点から前記第2点を結ぶ直線上において、前記第3点と前記第2点の間にある第4点のL*a*b*表色系による焼結後の(L*,a*,b*)を(L4,a4,b4)としたとき、
 L4が62.0以上86.0以下であり、
 a4が-2.2以上7.0以下であり、
 b4が3.5以上27.0以下であり、
 L1>L3>L4>L2であり、
 a1<a3<a4<a2であり、
 b1<b3<b4<b2である、前記[6]に記載のジルコニア仮焼体。
[8]前記第3点は前記一端から全長の45%の距離にあり、
 前記第4点は前記一端から全長の55%の距離にある、前記[7]に記載のジルコニア仮焼体。
[9]前記ジルコニアの55%以上が単斜晶である、前記[1]~[8]のいずれかに記載のジルコニア仮焼体。
[10]前記安定化剤の少なくとも一部がジルコニアに固溶されていない、前記[1]~[9]のいずれかに記載のジルコニア仮焼体。
[11]密度が2.7~4.0g/cmである、前記[1]~[10]のいずれかに記載のジルコニア仮焼体。
[12]曲げ強さが15~70MPaである、前記[1]~[11]のいずれかに記載のジルコニア仮焼体。
[13]さらに顔料を含み、前記顔料が、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Zn、Y、Zr、Sn、Sb、Bi、Ce、Pr、Sm、Eu、Gd、及びTbからなる群から選択される少なくとも1つの元素の酸化物である、前記[1]~[12]のいずれかに記載のジルコニア仮焼体。
[14]前記安定化剤がイットリアである、前記[1]~[13]のいずれかに記載のジルコニア仮焼体。
[15]前記ジルコニアと前記イットリアの合計molに対して、前記イットリアを3~7.5mol%含有する、前記[14]に記載のジルコニア仮焼体。
[16]X線回折パターンにおいてイットリアのピークが存在する、前記[14]又は[15]に記載のジルコニア仮焼体。
[17]以下の数式(1)に基づいて算出したfが0%超である、前記[14]~[16]のいずれかに記載のジルコニア仮焼体。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
(ただし、I(111)は、CuKα線によるX線回折パターンにおける2θ=29°付近のイットリアの(111)面のピーク強度を示し、
 I(111)及びI(11-1)は、前記X線回折パターンにおけるジルコニアの単斜晶系の(111)面及び(11-1)面のピーク強度を示し、
 I(111)は、前記X線回折パターンにおけるジルコニアの正方晶系の(111)面のピーク強度を示し、
 I(111)は、前記X線回折パターンにおけるジルコニアの立方晶系の(111)面のピーク強度を示す。
[18]前記fが15%以下である、前記[17]に記載のジルコニア仮焼体。
[19]前記ジルコニア仮焼体におけるイットリアの含有率が3mol%以上4.5mol%未満であり、前記fが0.5%以上である、前記[17]又は[18]に記載のジルコニア仮焼体。
[20]前記ジルコニア仮焼体におけるイットリアの含有率が4.5mol%以上5.8mol%未満であり、前記fが1%以上である、前記[17]又は[18]に記載のジルコニア仮焼体。
[21]前記ジルコニア仮焼体におけるイットリアの含有率が5.8mol%以上7.5mol%以下であり、前記fが2%以上である、前記[17]又は[18]に記載のジルコニア仮焼体。
[22]前記ジルコニア仮焼体を適正焼成温度で30分間焼成して作製された第1の焼結体の第1の透光性と、
 前記ジルコニア仮焼体を該適正焼成温度で120分間焼成して作製された第2の焼結体の第2の透光性と、を比較したとき、
 前記第1の透光性が前記第2の透光性の85%以上である、前記[1]~[21]のいずれかに記載のジルコニア仮焼体。
[23]前記ジルコニア仮焼体を適正焼成温度で15分間焼成して作製された第1の焼結体の第1の透光性と、
 前記ジルコニア仮焼体を該適正焼成温度で120分間焼成して作製された第2の焼結体の第2の透光性と、を比較したとき、
 前記第1の透光性が前記第2の透光性の85%以上である、前記[1]~[22]のいずれかに記載のジルコニア仮焼体。
[24]ジルコニア粒子と安定化剤と含む原料粉末から形成されたジルコニア成形体を800℃~1200℃で仮焼する、前記[1]~[23]のいずれかに一項に記載のジルコニア仮焼体の製造方法。
[25]前記[1]~[23]のいずれかに記載のジルコニア仮焼体を最高焼成温度1400℃~1600℃で焼成する、ジルコニア焼結体の製造方法。
[26]最高焼成温度での保持時間が120分未満である、前記[25]に記載のジルコニア焼結体の製造方法。
[27]前記[1]~[23]のいずれかに記載のジルコニア仮焼体を切削加工した後に焼結する、歯科用製品の製造方法。
[28]前記ジルコニア仮焼体を、CAD/CAMシステムを用いて切削加工した後に焼結した状態である、前記[27]に記載の歯科用製品の製造方法。
 本発明によれば、短時間焼成でも、焼成後の焼結体が歯科用(特に歯科医院での使用)に好適な色調を呈する、ジルコニア仮焼体を提供することが可能となる。また、本発明によれば、短時間焼成でも、焼成後の焼結体の透光性を維持できるジルコニア仮焼体を提供することが可能となる。
ジルコニア焼結体の模式図である。 実施例1において作製した仮焼体のX線回折パターンである。 実施例3において作製した仮焼体のX線回折パターンである。 比較例4において作製した仮焼体のX線回折パターンである。 適正焼成温度での保持時間に対する透光性保持率の変化を示すグラフである。 適正焼成温度の判断に関するジルコニア焼結体の外観の写真である。
 本発明のジルコニア仮焼体について説明する。ジルコニア仮焼体は、ジルコニア焼結体の前駆体(中間製品)となり得るものである。本発明において、ジルコニア仮焼体とは、例えば、ジルコニア粒子(粉末)が完全には焼結していない状態でブロック化したものをいうことができる。ジルコニア仮焼体の密度は2.7g/cm以上が好ましい。また、ジルコニア仮焼体の密度は4.0g/cm以下が好ましく、3.8g/cm以下がより好ましく、3.6g/cm以下がさらに好ましい。この密度範囲にあると成形加工を容易に行うことができる。
 本発明のジルコニア仮焼体は、ジルコニアと、ジルコニアの相転移を抑制可能な安定化剤と、を含有する。該安定化剤は、部分安定化ジルコニアを形成可能なものが好ましい。該安定化剤としては、例えば、酸化カルシウム(CaO)、酸化マグネシウム(MgO)、イットリア、酸化セリウム(CeO)、酸化スカンジウム(Sc)等の酸化物が挙げられる。本発明のジルコニア仮焼体及びその焼結体中の安定化剤の含有率は、例えば、誘導結合プラズマ(ICP;Inductively Coupled Plasma)発光分光分析、蛍光X線分析等によって測定することができる。本発明のジルコニア仮焼体及びその焼結体において、該安定化剤の含有率は、ジルコニアと安定化剤の合計molに対して、0.1~18mol%が好ましく、1~15mol%がより好ましい。
 本発明のジルコニア仮焼体におけるジルコニアの主たる結晶系は単斜晶系であることが必要である。本発明において、「主たる結晶系が単斜晶系である」とは、ジルコニア中のすべての結晶系(単斜晶系、正方晶系及び立方晶系)の総量に対して以下の数式(2)で算出されるジルコニア中の単斜晶系の割合fが50%以上の割合を占めるものを指す。本発明のジルコニア仮焼体において、以下の数式(2)で算出されるジルコニア中の単斜晶系の割合fは、単斜晶系、正方晶系及び立方晶系の総量に対して55%以上が好ましく、60%以上がより好ましく、70%以上がさらに好ましく、75%以上がよりさらに好ましく、80%以上が特に好ましく、85%以上がさらに特に好ましく、90%以上が最も好ましい。単斜晶系の割合fは、CuKα線によるX線回折(XRD;X-Ray Diffraction)パターンのピークに基づいて以下の数式(2)から算出することができる。なお、ジルコニア仮焼体における主たる結晶系は、収縮温度の高温化及び焼結時間の短縮化に寄与している可能性がある。
 本発明のジルコニア仮焼体においては、正方晶及び立方晶のピークが実質的に検出されなくてもよい。すなわち、単斜晶系の割合fが100%とすることができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
 数式(2)において、I(111)及びI(11-1)は、それぞれジルコニアの単斜晶系の(111)面及び(11-1)面のピーク強度を示す。I(111)は、ジルコニアの正方晶系の(111)面のピーク強度を示す。I(111)は、ジルコニアの立方晶系の(111)面のピーク強度を示す。
 本発明のジルコニア仮焼体において、前記安定化剤は、ジルコニアの結晶のうち少なくとも一部が単斜晶であるように存在していると好ましい。すなわち、該安定化剤の少なくとも一部がジルコニアに固溶されていないことが好ましい。安定化剤の一部がジルコニアに固溶されていないことは、例えば、XRDパターンによって確認することができる。ジルコニア仮焼体のXRDパターンにおいて、安定化剤に由来するピークが確認された場合には、ジルコニア仮焼体中においてジルコニアに固溶されていない安定化剤が存在していることになる。安定化剤の全量が固溶された場合には、基本的に、XRDパターンにおいて安定化剤に由来するピークは確認されない。ただし、安定化剤の結晶状態等の条件によっては、XRDパターンに安定化剤のピークが存在していない場合であっても、安定化剤がジルコニアに固溶されていないこともあり得る。ジルコニアの主たる結晶系が正方晶及び/又は立方晶であり、XRDパターンに安定化剤のピークが存在していない場合には、安定化剤の大部分(基本的に全部)はジルコニアに固溶しているものと考えられる。本発明のジルコニア仮焼体においては、該安定化剤の全部がジルコニアに固溶されていなくてもよい。なお、本発明において、安定化剤が固溶するとは、例えば、安定化剤に含まれる元素(原子)がジルコニアに固溶することをいう。
 本発明のジルコニア仮焼体から作製したジルコニア焼結体の強度及び透光性の観点から、安定化剤はイットリアが好ましい。イットリアの含有率は、ジルコニアとイットリアの合計molに対して、3mol%以上が好ましく、3.5mol%以上がより好ましく、4.0mol%以上がさらに好ましい。イットリアの含有率が3mol%以上の場合、ジルコニア焼結体の透光性を高めることができる。また、イットリアの含有率は、ジルコニアとイットリアの合計molに対して、7.5mol%以下が好ましく、7.0mol%以下がより好ましく、6.5mol%以下がさらに好ましく、6.0mol%以下が特に好ましい。イットリアの含有率が7.5mol%以下の場合、ジルコニア焼結体の強度低下を抑制することができる。
 本発明のジルコニア仮焼体において、ジルコニアに固溶されていないイットリア(以下において「未固溶イットリア」ということがある)の存在率fは、以下の数式(1)に基づいて算出することができる。未固溶イットリアの存在率fは、0%より大きいと好ましく、1%以上がより好ましく、2%以上がさらに好ましい。未固溶イットリアの存在率fの上限は、例えば15%以下であってもよいが、好適にはジルコニア仮焼体におけるイットリアの含有率に依存する。イットリアの含有率が3mol%以上4.5mol%未満であるとき、fは7%以下とすることができる。イットリアの含有率が4.5mol%以上5.8mol%未満であるとき、fは11%以下とすることができる。イットリアの含有率が5.8mol%以上7.5mol%未満であるとき、fは15%以下とすることができる。
 本発明のジルコニア仮焼体において、イットリアの含有率が3mol%以上4.5mol%未満であるとき、fは0.5%以上が好ましく、1.0%以上がより好ましく、2.0%以上がさらに好ましい。イットリアの含有率が4.5mol%以上5.8mol%未満であるとき、fは1%以上が好ましく、2%以上がより好ましく、3%以上がさらに好ましい。イットリアの含有率が5.8mol%以上7.5mol%以下であるとき、fは2%以上が好ましく、3%以上がより好ましく、4%以上がさらに好ましい。本発明のジルコニア仮焼体において、イットリアの含有率が3mol%以上4.5mol%未満であるとき、f/fは20~200が好ましく、25~100がより好ましく、30~60がさらに好ましい。イットリアの含有率が4.5mol%以上5.8mol%未満であるとき、f/fは5~45が好ましく、10~40がより好ましく、15~35がさらに好ましい。イットリアの含有率が5.8mol%以上7.5mol%以下であるとき、f/fは2~40が好ましく、5~35がより好ましく、10~30がさらに好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
 数式(1)において、I(111)は、CuKα線によるXRDパターンにおける2θ=29°付近のイットリアの(111)面のピーク強度を示す。I(111)及びI(11-1)は、ジルコニアの単斜晶系の(111)面及び(11-1)面のピーク強度を示す。I(111)は、ジルコニアの正方晶系の(111)面のピーク強度を示す。I(111)は、ジルコニアの立方晶系の(111)面のピーク強度を示す。
 上記数式(1)は、I(111)の代わりに他のピークを代入することによって、イットリア以外の安定化剤の未固溶存在率の算出にも適用することができる。
 本発明のジルコニア仮焼体の曲げ強さは、機械的加工を可能にする強度を確保するために、15MPa以上が好ましい。また、仮焼体の曲げ強さは、機械的加工を容易にするために、70MPa以下が好ましく、60MPa以下がより好ましい。
 前記曲げ強さは、ISO 6872:2015(Dentistry-Ceramic materials)に準拠して測定することができるが、試験片の大きさの条件のみを変えて、5mm×10mm×50mmの大きさの試験片を用いて測定を行う。該試験片の面及びC面(試験片の角を45°の角度で面取りした面)は、600番のサンドペーパーで長手方向に面仕上げする。該試験片は、最も広い面が鉛直方向(荷重方向)を向くように配置する。3点曲げ試験測定において、支点間距離(スパン)は30mm、クロスヘッドスピードは0.5mm/分とする。
 本発明のジルコニア仮焼体は、本発明の効果を奏する限り、ジルコニア及び安定化剤以外の添加物を含有してもよい。該添加物としては、例えば、着色剤(顔料、複合顔料及び蛍光剤を含む)、アルミナ(Al)、酸化チタン(TiO)、シリカ(SiO)等が挙げられる。
 前記顔料としては、例えば、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Zn、Y、Zr、Sn、Sb、Bi、Ce、Pr、Sm、Eu、Gd、Tb及びErからなる群から選択される少なくとも1つの元素の酸化物(具体的には、NiO、Cr等)が挙げられ、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Zn、Y、Zr、Sn、Sb、Bi、Ce、Pr、Sm、Eu、Gd、及びTbからなる群から選択される少なくとも1つの元素の酸化物が好ましく、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Zn、Y、Zr、Sn、Sb、Bi、Ce、Sm、Eu、Gd、及びTbからなる群から選択される少なくとも1つの元素の酸化物がより好ましい。また、本発明のジルコニア仮焼体は、酸化エルビウム(Er)を含まないものであってもよい。前記複合顔料としては、例えば、(Zr,V)O、Fe(Fe,Cr)、(Ni,Co,Fe)(Fe,Cr)・ZrSiO、(Co,Zn)Al等が挙げられる。蛍光剤としては、例えば、YSiO:Ce、YSiO:Tb、(Y,Gd,Eu)BO、Y:Eu、YAG:Ce、ZnGa:Zn、BaMgAl1017:Eu等が挙げられる。
 本発明のジルコニア仮焼体は、例えば、以下の方法で製造できる。まず、原料粉末を製造する。単斜晶のジルコニア粉末と安定化剤の粉末(例えば、イットリア粉末)とを用いて、所望の安定化剤(例えば、イットリア)の含有率となるように混合物を作製する。次に、この混合物を水に添加してスラリーを作製し、所望の粒径になるまでボールミルで湿式粉砕混合する。粉砕後のスラリーをスプレードライヤで乾燥させて造粒する。得られた粉末をジルコニア粒子が焼結に至らない温度(例えば、800~1200℃)で焼成して、粉末(一次粉末)を作製する。得られた一次粉末を少なくとも2つ(好適には4つ)に分ける。以下、例えば、一次粉末を4つに分ける場合について説明する。第1~第4粉末として、各粉末に対して顔料を添加する。顔料の含有率に相違が生じるように、一方には顔料を添加せず、他方には、顔料を添加してもよい。その後、顔料を添加した各粉末を水に添加してそれぞれスラリーを作製し、所望の粒径になるまでボールミルで湿式粉砕混合する。粉砕後のスラリーに必要に応じてバインダ等の添加剤を添加した後、スプレードライヤで乾燥させて、第1~第4粉末の4種類の粉末(二次粉末)を作製する。次に、所定の金型に、前記二次粉末の第1粉末を充填し、上面をすりきって第1粉末の上面を平坦にならし、続けて、第1粉末上に第2粉末を充填し、上面をすりきって第2粉末の上面を平坦にならす。同様に、第2粉末上に第3粉末を充填し、上面をすりきって第3粉末の上面を平坦にならす。さらに、第3粉末上に第4粉末を充填し、上面をすりきって第4粉末の上面を平坦にならす。最後に、上型をセットし、一軸プレス成形機によって、1次プレス成形する。得られた1次プレス成形体をCIP成形して、4層構造の成形体を作製する。得られた成形体をジルコニア粒子が焼結に至らない温度で焼成してジルコニア仮焼体を作製することができる。
 本発明のジルコニア仮焼体は、ジルコニア粒子と安定化剤とを含む原料粉末から形成されたジルコニア成形体をジルコニア粒子が焼結に至らない温度で焼成(即ち仮焼)して作製することができる(仮焼工程)。仮焼温度は、ブロック化を確実にするため、例えば、800℃以上が好ましく、900℃以上がより好ましく、950℃以上がさらに好ましい。また、焼成温度は、寸法精度を高めるため、例えば、1200℃以下が好ましく、1150℃以下がより好ましく、1100℃以下がさらに好ましい。すなわち、本発明のジルコニア仮焼体の製造方法として、800℃~1200℃であることが好ましい。このような焼成温度であれば、安定化剤の固溶は進行しないと考えられる。
 本発明のジルコニア仮焼体は、所定の形状を有する成形体であってもよい。例えば、ジルコニア仮焼体は、ディスク(円板)形状、直方体形状、歯科製品形状(例えば歯冠形状)を有することができる。仮焼したジルコニアディスクをCAD/CAM(Computer-Aided Design/Computer-Aided Manufacturing)システムで加工した歯科用製品(例えば歯冠形状の補綴物)も仮焼体に含まれる。
 本発明のジルコニア仮焼体は、短時間の焼成でも透光性の高い焼結体を作製することができる。本発明のジルコニア仮焼体を適正焼成温度である一定時間焼成して作製した焼結体を第1の焼結体とする。また、本発明のジルコニア仮焼体を適正焼成温度で120分間焼成して作製した焼結体を第2の焼結体とする。第1の焼結体の焼成時間を30分間として、第1の焼結体と第2の焼結体の透光性を比較したとき、第1の焼結体の透光性が、第2の焼結体の透光性の85%以上が好ましく、90%以上がより好ましく、95%以上がさらに好ましく、実質的に同等であることが特に好ましい。さらに、第1の焼結体の焼成時間を15分間としたとき、第1の焼結体の透光性が、第2の焼結体の透光性の85%以上が好ましく、90%以上がより好ましく、95%以上がさらに好ましく、実質的に同等であることが特に好ましい。以上のことから、本発明のジルコニア仮焼体は、上述の短時間焼結に関する利点を有する。なお、本発明における適正焼成温度、及び透光性については、後述の実施例において評価方法等、詳細を説明する。
 本発明のジルコニア仮焼体は、歯科用として好適な色調を再現する観点から、前記ジルコニア仮焼体の一端から他端に向かう第1方向に延在する直線上において、前記一端から全長の25%までの区間にある第1点のL*a*b*表色系による焼結後の(L*,a*,b*)を(L1,a1,b1)とし、前記他端から全長の25%までの区間にある第2点のL*a*b*表色系による焼結後の(L*,a*,b*)を(L2,a2,b2)としたとき、
 L1が68.0以上90.0以下であり、
 a1が-3.0以上4.5以下であり、
 b1が0.0以上24.0以下であり、
 L2が60.0以上85.0以下であり、
 a2が-2.0以上7.0以下であり、
 b2が4.0以上28.0以下であり、
 L1>L2であり、
 a1<a2であり、
 b1<b2であり、
前記第1点から前記第2点に向かってL*a*b*表色系による焼結後の(L*,a*,b*)の増減傾向が変化しないことが重要である。好ましくは、
 L1が69.0以上89.0以下であり、
 a1が-2.7以上4.0以下であり、
 b1が1.0以上23.5以下であり、
 L2が61.5以上84.5以下であり、
 a2が-1.5以上6.5以下であり、
 b2が5.5以上26.0以下である。より好ましくは、
 L1が70.0以上87.0以下であり、
 a1が-2.5以上3.7以下であり、
 b1が2.0以上23.0以下であり、
 L2が63.0以上84.0以下であり、
 a2が-1.2以上6.0以下であり、
 b2が7.0以上24.0以下である。
上記の範囲を満たすことにより、平均的な天然歯の色調に適合させることができる。
 本発明のジルコニア仮焼体は、
 L1-L2が0超12.0以下であり、
 a2-a1が0超6.0以下であり、
 b2-b1が0超12.0以下であることが好ましい。より好ましくは、
 L1-L2が0超10.0以下であり、
 a2-a1が0超5.5以下であり、
 b2-b1が0超11.0以下である。さらに好ましくは、
 L1-L2が0超8.0以下であり、
 a2-a1が0超5.0以下であり、
 b2-b1が0超10.0以下である。特に好ましくは、
 L1-L2が1.0以上7.0以下であり、
 a2-a1が0.5以上3.0以下であり、
 b2-b1が1.6以上6.5以下である。最も好ましくは、
 L1-L2が1.5以上6.4以下であり、
 a2-a1が0.8以上2.6以下であり、
 b2-b1が1.7以上6.0以下である。
上記の範囲を満たすことにより、天然歯の色調をより好適に再現することができる。
 本発明のジルコニア仮焼体を焼成したジルコニア焼結体は、両端を結ぶ一端から他端に向かって色が変化していることが好ましい。以下、ジルコニア焼結体の模式図として図1を用いて説明する。図1に示すジルコニア焼結体10の一端Pから他端Qに向かう第1方向Yに延在する直線上において、L*値、a*値及びb*値の増加傾向又は減少傾向は逆方向に変化しないと好ましい。すなわち、一端Pから他端Qに向かう直線上においてL*値が減少傾向にある場合、L*値が実質的に増加する区間は存在しないと好ましい。例えば、図1のように、一端Pから他端Qを結ぶ直線上の点として第1点A、第2点Dとしたとき、第1点Aと第2点Dとを結ぶ直線上において、第1点Aから第2点Dに向かってL*値が減少傾向にある場合、L*値が1以上増加する区間が存在しないと好ましく、0.5以上増加する区間が存在しないとより好ましい。また、一端Pから他端Qに向かう直線上においてa*値が増加傾向にある場合、a*値が実質的に減少する区間は存在しないと好ましい。例えば、第1点Aと第2点Dとを結ぶ直線上において、第1点Aから第2点Dに向かってa*値が増加傾向にある場合、a*値が1以上減少する区間が存在しないと好ましく、0.5以上減少する区間が存在しないとより好ましい。さらに、一端Pから他端Qに向かう直線上においてb*値が増加傾向にある場合、b*値が実質的に減少する区間は存在しないと好ましい。例えば、第1点Aと第2点Dとを結ぶ直線上において、第1点Aから第2点Dに向かってb*値が増加傾向にある場合、b*値が1以上減少する区間が存在しないと好ましく、0.5以上減少する区間が存在しないとより好ましい。 
 ジルコニア焼結体10における色の変化方向は、一端Pから他端Qに向かって、L*値が減少傾向にあるとき、a*値及びb*値は増加傾向にあると好ましい。例えば、一端Pから他端Qに向かって、白色から薄黄色、薄オレンジ色又は薄茶色へと変化する。
 図1のジルコニア焼結体10において、一端Pから他端Qを結ぶ直線上の点として第1点Aと第2点Dの間の点を第3点Bとする。第3点BのL*a*b*表色系による(L*,a*,b*)を(L3,a3,b3)としたとき、
 L3が66.0以上89.0以下であり、
 a3が-2.5以上6.0以下であり、
 b3が1.5以上25.0以下であり、
 L1>L3>L2であり、
 a1<a3<a2であり、
 b1<b3<b2である、
ことが好ましい。
 さらに、第3点Bと第2点Dの間の点を第4点Cとする。第4点のL*a*b*表色系による(L*,a*,b*)を(L4,a4,b4)としたとき、
 L4が62.0以上86.0以下であり、
 a4が-2.2以上7.0以下であり、
 b4が3.5以上27.0以下であり、
 L1>L3>L4>L2であり、
 a1<a3<a4<a2であり、
 b1<b3<b4<b2である、
ことが好ましい。
 図1のジルコニア焼結体10において、第1点Aは、一端Pから、一端Pと他端Q間の長さ(以下、「全長」という)の25%までの区間にあると好ましい。第3点Bは、一端Pから全長の長さの30%離れた所から、一端Pから全長の70%までの区間にあると好ましく、例えば、一端Pから全長の45%の距離にあってもよい。第2点Dは、他端Qから、全長の25%までの区間にあると好ましい。第4点Cは、他端Qから全長の30%離れた所から、他端Qから全長の70%までの区間にあると好ましく、例えば、他端Qから全長の45%(すなわち、一端Pから全長の55%)の距離にあってもよい。
 以上、図1の模式図を用いて説明してきたが、本発明において、例えば、ジルコニア仮焼体及びその焼結体が歯冠形状を有する場合、上記「一端」及び「他端」とは、切端側の端部の一点及び根元側の端部の一点を指すと好ましい。当該一点は、端面上の一点でもよいし、断面上の一点でもよい。一端又は他端から全長の25%までの区間にある点とは、例えば、一端又は他端から、歯冠の高さの10%に相当する距離離れた点をいう。
 ジルコニア仮焼体が、円板形状や直方体等の六面体形状を有する場合、上記「一端」及び「他端」とは、上面及び下面(底面)上の一点を指すと好ましい。当該一点は、端面上の一点でもよいし、断面上の一点でもよい。一端又は他端から全長の25%までの区間にある点とは、例えば、一端又は他端から、六面体又は円板の厚さの10%に相当する距離離れた点をいう。
 なお、本発明において、「一端から他端に向かう第1方向」とは、色が変化している方向を意味する。例えば、第1方向とは、後述の製造方法における粉末を積層する方向であると好ましい。例えば、ジルコニア仮焼体が歯冠形状を有する場合、第1方向は、切端側と根元側を結ぶ方向であると好ましい。
 本発明のジルコニア焼結体について説明する。本発明において、ジルコニア焼結体とは、例えば、ジルコニア粒子(粉末)が焼結状態に至ったものということができる。特に、本発明のジルコニア焼結体は、本発明のジルコニア仮焼体から作製されたものをいう。該ジルコニア焼結体の相対密度は99.5%以上が好ましい。相対密度は、理論密度に対する、アルキメデス法で測定した実測密度の割合として算出することができる。
 本発明のジルコニア焼結体には、成形したジルコニア粒子を常圧下ないし非加圧下において焼結させた焼結体のみならず、HIP(Hot Isostatic Pressing;熱間静水等方圧プレス)処理等の高温加圧処理によって緻密化させた焼結体も含まれる。
 本発明のジルコニア焼結体におけるジルコニア及び安定化剤の含有率は、焼結体作製前の仮焼体における含有率と同様である。該ジルコニア焼結体におけるジルコニアの結晶系については、単斜晶系の割合fは、10%以下が好ましく、5%以下がより好ましく、実質的には含有されていない(0%)とさらに好ましい。単斜晶系以外の結晶系は、正方晶及び/又は立方晶である。
 本発明のジルコニア焼結体における安定化剤の固溶の割合については、含有されている安定化剤の95%以上がジルコニアに固溶されていると好ましく、実質的には全安定化剤が固溶されているとより好ましい。安定化剤がイットリアの場合、本発明のジルコニア焼結体における未固溶イットリアの存在率fは、5%以下が好ましく、1%以下がより好ましく、実質的にはすべて固溶されている(0%)とさらに好ましい。なお、後述の焼結工程において、安定化剤(例えばイットリア)は、ジルコニアに固溶されると考えられる。
 本発明のジルコニア焼結体の製造方法について以下に説明する。本発明のジルコニア焼結体は、ジルコニア粒子が焼結に至る温度でジルコニア仮焼体を焼成して作製することができる(焼結工程)。焼結工程における焼成温度は、例えば、1400℃以上が好ましく、1450℃以上がより好ましい。また、該焼成温度は、例えば、1650℃以下が好ましく、1600℃以下がより好ましい。昇温速度及び降温速度は300℃/分以下が好ましい。
 焼結工程において、焼結可能温度(例えば、最高焼成温度)における保持時間は、120分未満が好ましく、90分以下がより好ましく、75分以下がさらに好ましく、60分以下がよりさらに好ましく、45分以下が特に好ましく、30分以下が最も好ましい。さらに、25分以下、20分以下、又は15分以下とすることもできる。また、当該保持時間は1分以上が好ましく、5分以上がより好ましく、10分以上がさらに好ましい。本発明のジルコニア仮焼体によれば、このような短い焼成時間であっても、作製されるジルコニア焼結体の透光性の低下を抑制することができる。また、焼成時間を短縮することにより、生産効率を高めると共に、エネルギーコストを低減させることができる。
 焼結工程における昇温速度及び降温速度は、焼結工程に要する時間が短くなるように設定すると好ましい。例えば、昇温速度は、焼成炉の性能に応じて最短時間で最高焼成温度に到達するように設定することができる。最高焼成温度までの昇温速度は、例えば、10℃/分以上、50℃/分以上、100℃/分以上、120℃/分以上、150℃/分以上、又は200℃/分以上とすることができる。降温速度は、焼結体にクラック等の欠陥が生じないような速度を設定すると好ましい。例えば、加熱終了後、焼結体を室温で放冷することができる。最高焼成温度とは焼結工程において、最も高くなる温度を意味する。
 本発明のジルコニア仮焼体を焼成したジルコニア焼結体は、歯科用製品に好適に使用できる。歯科用製品としては、例えば、例えば、コーピング、フレームワーク、クラウン、クラウンブリッジ、アバットメント、インプラント、インプラントスクリュー、インプラントフィクスチャー、インプラントブリッジ、インプラントバー、ブラケット、義歯床、インレー、アンレー、矯正用ワイヤー、ラミネートベニア等が挙げられる。また、その製造方法としては各用途に応じて適切な方法を選択することができるが、例えば、本発明のジルコニア仮焼体を切削加工した後に焼結することにより、歯科用製品を得ることができる。なお、該切削工程においてCAD/CAMシステムを用いることが好ましい。
 本発明は、本発明の効果を奏する限り、本発明の技術的思想の範囲内において、上記の構成を種々組み合わせた実施形態を含む。
 以下、実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例により何ら限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で多くの変形が当分野において通常の知識を有する者により可能である。
[実施例1~8及び比較例1~2]
[ジルコニア仮焼体及び焼結体の作製]
 各実施例及び比較例のジルコニア仮焼体及びその焼結体を以下の手順により作製した。
 ジルコニア仮焼体を作製するために使用する原料粉末の作製方法について説明する。まず、単斜晶のジルコニア粉末とイットリア粉末とを用いて、表1に記載のイットリアの含有率となるように混合物を作製した。次に、この混合物を水に添加してスラリーを作製し、平均粒径0.13μm以下になるまでボールミルで湿式粉砕混合した。粉砕後のスラリーをスプレードライヤで乾燥させ、得られた粉末を950℃で2時間焼成して、粉末(一次粉末)を作製した。なお、前記平均粒径は、レーザー回折散乱法により求めることができる。レーザー回折散乱法は、具体的に例えば、レーザー回折式粒度分布測定装置(SALD-2300:株式会社島津製作所製)により、0.2%ヘキサメタリン酸ナトリウム水溶液を分散媒に用いて測定することができる。
 得られた一次粉末を第1~第4粉末として4つに分け、各粉末に対して、表1に示す組成で顔料を添加した。表1に示す数値は、ジルコニアとイットリアの混合粉末(100質量%)に対する顔料の含有率である。その後、顔料を添加した各粉末を水に添加してそれぞれスラリーを作製し、平均粒径0.13μm以下になるまでボールミルで湿式粉砕混合した。粉砕後のスラリーにバインダを添加した後、スプレードライヤで乾燥させて、第1~第4粉末の4種類の粉末(二次粉末)を作製した。
 次に、ジルコニア仮焼体の製造方法について説明する。まず、内寸82mm×25mmの金型に、前記二次粉末の第1粉末を35g充填し、上面をすりきって第1粉末の上面を平坦にならした。続けて、第1粉末上に、第2粉末を15g充填し、上面をすりきって第2粉末の上面を平坦にならした。同様に、第2粉末上に、第3粉末を15g充填し、上面をすりきって第3粉末の上面を平坦にならした。さらに、第3粉末上に、第4粉末を35g充填し、上面をすりきって第4粉末の上面を平坦にならした。最後に、上型をセットし、一軸プレス成形機によって、面圧300kg/cmで90秒間、1次プレス成形した。得られた1次プレス成形体を1700kg/cmで5分間、CIP成形して、4層構造の成形体を作製した。
 得られた成形体を1000℃で2時間焼成してジルコニア仮焼体を作製した。次に、CAD/CAMシステム(「カタナ(登録商標) CAD/CAMシステム」、クラレノリタケデンタル株式会社)を用いて歯冠形状に成形した。該ジルコニア仮焼体を、実施例1では1500℃、実施例2~8及び比較例1~2では1550℃で30分間焼成して、ジルコニア焼結体を作製した。なお、第1~第4粉末の積層方向のジルコニア焼結体の長さはいずれも約8mmであった。
[ジルコニア焼結体の色調確認(1)]
 各実施例及び比較例のジルコニア焼結体について、天然歯の外観との比較の観点で、目視により色調を評価した。
 実施例1~8ではいずれのジルコニア焼結体も、第1粉末に由来する第1層に相当する領域から第4粉末に由来する第4層に相当する領域に向かって、黄白色から薄黄色へと変化するグラデーションが形成され、天然歯と同様の外観を呈していた。
 一方、比較例1は赤みが強く、比較例2は黄色みが強く、いずれも色調が天然歯と比較して不自然であり、天然歯と同等の外観を呈するとは言えなかった。
[ジルコニア焼結体の色調確認(2)]
 各実施例及び比較例のジルコニア焼結体の色調について、以下の方法で定量的に評価した。各例における二次粉末の第1粉末、第2粉末、第3粉末、及び第4粉末について、それぞれ単独のジルコニア焼結体を作製し、L*a*b*表色系(JIS Z 8781-4:2013 測色-第4部:CIE 1976 L*a*b*色空間)による(L*,a*,b*)を測定した。これらの各粉末から単独で作製したジルコニア焼結体の(L*,a*,b*)は、上記の4つの粉末の積層体から作製したジルコニア焼結体における各点の(L*,a*,b*)に相当する。具体的には、第1粉末は第1点A、第2粉末は第3点B、第3粉末は第4点C、第4粉末は第2点Dに相当する。(L*,a*,b*)は、各粉末単独で製造したジルコニア焼結体を直径14mm、厚さ1.2mmの円板となるように加工(両面は#600研磨)した後、コニカミノルタ株式会社製の分光測色計CM-3610Aを用いて、D65光源、測定モードSCI、測定径/照明径=φ8mm/φ11mm、白背景にて測定した。評価結果を表1に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
[実施例1~3及び比較例3~4]
[ジルコニア仮焼体の作製及びXRD測定]
 ジルコニアの結晶系及び安定化剤がジルコニアに固溶されていない程度を確認した。結果を表2に示す。
 実施例1~3のジルコニア仮焼体について、CuKα線を用いてXRDパターンを測定し、f及びfを算出した。図2に、実施例1で作製したジルコニア仮焼体のXRDパターンを示す。図3に、実施例3で作製したジルコニア仮焼体のXRDパターンを示す。
 また、比較例3~4として、市販の部分安定化ジルコニア粉末を用いて後述の方法によりジルコニア仮焼体を作製して、それぞれXRDパターンを測定し、f及びfを算出した。比較例3として東ソー株式会社製Zpex(登録商標)、比較例4として東ソー株式会社製Zpex(登録商標)Smileを用いた。まず、内寸82mm×25mmの金型に、前記ジルコニア粉末を100g充填し、上面をすりきって平坦にならし、上型をセットして一軸プレス成形機によって、面圧300kg/cmで90秒間、1次プレス成形した。次に、得られた1次プレス成形体を1700kg/cmで5分間、CIP成形して、成形体を作製した。次に、成形体を1000℃で2時間焼成してジルコニア仮焼体を作製した。図4に、比較例4で作製したジルコニア仮焼体のXRDパターンを示す。
 図4の通り、比較例4におけるジルコニア仮焼体においては、単斜晶のジルコニアのピークは確認されなかった。また、イットリアのピークも確認されなかった。比較例3も同様の結果となった。一方、図2及び図3より、実施例1及び3におけるジルコニア仮焼体においては、単斜晶、正方晶及び立方晶のジルコニアのピークが確認され、単斜晶のピークのほうが高強度であった。実施例2も同様の結果となった。また、実施例のいずれのジルコニア仮焼体においても、2θが29.4°付近にイットリアのピーク(図2及び図3におけるピーク番号6)も確認され、それぞれのジルコニア仮焼体においては、一部のイットリアがジルコニアに固溶していないと考えられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
[実施例9及び比較例5]
[焼成時間に対する透光性保持率の測定]
 後述の実施例及び比較例の各ジルコニア仮焼体を用いてジルコニア焼結体を作製し、適正焼成温度における保持時間と透光性との関係を調べた。
 実施例9においては実施例2の二次粉末の第1粉末を用いた。まず、得られるジルコニア焼結体の両面を#600研磨加工後に厚さ1.2mmのジルコニア焼結体が得られるように、予めサイズを調整してプレス成形を行うことで、該二次粉末からなる成形体を作製し、成形体を1000℃で2時間焼成してジルコニア仮焼体を作製した。次に、後述の方法により特定した適正焼成温度である、1550℃に設定して、120分間、試料(ジルコニア仮焼体)を焼成して焼結体を作製した。得られたジルコニア焼結体の両面を#600研磨加工し、厚さ1.2mmのジルコニア焼結体を透光性の測定に用いた。得られたジルコニア焼結体の透光性を後述の方法により測定した。次に、同じ方法で作製したジルコニア仮焼体の試料について、適正焼成温度(1550℃)での保持時間を60分、30分、15分と変更して焼結体を作製し、得られた各ジルコニア焼結体について同様に透光性を測定した。なお、昇温速度と降温速度は、120分間の焼成と同一条件とした。適正焼成温度で120分間焼成した焼結体の透光性(ΔL*120)に対する、保持時間x分間で焼成した焼結体の透光性(ΔL*)の変化を透光性として下記式により算出した。一方、比較例5として、比較例4の東ソー株式会社製Zpex(登録商標)Smileを用いて、実施例9と同様の測定を実施した。表3及び図5に結果を示す。
 透光性保持率(%)=(ΔL*)/(ΔL*120)×100
 本発明において、ジルコニアの適正焼成温度は、市販のジルコニアを用いる場合には製造元により指定された焼成温度を指す。一方、特に指定された焼成温度の情報が無い場合は、以下のように規定することができる。まず、ジルコニア仮焼体を種々の温度で120分焼成し、その後、両面を#600研磨加工して厚さ1.2mmのジルコニア焼結体の試料を得た。得られた試料の外観を目視にて観察し、試料の透明度に基づき以下の基準により各ジルコニア仮焼体の適正焼成温度を決定した。図6の左側の試料のように、透明度が高く背景が透過する状態は、ジルコニア仮焼体が十分に焼成されているとみなすことができる。一方、図6の右側の試料のように、透明度の低い状態あるいは白濁した状態は、焼成不足と判断できる。本発明において、図6の左側の試料のように十分に焼成されているとみなすことができる最低の温度をジルコニア仮焼体の適正焼成温度と判断した。
 なお、各実施例及び比較例で用いたジルコニアの適正焼成温度は、上記の測定によりイットリア含有率が4.0mol%のジルコニア仮焼体(実施例1)では1500℃、イットリア含有率が5.5mol%及び6.0mol%のジルコニア仮焼体(実施例2~9、比較例1及び2)ではいずれも1550℃という結果となった一方、東ソー株式会社製Zpex(登録商標)及びZpex(登録商標)Smile(比較例3及び4)は製造元の指定する焼成温度が1450℃である。
 ジルコニア焼結体の透光性は、コニカミノルタ株式会社製の分光測色計CM-3610Aを用いてD65光源にて測定した、L*a*b*表色系(JIS Z 8781-4:2013 測色-第4部:CIE 1976 L*a*b*色空間)における明度(色空間)のL*値を用いて算出した。試料の背景を白色にして測定したL*値を第1のL*値とし、第1のL*値を測定した同一の試料について、試料の背景を黒色にして測定したL*値を第2のL*値とし、第1のL*値から第2のL*値を控除した値(ΔL*)を、透光性を示す数値とした。
 比較例5においては、適正焼成温度での保持時間が短くなるに従い透光性は低下していき、60分焼成では120分焼成における透光性の91%、30分焼成では120分焼成における透光性の74%、15分焼成では120分焼成における透光性の63%であった。一方、実施例9においては、適正焼成温度での保持時間を短くしても120分焼成と同等の透光性を確保することができた。30分焼成においては120分焼成のほぼ100%とすることができ、15分焼成においても120℃焼成の95%以上とすることができた。すなわち、本発明のジルコニア仮焼体によれば、高い透光性を維持しつつ焼成時間を短縮することができることが分かる。これにより、ジルコニア焼結体の生産効率を高めることができると共に、エネルギーコストを低減させることができる。また、本発明のジルコニア仮焼体を用いて歯科用補綴物を作製する場合には、患者に対する時間的負担を軽減させることができる。
 前述したように、比較例5で用いた比較例4のジルコニア仮焼体の結晶系は正方晶及び立方晶であり、単斜晶は実質的には検出することができていない。イットリアはすべてジルコニアに固溶されていると考えられる。一方、実施例9で用いた実施例2のジルコニア仮焼体においては、ジルコニアの結晶系は主として単斜晶であり、未固溶のイットリアが存在する。これらの差異が短時間焼結の可否に影響しているものと考えられる。
 実施例9において作製したジルコニア焼結体のXRDパターンにおいて、ジルコニアの単斜晶ピークは検出されなかった。また、イットリアのピークも検出されなかった。これより、焼結のための焼成によって、イットリアがジルコニアに固溶すると共に、ジルコニアは単斜晶から立方晶へ相転移したものと考えられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000007
 本明細書に記載した数値範囲については、別段の記載のない場合であっても、当該範囲内に含まれる任意の数値ないし範囲が本書に具体的に記載されているものと解釈されるべきである。
 本発明のジルコニア仮焼体及びその焼結体は、補綴物等の歯科用製品に利用することができる。
 10  ジルコニア焼結体
 A   第1点
 B   第3点
 C   第4点
 D   第2点
 P   一端
 Q   他端
 L   全長
 Y   第1方向
 

Claims (28)

  1.  ジルコニアと、
     ジルコニアの相転移を抑制可能な安定化剤と、を含有し、
     ジルコニアの主たる結晶系が単斜晶であるジルコニア仮焼体であって、
     前記ジルコニア仮焼体の一端から他端に向かう第1方向に延在する直線上において、
     前記一端から全長の25%までの区間にある第1点のL*a*b*表色系による焼結後の(L*,a*,b*)を(L1,a1,b1)とし、
     前記他端から全長の25%までの区間にある第2点のL*a*b*表色系による焼結後の(L*,a*,b*)を(L2,a2,b2)としたとき、
     L1が68.0以上90.0以下であり、
     a1が-3.0以上4.5以下であり、
     b1が0.0以上24.0以下であり、
     L2が60.0以上85.0以下であり、
     a2が-2.0以上7.0以下であり、
     b2が4.0以上28.0以下であり、
     L1>L2であり、
     a1<a2であり、
     b1<b2であり、
     前記第1点から前記第2点に向かってL*a*b*表色系による焼結後の(L*,a*,b*)の増減傾向が変化しない、ジルコニア仮焼体。
  2.  L1-L2が0超12.0以下であり、
     a2-a1が0超以上6.0以下であり、
     b2-b1が0超12.0以下である、請求項1に記載のジルコニア仮焼体。
  3.  L1-L2が0超8.0以下であり、
     a2-a1が0超5.0以下であり、
     b2-b1が0超10.0以下である、請求項1又は2に記載のジルコニア仮焼体。
  4.  L1-L2が1.0以上7.0以下であり、
     a2-a1が0.5以上3.0以下であり、
     b2-b1が1.6以上6.5以下である、請求項1~3のいずれか一項に記載のジルコニア仮焼体。
  5.  前記第1点と前記第2点とを結ぶ直線上において、
     前記第1点から前記第2点に向かって焼結後のL*値が1以上増加する区間が存在せず、
     前記第1点から前記第2点に向かって焼結後のa*値が1以上減少する区間が存在せず、
     前記第1点から前記第2点に向かって焼結後のb*値が1以上減少する区間が存在しない、請求項1~4のいずれか一項に記載のジルコニア仮焼体。
  6.  前記第1点から前記第2点を結ぶ直線上において、前記第1点と前記第2点の間にある第3点のL*a*b*表色系による焼結後の(L*,a*,b*)を(L3,a3,b3)としたとき、
     L3が66.0以上89.0以下であり、
     a3が-2.5以上6.0以下であり、
     b3が1.5以上25.0以下であり、
     L1>L3>L2であり、
     a1<a3<a2であり、
     b1<b3<b2である、請求項1~5のいずれか一項に記載のジルコニア仮焼体。
  7.  前記第1点から前記第2点を結ぶ直線上において、前記第3点と前記第2点の間にある第4点のL*a*b*表色系による焼結後の(L*,a*,b*)を(L4,a4,b4)としたとき、
     L4が62.0以上86.0以下であり、
     a4が-2.2以上7.0以下であり、
     b4が3.5以上27.0以下であり、
     L1>L3>L4>L2であり、
     a1<a3<a4<a2であり、
     b1<b3<b4<b2である、請求項6に記載のジルコニア仮焼体。
  8.  前記第3点は前記一端から全長の45%の距離にあり、
     前記第4点は前記一端から全長の55%の距離にある、請求項7に記載のジルコニア仮焼体。
  9.  前記ジルコニアの55%以上が単斜晶である、請求項1~8のいずれか一項に記載のジルコニア仮焼体。
  10.  前記安定化剤の少なくとも一部がジルコニアに固溶されていない、請求項1~9のいずれか一項に記載のジルコニア仮焼体。
  11.  密度が2.7~4.0g/cmである、請求項1~10のいずれか一項に記載のジルコニア仮焼体。
  12.  曲げ強さが15~70MPaである、請求項1~11のいずれか一項に記載のジルコニア仮焼体。
  13.  さらに顔料を含み、前記顔料が、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Zn、Y、Zr、Sn、Sb、Bi、Ce、Pr、Sm、Eu、Gd、及びTbからなる群から選択される少なくとも1つの元素の酸化物であり、酸化エルビウムを含まない、請求項1~12のいずれか一項に記載のジルコニア仮焼体。
  14.  前記安定化剤がイットリアである、請求項1~13のいずれか一項に記載のジルコニア仮焼体。
  15.  前記ジルコニアと前記イットリアの合計molに対して、前記イットリアを3~7.5mol%含有する、請求項14に記載のジルコニア仮焼体。
  16.  X線回折パターンにおいてイットリアのピークが存在する、請求項14又は15に記載のジルコニア仮焼体。
  17.  以下の数式(1)に基づいて算出したfが0%超である、請求項14~16のいずれか一項に記載のジルコニア仮焼体。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
    (ただし、I(111)は、CuKα線によるX線回折パターンにおける2θ=29°付近のイットリアの(111)面のピーク強度を示し、
     I(111)及びI(11-1)は、前記X線回折パターンにおけるジルコニアの単斜晶系の(111)面及び(11-1)面のピーク強度を示し、
     I(111)は、前記X線回折パターンにおけるジルコニアの正方晶系の(111)面のピーク強度を示し、
     I(111)は、前記X線回折パターンにおけるジルコニアの立方晶系の(111)面のピーク強度を示す。)
  18.  前記fが15%以下である、請求項17に記載のジルコニア仮焼体。
  19.  前記イットリアの含有率が3mol%以上4.5mol%未満であり、前記fが0.5%以上である、請求項17又は18に記載のジルコニア仮焼体。
  20.  前記イットリアの含有率が4.5mol%以上5.8mol%未満であり、前記fが1%以上である、請求項17又は18に記載のジルコニア仮焼体。
  21.  前記イットリアの含有率が5.8mol%以上7.5mol%以下であり、前記fが2%以上である、請求項17又は18に記載のジルコニア仮焼体。
  22.  前記ジルコニア仮焼体を適正焼成温度で30分間焼成して作製された第1の焼結体の第1の透光性と、
     前記ジルコニア仮焼体を該適正焼成温度で120分間焼成して作製された第2の焼結体の第2の透光性と、を比較したとき、
     前記第1の透光性が前記第2の透光性の85%以上である、請求項1~21のいずれか一項に記載のジルコニア仮焼体。
  23.  前記ジルコニア仮焼体を適正焼成温度で15分間焼成して作製された第1の焼結体の第1の透光性と、
     前記ジルコニア仮焼体を該適正焼成温度で120分間焼成して作製された第2の焼結体の第2の透光性と、を比較したとき、
     前記第1の透光性が前記第2の透光性の85%以上である、請求項1~22のいずれか一項に記載のジルコニア仮焼体。
  24.  ジルコニア粒子と安定化剤と含む原料粉末から形成されたジルコニア成形体を800℃~1200℃で仮焼する、請求項1~23のいずれかに一項に記載のジルコニア仮焼体の製造方法。
  25.  請求項1~23のいずれか一項に記載のジルコニア仮焼体を最高焼成温度1400℃~1600℃で焼成する、ジルコニア焼結体の製造方法。
  26.  最高焼成温度での保持時間が120分未満である、請求項25に記載のジルコニア焼結体の製造方法。
  27.  請求項1~23のいずれか一項に記載のジルコニア仮焼体を切削加工した後に焼結する、歯科用製品の製造方法。
  28.  前記ジルコニア仮焼体を、CAD/CAMシステムを用いて切削加工した後に焼結した状態である、請求項27に記載の歯科用製品の製造方法。
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