透光性ジルコニア焼結体及びその製造方法並びに用途
【課題】焼結体密度及び強度が高く、透光感に優れるジルコニア焼結体の製造にはＨＩＰ焼結等の特殊な焼結が必要であった。
【解決手段】安定化剤として２〜４ｍｏｌ％のイットリアを含み、添加剤としてアルミナを０．１ｗｔ％未満含むジルコニアからなり、相対密度が９９．８％以上、かつ厚さ１．０ｍｍでの全光線透過率が３５％以上の透光性ジルコニア焼結体を常圧焼結によって製造する。アルミナを０．１ｗｔ％未満含むＢＥＴ比表面積が１０〜１５ｍ２／ｇｍ、平均粒径が０．４〜０．７μｍの粉末で、常圧焼結（大気中、昇温速度３００℃／時）における焼結収縮速度（△ρ／△Ｔ：ｇ／ｃｍ３・℃）が０．０１２５以上０．０１６０以下の粉末を大気中で常圧焼結することが好ましい。
【解決手段】安定化剤として２〜４ｍｏｌ％のイットリアを含み、添加剤としてアルミナを０．１ｗｔ％未満含むジルコニアからなり、相対密度が９９．８％以上、かつ厚さ１．０ｍｍでの全光線透過率が３５％以上の透光性ジルコニア焼結体を常圧焼結によって製造する。アルミナを０．１ｗｔ％未満含むＢＥＴ比表面積が１０〜１５ｍ２／ｇｍ、平均粒径が０．４〜０．７μｍの粉末で、常圧焼結（大気中、昇温速度３００℃／時）における焼結収縮速度（△ρ／△Ｔ：ｇ／ｃｍ３・℃）が０．０１２５以上０．０１６０以下の粉末を大気中で常圧焼結することが好ましい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は常圧焼結で焼結体密度及び強度が高く、透光性に優れるジルコニア焼結体に関する。特に歯科用途で使用されるジルコニア焼結体、さらには義歯材料等のミルブランク、歯列矯正ブラケットとして用いるのに適する。
【背景技術】
【０００２】
安定剤としてＹ２Ｏ３を少量固溶させたジルコニア焼結体は、高強度、高靭性であることから切断工具、ダイス、ノズル、ベアリングなどの機械構造用材料や歯科材料等の生体材料として広く利用されている。歯科材料の場合、高強度、高靱性という機械的特性のみならず、審美的観点から透光性及び色調という光学的特性も要求される。
【０００３】
ジルコニアの単結晶は透光感があり、従来からイットリアを約１０ｍｏｌ％含有するジルコニア単結晶（キュービックジルコニア）は宝飾品等に利用されているが、強度が低いという問題があった。一方、多結晶体である通常のジルコニア焼結体は透光感がないことが知られている。この原因として結晶粒間及び粒内に存在する気孔が光散乱を起こすことが知られており、これまで気孔を減少させる、つまり焼結体密度を増加させることで多結晶のジルコニア焼結体に透明性を付与しようとする研究がなされている。
【０００４】
例えば特許文献１にはＹ２Ｏ３を２ｍｏｌ％以上及びＴｉＯ２を３〜２０ｍｏｌ％含む透光性ジルコニアが開示されているが、透光性を与えるためにＴｉＯ２を多量に含有するため、強度に問題があった。
【０００５】
特許文献２には３ｍｏｌ％Ｙ２Ｏ３、０．２５ｗｔ％Ａｌ２Ｏ３の組成において透光性を有する焼結体密度９９．８％のジルコニア焼結体が開示され、可視光に対する全光線透過率が４９％（但し厚さ０．５ｍｍ）と報告されている。しかし、当該焼結体は熱間静水圧プレス（ＨＩＰ）を用いた加圧焼結によるものであり、常圧焼結では十分な透光性が得られていなかった。
【０００６】
【特許文献１】特開昭６２−９１４６７号公報
【特許文献２】特開平２０−５０２４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明では、上記のような従来方法における欠点を解消し、焼結体密度及び強度が高く、透光感に優れるジルコニア焼結体を提供するところにあり、特にその様なジルコニア焼結体を常圧焼結による簡易なプロセスにより製造することのできる方法の提供を目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、ジルコニア粉末中のアルミナの状態と焼結体密度及び焼結体の全光線透過率との関係について詳細に検討した結果、ジルコニア粉末の焼結性を高めるだけでは常圧焼結で透光性ジルコニア焼結体を得ることはできず、常圧焼結で透光性ジルコニア焼結体を得るためには当該ジルコニアの特定の温度領域の焼結速度を制御することが必要であり、なおかつ添加剤として用いられるアルミナの物性によって当該焼結速度を制御することが必要であることを見出し、本発明を完成するに到ったものである。
【０００９】
即ち、本発明は、
１）安定化剤として２〜４ｍｏｌ％のイットリアを含み、添加剤としてアルミナを０．１ｗｔ％未満含むジルコニアからなり、相対密度が９９．８％以上、かつ厚さ１．０ｍｍでの全光線透過率が３５％以上であることを特徴とする透光性ジルコニア焼結体。
２）結晶粒径が０．２０〜０．４５μｍである上記１）記載の透光性ジルコニア焼結体。
３）１４０℃の熱水中に２４時間浸漬（通常一般に「水熱処理」という）させた後の単斜晶相率が２０％以下である上記１）〜２）のいずれかに記載の透光性ジルコニア焼結体。
４）３点曲げ強度が１１００ＭＰａ以上である上記１）〜３）のいずれかに記載の透光性ジルコニア焼結体。
５）安定化剤として２〜４ｍｏｌ％のイットリア、添加剤として粒径が０．０１〜０．５μｍのアルミナを０．１ｗｔ％未満含むジルコニア粉末を成型後、常圧下にて１３５０〜１４５０℃で焼結することを特徴とする透光性ジルコニア焼結体の製造方法。
６）ジルコニア粉末として、噴霧成型粉末顆粒を用いることを特徴とする上記５）に記載の製造方法。
７）ジルコニア粉末が、安定化剤としてのイットリア、添加剤としてのアルミナの他に有機バインダーを含む噴霧造粒粉末である上記５）〜６）のいずれかに記載の製造方法。
８）安定化剤として２〜４ｍｏｌ％のイットリア、添加剤として粒径が０．０１〜０．５μｍのアルミナを０．１ｗｔ％未満含む透光性ジルコニア焼結体用粉末。
９）ＢＥＴ比表面積が１０〜１５ｍ２／ｇである上記８）に記載の粉末。
１０）常圧焼結（大気中、昇温速度３００℃／時）における相対密度７０％から９０％までの焼結収縮速度（△ρ／△Ｔ：ｇ／ｃｍ３・℃）が０．０１２５以上０．０１６０以下である上記８）〜９）のいずれかに記載の粉末、
からなるものである。
【００１０】
従来、高密度ジルコニア焼結体に微細なアルミナ（ゾル等）を用いることは知られていたが、焼結体に要求される特性の向上の観点からその添加量は０．２ｗｔ％を超えるものしかなく、異種成分のアルミナの多いジルコニア焼結体では光の屈折、散乱等の影響により、高密度であっても透光性が十分なものはなかった。本発明の焼結体は、アルミナを０．１ｗｔ％未満含み、焼結体に要求される基本的な特性に優れ、なおかつ透光性に優れた焼結体である。
【００１１】
以下、本発明をさらに詳細に説明する。
【００１２】
なお、本発明におけるジルコニア粉末に係わる「平均粒径」とは、体積基準で表される粒径分布の累積カーブが中央値（メディアン径；累積カーブの５０％に対応する粒径）である粒子と同じ体積の球の直径をいい、レーザー回折法による粒径分布測定装置によって測定したものをいう。
【００１３】
「安定化剤濃度」とは、安定化剤／（ＺｒＯ２＋安定化剤）の比率をモル％として表した値をいう。
【００１４】
「単斜晶相率（ｆｍ）」とは、粉末Ｘ腺回折（ＸＲＤ）測定により単斜晶相の（１１１）及び（１１−１）面，正方晶相の（１１１）面，立方晶の（１１１）面の回折強度をそれぞれ求めて、以下の数式１により算出されたものの値をいう。
【００１５】
【数１】
【００１６】
（但し、Ｉは各回折線のピーク強度，添字ｍ、ｔ及びｃは、それぞれ単斜晶相、正方晶相、立方晶相を表す。）
【００１７】
「添加物含有量」とは、添加物／（ＺｒＯ２＋安定化剤＋添加物）の比率を重量％として表した値をいう。ここで、添加物は酸化物に換算した値である。
【００１８】
水和ジルコニアゾルに係わる「反応率」とは、水和ジルコニアゾル含有液を限外濾過して、その濾液中に存在する未反応物のジルコニウム量を誘導結合プラズマ発光分光分析により求めて、水和ジルコニアゾルの生成量を算出し、原料仕込量に対する水和ジルコニアゾル量の比率として表したものの値をいう。
【００１９】
「相対密度」とは、アルキメデス法により実測した実測密度ρと下記に示される数式２の計算式によって求めた理論密度ρ０とを用いて、（ρ／ρ０）×１００の比率（％）に換算して表した値をいう。数式２において、アルミナの理論密度を３．９８７（ｇ／ｃｍ３）、３ｍｏｌ％イットリア含有ジルコニアの理論密度を６．０９５６（ｇ／ｃｍ３）とした。
【００２０】
【数２】
【００２１】
｛但し、Ｘ：アルミナ含有量（重量％）｝
【００２２】
本発明の透光性ジルコニア焼結体は、安定化剤として２〜４ｍｏｌ％のイットリアを含むものである。安定化剤が２ｍｏｌ％未満では、強度が低下するばかりか、結晶相が不安定となり焼結体の作製が困難となる。又、４ｍｏｌ％を超えると強度が低下する。高強度に適するイットリア濃度は２．５〜３ｍｏｌ％であり、全光線透過率に適するイットリア濃度は３〜４ｍｏｌ％である。
【００２３】
本発明の透光性ジルコニア焼結体は、さらに添加剤としてアルミナを０．１ｗｔ％未満含むものである。従来、添加剤が０．１ｗｔ％未満では焼結速度が遅いため、高密度化には１４５０℃より高い焼結温度が必要となり、例え相対密度が９９．８％以上になったとしても水熱特性の劣るものしか得られていなかった。本発明の透光性ジルコニア焼結体のアルミナは０．１ｗｔ％未満含み、少なくともアルミナを０．００５ｗｔ％以上含むことが好ましい。
【００２４】
本発明の透光性ジルコニア焼結体は、上記の組成を満足するもので相対密度が９９．８％以上であることにより、厚さ１．０ｍｍでの全光線透過率が少なくとも３５％以上、好ましくは３７％以上で、さらに４０％までに至る高い透光性を有するものである。
【００２５】
本発明の透光性ジルコニア焼結体は、ＨＩＰ等の加圧焼結を用いず、常圧焼結で得られるものであり、厚さ１．０ｍｍでの全光線透過率が４０％に至る透光性を達成することができる。
【００２６】
本発明の透光性ジルコニア焼結体はさらに結晶粒径が０．２０〜０．４５μｍであることが好ましい。結晶粒径が０．２０μｍ未満であると、粒間及び粒内に微細な気孔が多く存在するため、相対密度が９９．８％に到達しない。結晶粒径が０．４５μｍを超えると、焼結体の水熱劣化が著しく、焼結体が破壊してしまうため適さない。
【００２７】
本発明の透光性ジルコニア焼結体は、１４０℃の熱水中に２４時間浸漬させた後の単斜晶相率が２０％以下であることが好ましい。単斜晶相率が２０％を超えると焼結体の水熱劣化が進行し、焼結体が破壊してしまう。より好ましい単斜晶相率は１０％以下である。
【００２８】
本発明の透光性ジルコニア焼結体は、３点曲げ強度が１１００ＭＰａ以上であることが好ましい。３点曲げ強度が１２００ＭＰａ以上であり、さらには１３００ＭＰａ以上であることが好ましい。
【００２９】
本発明の透光性ジルコニア焼結体用のジルコニア粉末は、安定化剤として２〜４ｍｏｌ％のイットリア、添加剤として粒径が０．０１〜０．５μｍのアルミナを０．１ｗｔ％未満含むものである。
【００３０】
本発明の透光性ジルコニア焼結体用のジルコニア粉末は、ＢＥＴ比表面積が１０〜１５ｍ２／ｇの範囲であることが好ましい。ジルコニア粉末のＢＥＴ比表面積が、１０ｍ２／ｇよりも小さくなると低温側で焼結しにくい粉末となり、また、１５ｍ２／ｇよりも大きくなると粒子間の凝集力が著しい粉末となる。特にＢＥＴ比表面積が１１〜１４ｍ２／ｇの範囲であることが好ましい。
【００３１】
本発明の透光性ジルコニア焼結体用のジルコニア粉末は、平均粒径が０．４〜０．７μｍの範囲内であることが好ましい。ジルコニア粉末の平均粒径が０．４μｍよりも小さくなると粉末の凝集性を高める微小粒子が多くなって成形しにくいものとなり、一方、０．７μｍよりも大きくなると硬い凝集粒子を含む粗粒が多くなるために、成形しにくいものとなり、かつ、粗粒が焼結の緻密化を阻害するために焼結性の悪いものとなる。好ましい平均粒径は０．５〜０．６μｍである。
【００３２】
本発明の透光性ジルコニア焼結体用のジルコニア粉末は、例えばジルコニウム塩水溶液の加水分解で得られる水和ジルコニアゾルを、乾燥，仮焼，粉砕して得ればよい。該ジルコニウム塩水溶液にアルカリ金属水酸化物及び／又はアルカリ土類金属水酸化物を加えた後に、反応率が９８％以上になるまで加水分解を行って得られる水和ジルコニアゾルに、安定化剤の原料としてイットリウムを添加して乾燥しても良い。
【００３３】
水和ジルコニアゾルの製造に用いるジルコニウム塩としては、オキシ塩化ジルコニウム、硝酸ジルコニル、塩化ジルコニウム、硫酸ジルコニウムなどが挙げられるが、この他に水酸化ジルコニウムと酸との混合物を用いてもよい。ジルコニウム塩水溶液に加えるアルカリ金属水酸化物及び／又はアルカリ土類金属水酸化物としては、リチウム、ナトリウム、カリウム、マグネシウム、カルシウム等の水酸化物を挙げることができる。上記の水酸化物は、水溶液にして加えることが好ましい。
【００３４】
上記で得られた水和ジルコニアゾルの乾燥粉を１０００〜１２００℃の温度で仮焼する。仮焼温度がこの範囲外になると、本発明の下記粉砕条件で得られるジルコニア粉末の凝集性が著しく強くなって、あるいは硬い凝集粒子を含む粗粒が多くなるために平均粒径が０．４〜０．７μｍの範囲外となり、本発明のジルコニア粉末が得られない。より好ましい仮焼温度は１０５０〜１１５０℃である。
【００３５】
次いで、上記で得られた仮焼粉を平均粒径が０．４〜０．７μｍの範囲になるまで、直径３ｍｍ以下のジルコニアボールを用いて湿式粉砕することによりさらに焼結性を本発明の範囲に調整することが好ましい。
【００３６】
本発明の透光性ジルコニア焼結体用のジルコニア粉末に用いる添加物であるアルミニウムの原料化合物としては、アルミナ、水和アルミナ、アルミナゾル、水酸化アルミニウム、塩化アルミニウム、硝酸アルミニウム、硫酸アルミニウムなどを挙げることができる。
【００３７】
上記の条件に付け加えて、アルミニウム化合物として平均粒径０．０１〜０．０５μｍでなおかつＢＥＴ比表面積が３０〜３００ｍ２／ｇのアルミナゾル、又は平均粒径が０．０５〜０．５μｍでなおかつＢＥＴ比表面積が５〜５０ｍ２／ｇのα―アルミナを用いることができる。その原因は定かではないが、α―アルミナを用いた場合に使用できるジルコニア粉末の許容範囲が広くなる。
【００３８】
本発明の透光性ジルコニア焼結体用のジルコニア粉末は、常圧焼結（大気中、３００℃／時）における相対密度７０％から９０％までの焼結収縮速度（△ρ／△Ｔ：ｇ／ｃｍ３・℃）が、０．０１２５以上０．０１６０以下であることが好ましい。（本発明の組成における相対密度は数式２の計算式によって求めた理論密度により算出される。）
本発明の透光性ジルコニア焼結体用のジルコニア粉末は、通常のプレス成型（必要に応じて静水圧プレス（ＣＩＰ処理））により相対密度５０±５％程度の成型体となる。その様な成型体を大気中で昇温すると、仮焼温度以上の温度、特に１１００℃付近から焼結収縮が開始する。焼結の収縮速度は相対密度７０％から９０％までの範囲で一定となり、相対密度が９０％を超えたところから徐々に収縮速度が低下し、１００％付近において最終的にそれ以上温度を上げても収縮しなくなる。
【００３９】
常圧焼結（大気中、昇温速度３００℃／時）における相対密度７０％から９０％までの焼結収縮速度（△ρ／△Ｔ：ｇ／ｃｍ３・℃）は、ジルコニア粉末を成型（金型成型の後、ＣＩＰ処理（圧力２ｔ／ｃｍ２））した後、汎用的な熱膨張計（アルバック理工製 ＤＬ９７００）によって測定することができる。本発明における焼結収縮速度は、相対密度が７０％以上での測定値であるため、初期の成型密度（相対密度５０％前後）のばらつきにより影響を受けない。さらに相対密度７０％から９０％では焼結収縮速度が一定であり、収縮速度が温度と相対密度の一次関数となるため、特別な近似計算処理を用いることなくても正確な収縮速度を求めることが可能である。
【００４０】
本発明の透光性ジルコニア焼結体用のジルコニア粉末は、常圧焼結（大気中、昇温速度３００℃／時）における相対密度７０％から９０％までの焼結収縮速度（△ρ／△Ｔ：ｇ／ｃｍ３・℃）が上記の範囲から外れると相対密度９９．８％以上の高い透光性を有する焼結体を得ることが困難である。
【００４１】
本発明のジルコニア粉末は、ＨＩＰ処理等の加圧焼結を用いなくても、常圧焼結において高い透光性の焼結体が得られるものであるが、本発明の粉末は、用いるアルミナの物性に対して特定の焼結性（焼結収縮速度）を有することが好ましい。本発明でいうところの焼結収縮速度（△ρ／△Ｔ：ｇ／ｃｍ３・℃）は高いほどよいというものではない。アルミナの物性に対して焼結収縮速度が本発明の範囲から外れた場合、常圧焼結において高い透光性を有する焼結体を得ることは困難である。
【００４２】
本発明で用いている焼結収縮速度は、昇温速度が変わればまた異なるが、昇温速度を決定すれば一定の値を有し、粉末に固有の値である。
【００４３】
本発明の粉末では用いるアルミナの平均粒径が０．０１μｍ以上０．０５μｍ以下の場合、焼結収縮速度（△ρ／△Ｔ：ｇ／ｃｍ３・℃）は０．０１２５以上０．０１３５以下であり、この範囲から外れると常圧焼結、特に１４５０℃以下、さらには１４００℃以下での常圧焼結において透光性の高いジルコニア焼結体が得られにくい。
【００４４】
本発明の粉末では用いるアルミナの平均粒径が０．０５μｍを超え０．５μｍ以下の場合、０．０１３５を超え０．０１６０以下であり、この範囲から外れると常圧焼結、特に１４５０℃以下、さらには１４００℃以下での常圧焼結において透光性の高い焼結体が得られにくい。
【００４５】
本発明の透光性ジルコニア焼結体用のジルコニア粉末は、噴霧成型粉末顆粒を用いることが好ましく、特に安定化剤としてのイットリア、添加剤としてのアルミナゾルの他に有機バインダーを含む噴霧造粒粉末を用いることが好ましい。
【００４６】
ジルコニア粉末をスラリーにして噴霧乾燥することによりジルコニア顆粒では、成型体を形成する際の流動性が高く、焼結体中に気泡が生成し難い。顆粒の粒径は３０〜８０μｍ、軽装嵩密度が１．１０〜１．４０ｇ／ｃｍ３であることが好ましい。
【００４７】
顆粒にバインダーを使用する場合、バインダーとしては、一般に用いられるポリビニルアルコール、ポリビニルブチラート、ワックス、アクリル系等のバインダーを挙げることができるが、中でも分子中にカルボキシル基またはその誘導体（例えば、塩、特にアンモニウム塩など）を有するアクリル系のものが好ましい。このアクリル系のバインダーとして、例えば、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、アクリル酸共重合体、メタクリル酸共重合体やその誘導体を挙げることができる。バインダーの添加量は、セラミックス粉末スラリー中のセラミックス粉末に対し０．５〜１０重量％、特に１〜５重量％が好ましい。
【００４８】
本発明の透光性ジルコニア焼結体は、安定化剤として２〜４ｍｏｌ％のイットリア、添加剤として粒径が０．０１〜０．５μｍのアルミナを０．１ｗｔ％未満含むジルコニア粉末を成型後、常圧下にて１３５０〜１４５０℃、特に１４００℃以下、１００℃／時以下で焼結することにより製造することが好ましい。
【００４９】
焼結温度が１３５０℃未満であると、相対密度が９９．８％に到達せず、１４５０℃を超えると、焼結体の水熱劣化が著しく進行し、焼結体が破壊し易い。
【００５０】
本発明の透光性ジルコニア焼結体は常圧焼結で得るが、焼結雰囲気としては還元性雰囲気でなければ特に制限は無く、酸素雰囲気、大気中焼結で良い。特に大気中で焼結することが好ましい。
【発明の効果】
【００５１】
本発明の透光性ジルコニア焼結体は、高密度、高強度でなおかつ透光性に優れているため、歯科用途で使用されるジルコニア焼結体、具体的には義歯材料等のミルブランク、歯列矯正ブラケットとして用いる焼結体として優れたものであり、本発明の透光性ジルコニア焼結体用の粉末は、ＨＩＰ等の大掛かりな加圧焼結装置を用いないで常圧焼結で透光性ジルコニア焼結体を製造できるものである。
【実施例】
【００５２】
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に何等限定されるものではない。
【００５３】
例中、ジルコニア粉末の平均粒径は、マイクロトラック粒度分布計（Ｈｏｎｅｙｗｅｌｌ社製，型式：９３２０−ＨＲＡ）を用いて測定した。試料の前処理条件としては、粉末を蒸留水に懸濁させ、超音波ホモジナイザー（日本精機製作所製，型式：ＵＳ−１５０Ｔ）を用いて３分間分散させた。ＸＲＤ測定により求められる単斜晶相率は数式１より算出した（いずれの例においても、立方晶は含まれていなかった）。また、ジルコニア顆粒の平均粒径は、ふるい分け試験方法によって求めた。
【００５４】
原料粉末の成形は、金型プレスにより圧力７００ｋｇｆ／ｃｍ２で行い、当該予備成形体をゴム型を用いて圧力２ｔ／ｃｍ２で冷間静水圧プレス（ＣＩＰ）処理して成形体とした。得られた成形体は所定温度（保持時間２時間）に設定して焼結させた。ジルコニア焼結体の結晶粒子の平均粒径は、鏡面研磨した焼結体を熱エッチング処理し、電解放出形走査型電子顕微鏡（ＦＥＳＥＭ）（日本電子社製、型式：ＪＳＭ−Ｔ２２０）を用いてプラニメトリック法により算出した。焼結体密度は、アルキメデス法で測定した。
【００５５】
焼結体の全光線透過率は、濁度計（日本電色工業（株）製、型式：ＮＤＨ２０００）を用いて、ＪＩＳ Ｋ７３６１に準拠して光源Ｄ６５で測定した。試料は焼結体を両面研磨した厚み１ｍｍの円盤形状のものを用いた。焼結体の強度は、３点曲げ測定法で評価した。
【００５６】
水熱耐久試験は、焼結体を１４０℃の熱水中に２４時間浸漬させ、生成する単斜晶相の比率（単斜晶相率）を求めることによって評価した。単斜晶相率は、浸漬処理した焼結体についてＸＲＤ測定を行い、ジルコニア微粉末の単斜晶相率と同様の算出方法で、既述の数式１により求めた。
【００５７】
実施例及び比較例
オキシ塩化ジルコニウムの加水分解によって得られた水和ジルコニアゾルに、塩化イットリウムをイットリア濃度が３ｍｏｌ％になるように添加して乾燥させ、１０００〜１２００℃の仮焼温度で１〜１０時間仮焼した。
【００５８】
得られた仮焼粉を水洗処理したあとに、平均粒径０．０１５μｍのアルミナゾル、又は平均粒径０．３μｍのα―アルミナをアルミナ含有量で０．００５〜０．０７５ｗｔ％及び蒸留水を加えてジルコニア濃度４５重量％のスラリーにした。このスラリーを直径３ｍｍのジルコニアボールを用いて、振動ミルで２４時間粉砕処理して、ジルコニア粉末を得た。
【００５９】
得られた粉末をＣＩＰ（圧力２ｔ／ｃｍ２）でプレス成形し、１４００℃の条件で焼結させた。また、同様にＣＩＰ成形した成形体を熱収縮計（アルバック理工製 ＤＬ９７００）を用い、大気中、昇温速度３００℃／時）における相対密度７０％から９０％までの焼結収縮速度（△ρ／△Ｔ：ｇ／ｃｍ３・℃）を求めた。
【００６０】
ジルコニア粉末のＡｌ２Ｏ３含有量（粒径）、ＢＥＴ比表面積、相対密度が７０％から９０％までの焼結収縮速度（△ρ／△Ｔ：ｇ／ｃｍ３・℃）、大気中常圧１４００℃で昇温速度１００℃／時で焼結した際の焼結相対密度、平均結晶粒径、全光線透過率、曲げ強度、水熱劣化後の単斜晶相率を表１に示す。
【００６１】
仮焼条件によってＢＥＴ比表面積、焼結収縮速度（△ρ／△Ｔ：ｇ／ｃｍ３・℃）を変化させたところ、アルミナの平均粒径が０．０１μｍ以上０．０５μｍ以下の場合には０．０１２５以上０．０１４０以下において、アルミナの平均粒径が０．０５μｍを超え０．５μｍ以下の場合には０．０１３５を超え０．０１６０以下において相対密度９９.８％以上の透光性ジルコニア焼結体が得られた。
【００６２】
焼結収縮速度（△ρ／△Ｔ：ｇ／ｃｍ３・℃）と焼結体相対密度の関係を図１に示す。
【００６３】
【表１】
【００６４】
図１から明らかな様に、アルミナ含有量が０．１ｗｔ％未満においては、粒径の小さいアルミナゾルを用いた場合には１４００℃の低温で相対密度９９．８％以上を達成する焼結収縮速度（△ρ／△Ｔ：ｇ／ｃｍ３・℃）の許容範囲が狭い。アルミナ０．１ｗｔ％未満では０．０５μｍ以上の粒径を用いることが好ましい。
【００６５】
アルミナ含有量が０．１ｗｔ％未満において、相対密度９９．８％以上の焼結体においてのみ全光透過率が３５％以上の透光性が得られおり、透過率３５％以上を達成するためには相対密度９９．８％以上が必要である。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】焼結収縮速度（△ρ／△Ｔ：ｇ／ｃｍ３・℃）と焼結体相対密度の関係
【図２】ジルコニア粉末の大気中常圧焼結（昇温速度３００℃／時）における熱収縮曲線（Ｎｏ．５）
【技術分野】
【０００１】
本発明は常圧焼結で焼結体密度及び強度が高く、透光性に優れるジルコニア焼結体に関する。特に歯科用途で使用されるジルコニア焼結体、さらには義歯材料等のミルブランク、歯列矯正ブラケットとして用いるのに適する。
【背景技術】
【０００２】
安定剤としてＹ２Ｏ３を少量固溶させたジルコニア焼結体は、高強度、高靭性であることから切断工具、ダイス、ノズル、ベアリングなどの機械構造用材料や歯科材料等の生体材料として広く利用されている。歯科材料の場合、高強度、高靱性という機械的特性のみならず、審美的観点から透光性及び色調という光学的特性も要求される。
【０００３】
ジルコニアの単結晶は透光感があり、従来からイットリアを約１０ｍｏｌ％含有するジルコニア単結晶（キュービックジルコニア）は宝飾品等に利用されているが、強度が低いという問題があった。一方、多結晶体である通常のジルコニア焼結体は透光感がないことが知られている。この原因として結晶粒間及び粒内に存在する気孔が光散乱を起こすことが知られており、これまで気孔を減少させる、つまり焼結体密度を増加させることで多結晶のジルコニア焼結体に透明性を付与しようとする研究がなされている。
【０００４】
例えば特許文献１にはＹ２Ｏ３を２ｍｏｌ％以上及びＴｉＯ２を３〜２０ｍｏｌ％含む透光性ジルコニアが開示されているが、透光性を与えるためにＴｉＯ２を多量に含有するため、強度に問題があった。
【０００５】
特許文献２には３ｍｏｌ％Ｙ２Ｏ３、０．２５ｗｔ％Ａｌ２Ｏ３の組成において透光性を有する焼結体密度９９．８％のジルコニア焼結体が開示され、可視光に対する全光線透過率が４９％（但し厚さ０．５ｍｍ）と報告されている。しかし、当該焼結体は熱間静水圧プレス（ＨＩＰ）を用いた加圧焼結によるものであり、常圧焼結では十分な透光性が得られていなかった。
【０００６】
【特許文献１】特開昭６２−９１４６７号公報
【特許文献２】特開平２０−５０２４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明では、上記のような従来方法における欠点を解消し、焼結体密度及び強度が高く、透光感に優れるジルコニア焼結体を提供するところにあり、特にその様なジルコニア焼結体を常圧焼結による簡易なプロセスにより製造することのできる方法の提供を目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、ジルコニア粉末中のアルミナの状態と焼結体密度及び焼結体の全光線透過率との関係について詳細に検討した結果、ジルコニア粉末の焼結性を高めるだけでは常圧焼結で透光性ジルコニア焼結体を得ることはできず、常圧焼結で透光性ジルコニア焼結体を得るためには当該ジルコニアの特定の温度領域の焼結速度を制御することが必要であり、なおかつ添加剤として用いられるアルミナの物性によって当該焼結速度を制御することが必要であることを見出し、本発明を完成するに到ったものである。
【０００９】
即ち、本発明は、
１）安定化剤として２〜４ｍｏｌ％のイットリアを含み、添加剤としてアルミナを０．１ｗｔ％未満含むジルコニアからなり、相対密度が９９．８％以上、かつ厚さ１．０ｍｍでの全光線透過率が３５％以上であることを特徴とする透光性ジルコニア焼結体。
２）結晶粒径が０．２０〜０．４５μｍである上記１）記載の透光性ジルコニア焼結体。
３）１４０℃の熱水中に２４時間浸漬（通常一般に「水熱処理」という）させた後の単斜晶相率が２０％以下である上記１）〜２）のいずれかに記載の透光性ジルコニア焼結体。
４）３点曲げ強度が１１００ＭＰａ以上である上記１）〜３）のいずれかに記載の透光性ジルコニア焼結体。
５）安定化剤として２〜４ｍｏｌ％のイットリア、添加剤として粒径が０．０１〜０．５μｍのアルミナを０．１ｗｔ％未満含むジルコニア粉末を成型後、常圧下にて１３５０〜１４５０℃で焼結することを特徴とする透光性ジルコニア焼結体の製造方法。
６）ジルコニア粉末として、噴霧成型粉末顆粒を用いることを特徴とする上記５）に記載の製造方法。
７）ジルコニア粉末が、安定化剤としてのイットリア、添加剤としてのアルミナの他に有機バインダーを含む噴霧造粒粉末である上記５）〜６）のいずれかに記載の製造方法。
８）安定化剤として２〜４ｍｏｌ％のイットリア、添加剤として粒径が０．０１〜０．５μｍのアルミナを０．１ｗｔ％未満含む透光性ジルコニア焼結体用粉末。
９）ＢＥＴ比表面積が１０〜１５ｍ２／ｇである上記８）に記載の粉末。
１０）常圧焼結（大気中、昇温速度３００℃／時）における相対密度７０％から９０％までの焼結収縮速度（△ρ／△Ｔ：ｇ／ｃｍ３・℃）が０．０１２５以上０．０１６０以下である上記８）〜９）のいずれかに記載の粉末、
からなるものである。
【００１０】
従来、高密度ジルコニア焼結体に微細なアルミナ（ゾル等）を用いることは知られていたが、焼結体に要求される特性の向上の観点からその添加量は０．２ｗｔ％を超えるものしかなく、異種成分のアルミナの多いジルコニア焼結体では光の屈折、散乱等の影響により、高密度であっても透光性が十分なものはなかった。本発明の焼結体は、アルミナを０．１ｗｔ％未満含み、焼結体に要求される基本的な特性に優れ、なおかつ透光性に優れた焼結体である。
【００１１】
以下、本発明をさらに詳細に説明する。
【００１２】
なお、本発明におけるジルコニア粉末に係わる「平均粒径」とは、体積基準で表される粒径分布の累積カーブが中央値（メディアン径；累積カーブの５０％に対応する粒径）である粒子と同じ体積の球の直径をいい、レーザー回折法による粒径分布測定装置によって測定したものをいう。
【００１３】
「安定化剤濃度」とは、安定化剤／（ＺｒＯ２＋安定化剤）の比率をモル％として表した値をいう。
【００１４】
「単斜晶相率（ｆｍ）」とは、粉末Ｘ腺回折（ＸＲＤ）測定により単斜晶相の（１１１）及び（１１−１）面，正方晶相の（１１１）面，立方晶の（１１１）面の回折強度をそれぞれ求めて、以下の数式１により算出されたものの値をいう。
【００１５】
【数１】
【００１６】
（但し、Ｉは各回折線のピーク強度，添字ｍ、ｔ及びｃは、それぞれ単斜晶相、正方晶相、立方晶相を表す。）
【００１７】
「添加物含有量」とは、添加物／（ＺｒＯ２＋安定化剤＋添加物）の比率を重量％として表した値をいう。ここで、添加物は酸化物に換算した値である。
【００１８】
水和ジルコニアゾルに係わる「反応率」とは、水和ジルコニアゾル含有液を限外濾過して、その濾液中に存在する未反応物のジルコニウム量を誘導結合プラズマ発光分光分析により求めて、水和ジルコニアゾルの生成量を算出し、原料仕込量に対する水和ジルコニアゾル量の比率として表したものの値をいう。
【００１９】
「相対密度」とは、アルキメデス法により実測した実測密度ρと下記に示される数式２の計算式によって求めた理論密度ρ０とを用いて、（ρ／ρ０）×１００の比率（％）に換算して表した値をいう。数式２において、アルミナの理論密度を３．９８７（ｇ／ｃｍ３）、３ｍｏｌ％イットリア含有ジルコニアの理論密度を６．０９５６（ｇ／ｃｍ３）とした。
【００２０】
【数２】
【００２１】
｛但し、Ｘ：アルミナ含有量（重量％）｝
【００２２】
本発明の透光性ジルコニア焼結体は、安定化剤として２〜４ｍｏｌ％のイットリアを含むものである。安定化剤が２ｍｏｌ％未満では、強度が低下するばかりか、結晶相が不安定となり焼結体の作製が困難となる。又、４ｍｏｌ％を超えると強度が低下する。高強度に適するイットリア濃度は２．５〜３ｍｏｌ％であり、全光線透過率に適するイットリア濃度は３〜４ｍｏｌ％である。
【００２３】
本発明の透光性ジルコニア焼結体は、さらに添加剤としてアルミナを０．１ｗｔ％未満含むものである。従来、添加剤が０．１ｗｔ％未満では焼結速度が遅いため、高密度化には１４５０℃より高い焼結温度が必要となり、例え相対密度が９９．８％以上になったとしても水熱特性の劣るものしか得られていなかった。本発明の透光性ジルコニア焼結体のアルミナは０．１ｗｔ％未満含み、少なくともアルミナを０．００５ｗｔ％以上含むことが好ましい。
【００２４】
本発明の透光性ジルコニア焼結体は、上記の組成を満足するもので相対密度が９９．８％以上であることにより、厚さ１．０ｍｍでの全光線透過率が少なくとも３５％以上、好ましくは３７％以上で、さらに４０％までに至る高い透光性を有するものである。
【００２５】
本発明の透光性ジルコニア焼結体は、ＨＩＰ等の加圧焼結を用いず、常圧焼結で得られるものであり、厚さ１．０ｍｍでの全光線透過率が４０％に至る透光性を達成することができる。
【００２６】
本発明の透光性ジルコニア焼結体はさらに結晶粒径が０．２０〜０．４５μｍであることが好ましい。結晶粒径が０．２０μｍ未満であると、粒間及び粒内に微細な気孔が多く存在するため、相対密度が９９．８％に到達しない。結晶粒径が０．４５μｍを超えると、焼結体の水熱劣化が著しく、焼結体が破壊してしまうため適さない。
【００２７】
本発明の透光性ジルコニア焼結体は、１４０℃の熱水中に２４時間浸漬させた後の単斜晶相率が２０％以下であることが好ましい。単斜晶相率が２０％を超えると焼結体の水熱劣化が進行し、焼結体が破壊してしまう。より好ましい単斜晶相率は１０％以下である。
【００２８】
本発明の透光性ジルコニア焼結体は、３点曲げ強度が１１００ＭＰａ以上であることが好ましい。３点曲げ強度が１２００ＭＰａ以上であり、さらには１３００ＭＰａ以上であることが好ましい。
【００２９】
本発明の透光性ジルコニア焼結体用のジルコニア粉末は、安定化剤として２〜４ｍｏｌ％のイットリア、添加剤として粒径が０．０１〜０．５μｍのアルミナを０．１ｗｔ％未満含むものである。
【００３０】
本発明の透光性ジルコニア焼結体用のジルコニア粉末は、ＢＥＴ比表面積が１０〜１５ｍ２／ｇの範囲であることが好ましい。ジルコニア粉末のＢＥＴ比表面積が、１０ｍ２／ｇよりも小さくなると低温側で焼結しにくい粉末となり、また、１５ｍ２／ｇよりも大きくなると粒子間の凝集力が著しい粉末となる。特にＢＥＴ比表面積が１１〜１４ｍ２／ｇの範囲であることが好ましい。
【００３１】
本発明の透光性ジルコニア焼結体用のジルコニア粉末は、平均粒径が０．４〜０．７μｍの範囲内であることが好ましい。ジルコニア粉末の平均粒径が０．４μｍよりも小さくなると粉末の凝集性を高める微小粒子が多くなって成形しにくいものとなり、一方、０．７μｍよりも大きくなると硬い凝集粒子を含む粗粒が多くなるために、成形しにくいものとなり、かつ、粗粒が焼結の緻密化を阻害するために焼結性の悪いものとなる。好ましい平均粒径は０．５〜０．６μｍである。
【００３２】
本発明の透光性ジルコニア焼結体用のジルコニア粉末は、例えばジルコニウム塩水溶液の加水分解で得られる水和ジルコニアゾルを、乾燥，仮焼，粉砕して得ればよい。該ジルコニウム塩水溶液にアルカリ金属水酸化物及び／又はアルカリ土類金属水酸化物を加えた後に、反応率が９８％以上になるまで加水分解を行って得られる水和ジルコニアゾルに、安定化剤の原料としてイットリウムを添加して乾燥しても良い。
【００３３】
水和ジルコニアゾルの製造に用いるジルコニウム塩としては、オキシ塩化ジルコニウム、硝酸ジルコニル、塩化ジルコニウム、硫酸ジルコニウムなどが挙げられるが、この他に水酸化ジルコニウムと酸との混合物を用いてもよい。ジルコニウム塩水溶液に加えるアルカリ金属水酸化物及び／又はアルカリ土類金属水酸化物としては、リチウム、ナトリウム、カリウム、マグネシウム、カルシウム等の水酸化物を挙げることができる。上記の水酸化物は、水溶液にして加えることが好ましい。
【００３４】
上記で得られた水和ジルコニアゾルの乾燥粉を１０００〜１２００℃の温度で仮焼する。仮焼温度がこの範囲外になると、本発明の下記粉砕条件で得られるジルコニア粉末の凝集性が著しく強くなって、あるいは硬い凝集粒子を含む粗粒が多くなるために平均粒径が０．４〜０．７μｍの範囲外となり、本発明のジルコニア粉末が得られない。より好ましい仮焼温度は１０５０〜１１５０℃である。
【００３５】
次いで、上記で得られた仮焼粉を平均粒径が０．４〜０．７μｍの範囲になるまで、直径３ｍｍ以下のジルコニアボールを用いて湿式粉砕することによりさらに焼結性を本発明の範囲に調整することが好ましい。
【００３６】
本発明の透光性ジルコニア焼結体用のジルコニア粉末に用いる添加物であるアルミニウムの原料化合物としては、アルミナ、水和アルミナ、アルミナゾル、水酸化アルミニウム、塩化アルミニウム、硝酸アルミニウム、硫酸アルミニウムなどを挙げることができる。
【００３７】
上記の条件に付け加えて、アルミニウム化合物として平均粒径０．０１〜０．０５μｍでなおかつＢＥＴ比表面積が３０〜３００ｍ２／ｇのアルミナゾル、又は平均粒径が０．０５〜０．５μｍでなおかつＢＥＴ比表面積が５〜５０ｍ２／ｇのα―アルミナを用いることができる。その原因は定かではないが、α―アルミナを用いた場合に使用できるジルコニア粉末の許容範囲が広くなる。
【００３８】
本発明の透光性ジルコニア焼結体用のジルコニア粉末は、常圧焼結（大気中、３００℃／時）における相対密度７０％から９０％までの焼結収縮速度（△ρ／△Ｔ：ｇ／ｃｍ３・℃）が、０．０１２５以上０．０１６０以下であることが好ましい。（本発明の組成における相対密度は数式２の計算式によって求めた理論密度により算出される。）
本発明の透光性ジルコニア焼結体用のジルコニア粉末は、通常のプレス成型（必要に応じて静水圧プレス（ＣＩＰ処理））により相対密度５０±５％程度の成型体となる。その様な成型体を大気中で昇温すると、仮焼温度以上の温度、特に１１００℃付近から焼結収縮が開始する。焼結の収縮速度は相対密度７０％から９０％までの範囲で一定となり、相対密度が９０％を超えたところから徐々に収縮速度が低下し、１００％付近において最終的にそれ以上温度を上げても収縮しなくなる。
【００３９】
常圧焼結（大気中、昇温速度３００℃／時）における相対密度７０％から９０％までの焼結収縮速度（△ρ／△Ｔ：ｇ／ｃｍ３・℃）は、ジルコニア粉末を成型（金型成型の後、ＣＩＰ処理（圧力２ｔ／ｃｍ２））した後、汎用的な熱膨張計（アルバック理工製 ＤＬ９７００）によって測定することができる。本発明における焼結収縮速度は、相対密度が７０％以上での測定値であるため、初期の成型密度（相対密度５０％前後）のばらつきにより影響を受けない。さらに相対密度７０％から９０％では焼結収縮速度が一定であり、収縮速度が温度と相対密度の一次関数となるため、特別な近似計算処理を用いることなくても正確な収縮速度を求めることが可能である。
【００４０】
本発明の透光性ジルコニア焼結体用のジルコニア粉末は、常圧焼結（大気中、昇温速度３００℃／時）における相対密度７０％から９０％までの焼結収縮速度（△ρ／△Ｔ：ｇ／ｃｍ３・℃）が上記の範囲から外れると相対密度９９．８％以上の高い透光性を有する焼結体を得ることが困難である。
【００４１】
本発明のジルコニア粉末は、ＨＩＰ処理等の加圧焼結を用いなくても、常圧焼結において高い透光性の焼結体が得られるものであるが、本発明の粉末は、用いるアルミナの物性に対して特定の焼結性（焼結収縮速度）を有することが好ましい。本発明でいうところの焼結収縮速度（△ρ／△Ｔ：ｇ／ｃｍ３・℃）は高いほどよいというものではない。アルミナの物性に対して焼結収縮速度が本発明の範囲から外れた場合、常圧焼結において高い透光性を有する焼結体を得ることは困難である。
【００４２】
本発明で用いている焼結収縮速度は、昇温速度が変わればまた異なるが、昇温速度を決定すれば一定の値を有し、粉末に固有の値である。
【００４３】
本発明の粉末では用いるアルミナの平均粒径が０．０１μｍ以上０．０５μｍ以下の場合、焼結収縮速度（△ρ／△Ｔ：ｇ／ｃｍ３・℃）は０．０１２５以上０．０１３５以下であり、この範囲から外れると常圧焼結、特に１４５０℃以下、さらには１４００℃以下での常圧焼結において透光性の高いジルコニア焼結体が得られにくい。
【００４４】
本発明の粉末では用いるアルミナの平均粒径が０．０５μｍを超え０．５μｍ以下の場合、０．０１３５を超え０．０１６０以下であり、この範囲から外れると常圧焼結、特に１４５０℃以下、さらには１４００℃以下での常圧焼結において透光性の高い焼結体が得られにくい。
【００４５】
本発明の透光性ジルコニア焼結体用のジルコニア粉末は、噴霧成型粉末顆粒を用いることが好ましく、特に安定化剤としてのイットリア、添加剤としてのアルミナゾルの他に有機バインダーを含む噴霧造粒粉末を用いることが好ましい。
【００４６】
ジルコニア粉末をスラリーにして噴霧乾燥することによりジルコニア顆粒では、成型体を形成する際の流動性が高く、焼結体中に気泡が生成し難い。顆粒の粒径は３０〜８０μｍ、軽装嵩密度が１．１０〜１．４０ｇ／ｃｍ３であることが好ましい。
【００４７】
顆粒にバインダーを使用する場合、バインダーとしては、一般に用いられるポリビニルアルコール、ポリビニルブチラート、ワックス、アクリル系等のバインダーを挙げることができるが、中でも分子中にカルボキシル基またはその誘導体（例えば、塩、特にアンモニウム塩など）を有するアクリル系のものが好ましい。このアクリル系のバインダーとして、例えば、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、アクリル酸共重合体、メタクリル酸共重合体やその誘導体を挙げることができる。バインダーの添加量は、セラミックス粉末スラリー中のセラミックス粉末に対し０．５〜１０重量％、特に１〜５重量％が好ましい。
【００４８】
本発明の透光性ジルコニア焼結体は、安定化剤として２〜４ｍｏｌ％のイットリア、添加剤として粒径が０．０１〜０．５μｍのアルミナを０．１ｗｔ％未満含むジルコニア粉末を成型後、常圧下にて１３５０〜１４５０℃、特に１４００℃以下、１００℃／時以下で焼結することにより製造することが好ましい。
【００４９】
焼結温度が１３５０℃未満であると、相対密度が９９．８％に到達せず、１４５０℃を超えると、焼結体の水熱劣化が著しく進行し、焼結体が破壊し易い。
【００５０】
本発明の透光性ジルコニア焼結体は常圧焼結で得るが、焼結雰囲気としては還元性雰囲気でなければ特に制限は無く、酸素雰囲気、大気中焼結で良い。特に大気中で焼結することが好ましい。
【発明の効果】
【００５１】
本発明の透光性ジルコニア焼結体は、高密度、高強度でなおかつ透光性に優れているため、歯科用途で使用されるジルコニア焼結体、具体的には義歯材料等のミルブランク、歯列矯正ブラケットとして用いる焼結体として優れたものであり、本発明の透光性ジルコニア焼結体用の粉末は、ＨＩＰ等の大掛かりな加圧焼結装置を用いないで常圧焼結で透光性ジルコニア焼結体を製造できるものである。
【実施例】
【００５２】
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に何等限定されるものではない。
【００５３】
例中、ジルコニア粉末の平均粒径は、マイクロトラック粒度分布計（Ｈｏｎｅｙｗｅｌｌ社製，型式：９３２０−ＨＲＡ）を用いて測定した。試料の前処理条件としては、粉末を蒸留水に懸濁させ、超音波ホモジナイザー（日本精機製作所製，型式：ＵＳ−１５０Ｔ）を用いて３分間分散させた。ＸＲＤ測定により求められる単斜晶相率は数式１より算出した（いずれの例においても、立方晶は含まれていなかった）。また、ジルコニア顆粒の平均粒径は、ふるい分け試験方法によって求めた。
【００５４】
原料粉末の成形は、金型プレスにより圧力７００ｋｇｆ／ｃｍ２で行い、当該予備成形体をゴム型を用いて圧力２ｔ／ｃｍ２で冷間静水圧プレス（ＣＩＰ）処理して成形体とした。得られた成形体は所定温度（保持時間２時間）に設定して焼結させた。ジルコニア焼結体の結晶粒子の平均粒径は、鏡面研磨した焼結体を熱エッチング処理し、電解放出形走査型電子顕微鏡（ＦＥＳＥＭ）（日本電子社製、型式：ＪＳＭ−Ｔ２２０）を用いてプラニメトリック法により算出した。焼結体密度は、アルキメデス法で測定した。
【００５５】
焼結体の全光線透過率は、濁度計（日本電色工業（株）製、型式：ＮＤＨ２０００）を用いて、ＪＩＳ Ｋ７３６１に準拠して光源Ｄ６５で測定した。試料は焼結体を両面研磨した厚み１ｍｍの円盤形状のものを用いた。焼結体の強度は、３点曲げ測定法で評価した。
【００５６】
水熱耐久試験は、焼結体を１４０℃の熱水中に２４時間浸漬させ、生成する単斜晶相の比率（単斜晶相率）を求めることによって評価した。単斜晶相率は、浸漬処理した焼結体についてＸＲＤ測定を行い、ジルコニア微粉末の単斜晶相率と同様の算出方法で、既述の数式１により求めた。
【００５７】
実施例及び比較例
オキシ塩化ジルコニウムの加水分解によって得られた水和ジルコニアゾルに、塩化イットリウムをイットリア濃度が３ｍｏｌ％になるように添加して乾燥させ、１０００〜１２００℃の仮焼温度で１〜１０時間仮焼した。
【００５８】
得られた仮焼粉を水洗処理したあとに、平均粒径０．０１５μｍのアルミナゾル、又は平均粒径０．３μｍのα―アルミナをアルミナ含有量で０．００５〜０．０７５ｗｔ％及び蒸留水を加えてジルコニア濃度４５重量％のスラリーにした。このスラリーを直径３ｍｍのジルコニアボールを用いて、振動ミルで２４時間粉砕処理して、ジルコニア粉末を得た。
【００５９】
得られた粉末をＣＩＰ（圧力２ｔ／ｃｍ２）でプレス成形し、１４００℃の条件で焼結させた。また、同様にＣＩＰ成形した成形体を熱収縮計（アルバック理工製 ＤＬ９７００）を用い、大気中、昇温速度３００℃／時）における相対密度７０％から９０％までの焼結収縮速度（△ρ／△Ｔ：ｇ／ｃｍ３・℃）を求めた。
【００６０】
ジルコニア粉末のＡｌ２Ｏ３含有量（粒径）、ＢＥＴ比表面積、相対密度が７０％から９０％までの焼結収縮速度（△ρ／△Ｔ：ｇ／ｃｍ３・℃）、大気中常圧１４００℃で昇温速度１００℃／時で焼結した際の焼結相対密度、平均結晶粒径、全光線透過率、曲げ強度、水熱劣化後の単斜晶相率を表１に示す。
【００６１】
仮焼条件によってＢＥＴ比表面積、焼結収縮速度（△ρ／△Ｔ：ｇ／ｃｍ３・℃）を変化させたところ、アルミナの平均粒径が０．０１μｍ以上０．０５μｍ以下の場合には０．０１２５以上０．０１４０以下において、アルミナの平均粒径が０．０５μｍを超え０．５μｍ以下の場合には０．０１３５を超え０．０１６０以下において相対密度９９.８％以上の透光性ジルコニア焼結体が得られた。
【００６２】
焼結収縮速度（△ρ／△Ｔ：ｇ／ｃｍ３・℃）と焼結体相対密度の関係を図１に示す。
【００６３】
【表１】
【００６４】
図１から明らかな様に、アルミナ含有量が０．１ｗｔ％未満においては、粒径の小さいアルミナゾルを用いた場合には１４００℃の低温で相対密度９９．８％以上を達成する焼結収縮速度（△ρ／△Ｔ：ｇ／ｃｍ３・℃）の許容範囲が狭い。アルミナ０．１ｗｔ％未満では０．０５μｍ以上の粒径を用いることが好ましい。
【００６５】
アルミナ含有量が０．１ｗｔ％未満において、相対密度９９．８％以上の焼結体においてのみ全光透過率が３５％以上の透光性が得られおり、透過率３５％以上を達成するためには相対密度９９．８％以上が必要である。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】焼結収縮速度（△ρ／△Ｔ：ｇ／ｃｍ３・℃）と焼結体相対密度の関係
【図２】ジルコニア粉末の大気中常圧焼結（昇温速度３００℃／時）における熱収縮曲線（Ｎｏ．５）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
安定化剤として２〜４ｍｏｌ％のイットリアを含み、添加剤としてアルミナを０．１ｗｔ％未満含むジルコニアからなり、相対密度が９９．８％以上、かつ厚さ１．０ｍｍでの全光線透過率が３５％以上であることを特徴とする透光性ジルコニア焼結体。
【請求項２】
結晶粒径が０．２０〜０．４５μｍである請求項１に記載の透光性ジルコニア焼結体。
【請求項３】
１４０℃の熱水中に２４時間浸漬させた後の単斜晶相率が２０％以下である請求項１〜２のいずれかに記載の透光性ジルコニア焼結体。
【請求項４】
３点曲げ強度が１１００ＭＰａ以上である請求項１〜３のいずれかに記載の透光性ジルコニア焼結体。
【請求項５】
安定化剤として２〜４ｍｏｌ％のイットリア、添加剤として粒径が０．０１〜０．５μｍのアルミナを０．１ｗｔ％未満含むジルコニア粉末を成型後、常圧下にて１３５０〜１４５０℃で焼結することを特徴とする透光性ジルコニア焼結体の製造方法。
【請求項６】
安定化剤として２〜４ｍｏｌ％のイットリア、添加剤として粒径が０．０１〜０．０５μｍのアルミナを０．１ｗｔ％未満含むジルコニア粉末が１０００℃以上１２００℃以下で仮焼した粉末である請求項５に記載の製造方法。
【請求項７】
安定化剤として２〜４ｍｏｌ％のイットリア、添加剤として粒径が０．０１〜０．５μｍのアルミナを０．１ｗｔ％未満含むジルコニア粉末の噴霧成型粉末顆粒を用いることを特徴とする請求項５乃至６のいずれかに記載の製造方法。
【請求項８】
安定化剤として２〜４ｍｏｌ％のイットリア、添加剤として粒径が０．０１〜０．５μｍのアルミナを０．１ｗｔ％未満含むジルコニア粉末の噴霧成型粉末顆粒が、さらに有機バインダーを含む噴霧造粒粉末である請求項７に記載の製造方法。
【請求項９】
安定化剤として２〜４ｍｏｌ％のイットリア、添加剤として粒径が０．０１〜０．５μｍのアルミナを０．１ｗｔ％未満含む透光性ジルコニア焼結体用粉末。
【請求項１０】
ＢＥＴ比表面積が１０〜１５ｍ２／ｇである請求項９に記載の粉末。
【請求項１１】
アルミナの平均粒径が０．０１μｍ以上０．５μｍ以下、常圧焼結（大気中、昇温速度３００℃／時）における相対密度７０％から９０％までの焼結収縮速度（△ρ／△Ｔ：ｇ／ｃｍ３・℃）が０．０１２５以上０．０１６０以下である請求項９乃至１０のいずれかに記載の粉末。
【請求項１２】
アルミナの平均粒径が０．０１μｍ以上０．０５μｍ以下、常圧焼結（大気中、昇温速度３００℃／時）における相対密度７０％から９０％までの焼結収縮速度（△ρ／△Ｔ：ｇ／ｃｍ３・℃）が０．０１２５以上０．０１３５以下である請求項９乃至１１のいずれかに記載の粉末。
【請求項１３】
アルミナの平均粒径が０．０５μｍを超え０．５μｍ以下、常圧焼結（大気中、昇温速度３００℃／時）における相対密度７０％から９０％までの焼結収縮速度（△ρ／△Ｔ：ｇ／ｃｍ３・℃）が０．０１３５を超え０．０１６０以下である請求項９乃至１１のいずれかに記載の粉末。
【請求項１４】
請求項１〜４のいずれかに記載の焼結体を用いてなる歯科材料。
【請求項１５】
歯科材料が歯列矯正ブラケットである請求項１４に記載の歯科材料。
【請求項１６】
歯科材料が義歯及び／又は義歯ミルブランクである請求項１４の歯科材料。
【請求項１】
安定化剤として２〜４ｍｏｌ％のイットリアを含み、添加剤としてアルミナを０．１ｗｔ％未満含むジルコニアからなり、相対密度が９９．８％以上、かつ厚さ１．０ｍｍでの全光線透過率が３５％以上であることを特徴とする透光性ジルコニア焼結体。
【請求項２】
結晶粒径が０．２０〜０．４５μｍである請求項１に記載の透光性ジルコニア焼結体。
【請求項３】
１４０℃の熱水中に２４時間浸漬させた後の単斜晶相率が２０％以下である請求項１〜２のいずれかに記載の透光性ジルコニア焼結体。
【請求項４】
３点曲げ強度が１１００ＭＰａ以上である請求項１〜３のいずれかに記載の透光性ジルコニア焼結体。
【請求項５】
安定化剤として２〜４ｍｏｌ％のイットリア、添加剤として粒径が０．０１〜０．５μｍのアルミナを０．１ｗｔ％未満含むジルコニア粉末を成型後、常圧下にて１３５０〜１４５０℃で焼結することを特徴とする透光性ジルコニア焼結体の製造方法。
【請求項６】
安定化剤として２〜４ｍｏｌ％のイットリア、添加剤として粒径が０．０１〜０．０５μｍのアルミナを０．１ｗｔ％未満含むジルコニア粉末が１０００℃以上１２００℃以下で仮焼した粉末である請求項５に記載の製造方法。
【請求項７】
安定化剤として２〜４ｍｏｌ％のイットリア、添加剤として粒径が０．０１〜０．５μｍのアルミナを０．１ｗｔ％未満含むジルコニア粉末の噴霧成型粉末顆粒を用いることを特徴とする請求項５乃至６のいずれかに記載の製造方法。
【請求項８】
安定化剤として２〜４ｍｏｌ％のイットリア、添加剤として粒径が０．０１〜０．５μｍのアルミナを０．１ｗｔ％未満含むジルコニア粉末の噴霧成型粉末顆粒が、さらに有機バインダーを含む噴霧造粒粉末である請求項７に記載の製造方法。
【請求項９】
安定化剤として２〜４ｍｏｌ％のイットリア、添加剤として粒径が０．０１〜０．５μｍのアルミナを０．１ｗｔ％未満含む透光性ジルコニア焼結体用粉末。
【請求項１０】
ＢＥＴ比表面積が１０〜１５ｍ２／ｇである請求項９に記載の粉末。
【請求項１１】
アルミナの平均粒径が０．０１μｍ以上０．５μｍ以下、常圧焼結（大気中、昇温速度３００℃／時）における相対密度７０％から９０％までの焼結収縮速度（△ρ／△Ｔ：ｇ／ｃｍ３・℃）が０．０１２５以上０．０１６０以下である請求項９乃至１０のいずれかに記載の粉末。
【請求項１２】
アルミナの平均粒径が０．０１μｍ以上０．０５μｍ以下、常圧焼結（大気中、昇温速度３００℃／時）における相対密度７０％から９０％までの焼結収縮速度（△ρ／△Ｔ：ｇ／ｃｍ３・℃）が０．０１２５以上０．０１３５以下である請求項９乃至１１のいずれかに記載の粉末。
【請求項１３】
アルミナの平均粒径が０．０５μｍを超え０．５μｍ以下、常圧焼結（大気中、昇温速度３００℃／時）における相対密度７０％から９０％までの焼結収縮速度（△ρ／△Ｔ：ｇ／ｃｍ３・℃）が０．０１３５を超え０．０１６０以下である請求項９乃至１１のいずれかに記載の粉末。
【請求項１４】
請求項１〜４のいずれかに記載の焼結体を用いてなる歯科材料。
【請求項１５】
歯科材料が歯列矯正ブラケットである請求項１４に記載の歯科材料。
【請求項１６】
歯科材料が義歯及び／又は義歯ミルブランクである請求項１４の歯科材料。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１０−１５００６３（Ｐ２０１０−１５００６３Ａ）
【公開日】平成２２年７月８日（２０１０．７．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３２８４９９（Ｐ２００８−３２８４９９）
【出願日】平成２０年１２月２４日（２００８．１２．２４）
【出願人】（０００００３３００）東ソー株式会社 (1,901)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年７月８日（２０１０．７．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１２月２４日（２００８．１２．２４）
【出願人】（０００００３３００）東ソー株式会社 (1,901)
【Ｆターム（参考）】
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