專利名稱：透光性氧化鋯燒結體、其生產(chǎn)方法及其用途的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及氧化鋯燒結體，其通過常壓燒結來生產(chǎn)，具有高的燒結體密度和高強 度，且具有優(yōu)異的透光性。更具體地，本發(fā)明涉及用于牙科用途的氧化鋯燒結體，其適合于 用作牙科材料等用研磨坯料(mill blank)或用作正畸托槽。
背景技術：
含有少量處于固溶體狀態(tài)的Y2O3作為穩(wěn)定劑的氧化鋯燒結體具有高強度和高韌 性，因此被廣泛用作用于機器結構如切削工具、模具、噴嘴和軸承的材料，以及活體用材料 如牙科材料。在牙科材料的情況下，不僅需要機械性能即高強度和高韌性，而且從審美的觀 點，還需要光學性能即透光性和色調(diào)。氧化鋯單晶提供透光感，而含有約10摩爾％氧化釔的單晶氧化鋯(立方氧化鋯) (其被用作寶石等)，通常具有其強度過低的問題。另一方面，已知常見氧化鋯燒結體(其 為多晶體)不提供透光感。已知缺乏透光性是由于存在于晶粒之間和晶粒內(nèi)的氣孔而引起 的光散射。因此，迄今已對以下技術進行研究通過減少氣孔，即通過增加燒結體的密度來 賦予透光性至多晶氧化鋯燒結體。例如，專利文獻1公開了含有2摩爾％以上的Y2O3和3-20摩爾％的TiO2的透光 性氧化鋯。然而，該透光性氧化鋯具有涉及強度的問題，這是因為為了賦予透光性，該氧化 鋯含有大量摻入的Ti02。專利文獻2公開了具有燒結體密度為99. 8%的氧化鋯燒結體，其具有包括3摩 爾％的Y2O3和0. 25重量％的Al2O3的組成，并具有透光性。已報道該燒結體具有相對于可 見光的總透光率為49% (厚度，0. 5mm)。然而，該燒結體是通過使用熱等靜壓成型(HIP)的 加壓燒結而獲得的燒結體，在通過常壓燒結而獲得的燒結體中不能獲得充分的透光性?，F(xiàn)有技術文獻專利文獻專利文獻1 JP-A-62-91467專利文獻2 JP-A-20-5024
發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的問題本發(fā)明的目的在于提供一種氧化鋯燒結體，其消除上述常規(guī)方法的缺陷，具有高 的燒結體密度和高強度并具有優(yōu)異的透光性。另一目的在于提供能夠通過常壓燒結制造此 類氧化鋯燒結體的簡易工序。用于解決問題的方案本發(fā)明人對氧化鋯粉末中氧化鋁狀態(tài)、各燒結體密度和燒結體的總透光率之間的 關系進行了詳細研究。結果發(fā)現(xiàn)，為了通過常壓燒結獲得透光性氧化鋯燒結體，有必要不僅 提高氧化鋯粉末的燒結性，而且控制在特定溫度范圍內(nèi)氧化鋯的燒結速率。還已發(fā)現(xiàn)，通過基于用作添加劑的氧化鋁的性質來控制燒結速率，通過常壓燒結獲得透光性氧化鋯。此外， 已發(fā)現(xiàn)，還在不含有氧化鋁的含氧化釔的氧化鋯的情況下，借助于控制燒結速率，通過常壓 燒結獲得透光性氧化鋯。因此完成本發(fā)明。SP，本發(fā)明的要旨在于以下1)至15)。1) 一種透光性氧化鋯燒結體，其特征在于，所述透光性氧化鋯燒結體包括氧化鋯， 并且具有相對密度為99. 8%以上和在1. Omm的厚度下測量的總透光率為35%以上，所述氧 化鋯含有2-4摩爾％的氧化釔作為穩(wěn)定劑且具有氧化鋁含量為0. 2重量％以下。2)根據(jù)上述1)所述的透光性氧化鋯燒結體，其優(yōu)選具有氧化鋁含量為0. 1-0. 2重量％。3)根據(jù)上述1)所述的透光性氧化鋯燒結體，其優(yōu)選具有氧化鋁含量為低于0. 1重量％。4)根據(jù)上述1)所述的透光性氧化鋯燒結體，其優(yōu)選不含有氧化鋁(具有氧化鋁含
量為0重量％ )。5)根據(jù)上述1)_4)所述的透光性氧化鋯燒結體，其優(yōu)選具有結晶粒徑為 0. 20-0. 45 μ m。6)根據(jù)上述1)_5)任一項所述的透光性氧化鋯燒結體，其優(yōu)選在140°C的熱水中 浸漬24小時后具有單斜晶相率(monoclinic fraction)為30%以下。7)根據(jù)上述1)_6)任一項所述的透光性氧化鋯燒結體，其優(yōu)選具有三點彎曲強度 為1，OOOMPa以上。8) 一種透光性氧化鋯燒結體用粉末，其優(yōu)選為以下粉末所述粉末含有2-4摩 爾％的氧化釔作為穩(wěn)定劑，具有氧化鋁含量為0. 2重量％以下，以及在常壓燒結(大氣 中，300°C /小時)時在70%至90%的相對密度范圍內(nèi)具有燒結收縮速率(Δ p/AT;g/ cm3 · °C )為 0· 0120 以上至 0. 0160 以下。9)根據(jù)上述8)所述的透光性氧化鋯燒結體用粉末，其優(yōu)選為以下粉末所述粉末 含有2-4摩爾％的氧化釔作為穩(wěn)定劑，含有0. 1-0. 2重量％的氧化鋁，以及在常壓燒結(大 氣中，300°C/小時)時在70%至90%的相對密度范圍內(nèi)具有燒結收縮速率(Δ p/AT;g/ cm3 · °C )為 0· 0125 以上至 0. 0160 以下。10)根據(jù)上述8)所述的透光性氧化鋯燒結體用粉末，其優(yōu)選為以下粉末所述粉 末含有2-4摩爾％的氧化釔作為穩(wěn)定劑，含有低于0. 1重量％的氧化鋁，以及在常壓燒結 (大氣中，300°C/小時)時在70%至90%的相對密度范圍內(nèi)具有燒結收縮速率(Δ ρ/ΔΤ ； g/cm3 · °C )為 0· 0125 以上至 0. 0160 以下。11)根據(jù)上述8)所述的透光性氧化鋯燒結體用粉末，其優(yōu)選為以下粉末所述粉 末含有2-4摩爾％的氧化釔作為穩(wěn)定劑，不含有氧化鋁(氧化鋁含量，0重量％ )，以及在 常壓燒結(大氣中，300°C/小時)時在70%至90%的相對密度范圍內(nèi)具有燒結收縮速率 (Δ ρ / Δ T ；g/cm3 · °C )為 0· 0120 以上至 0. 0135 以下。12) 一種透光性氧化鋯燒結體的制造方法，其優(yōu)選特征在于，使上述8)_11)任一 項所述的氧化鋯粉末成型，然后在常壓下在1，350-1, 450°C下燒結所得生坯。13) 一種牙科材料，其包含根據(jù)上述1)_7)任一項所述的燒結體。14)根據(jù)上述13)的牙科材料，其優(yōu)選為假牙和/或假牙研磨坯料。
15)根據(jù)上述13)的牙科材料，其優(yōu)選為正畸托槽。已知將微細氧化鋁(溶膠等)用于高密度氧化鋯燒結體。然而，為了改進燒結體 需要的性質，已將此類氧化鋯燒結體限制至其中已經(jīng)以超過0. 2重量％的量添加微細氧化 鋁的那些氧化鋯燒結體。任何具有高含量的作為不同種類組分的氧化鋁的此類氧化鋯燒結 體，即使當燒結體具有高密度時，也均由于光的折射、散射等而不具有充分的透光性。本發(fā) 明提供具有氧化鋁含量為0. 2重量％以下或者不含氧化鋁的燒結體，其具有燒結體需要的 優(yōu)異的基本性質，進一步具有優(yōu)異的透光性。發(fā)明的效果本發(fā)明的透光性氧化鋯燒結體具有高密度、高強度和優(yōu)異的透光性，因此是優(yōu)異 的用于牙科用途的氧化鋯燒結體，具體地，是優(yōu)異的用作用于牙科材料等的研磨坯料或用 作正畸托槽的燒結體。本發(fā)明的透光性氧化鋯燒結體用粉末能夠通過常壓燒結來制造透光 性氧化鋯燒結體的粉末而不使用大規(guī)模加壓燒結設備例如HIP用加壓燒結設備。


圖1為示出含0. 1-0. 2重量％氧化鋁的氧化鋯的燒結收縮速率(Δ p/AT;g/ cm3 · °C )與燒結體相對密度之間的關系的圖示。圖2為示出大氣壓燒結(加熱速度，300°C/小時)氧化鋯粉末時所得熱收縮曲線 的實例(實施例7)的圖示。圖3為示出含低于0. 1重量％氧化鋁的氧化鋯的燒結收縮速率(Δ p/AT;g/ cm3 · °C )與燒結體相對密度之間的關系的圖示。圖4為示出大氣壓燒結(加熱速度，300°C/小時)氧化鋯粉末時所得熱收縮曲線 的實例(實施例14)的圖示。圖5為示出不含氧化鋁的氧化鋯的燒結收縮速率(Δ p/AT;g/cm3 · °C )與燒結 體相對密度之間的關系的圖示。圖6為示出大氣壓燒結(加熱速度，300°C/小時)氧化鋯粉末時所得熱收縮曲線 的實例(實施例33)的圖示。圖7為示出含0-0. 2重量％氧化鋁的氧化鋯的燒結收縮速率(Δ ρ/ΔΤ ;g/ cm3 · °C )與燒結體相對密度之間的關系的圖示。
具體實施例方式下面更詳細說明本發(fā)明。 在本發(fā)明中，氧化鋯粉末的“平均粒徑”意指具有與對應于基于體積表示的粒徑分 布的累積曲線的中值(中值粒徑；對應于累積曲線的50%的粒徑)的顆粒相同體積的球的 直徑。該平均粒徑是基于激光衍射法用粒徑分布分析儀測量的值。術語“穩(wěn)定劑濃度”意指穩(wěn)定劑/(ZrO2+穩(wěn)定劑)的比率以摩爾％計的值。術語“單斜晶相率(fm)，，意指通過借助X射線粉末衍射(XRD)分析測定單斜晶相 的各(111)面和(11-1)面、四方晶相的(111)面和立方晶相的(111)面的衍射強度，并利 用以下數(shù)學表達式1算出的分數(shù)的值。[數(shù)學表達式1]
權利要求
1.一種透光性氧化鋯燒結體，其特征在于，所述透光性氧化鋯燒結體包括氧化鋯，并且 具有相對密度為99. 8%以上和在1. Omm的厚度下測量的總透光率為35%以上，所述氧化鋯 含有2-4摩爾％的氧化釔作為穩(wěn)定劑且具有氧化鋁含量為0. 2重量％以下。
2.根據(jù)權利要求1所述的透光性氧化鋯燒結體，其具有氧化鋁含量為0.1-0.2重量％。
3.根據(jù)權利要求1所述的透光性氧化鋯燒結體，其具有氧化鋁含量為低于0.1重量％。
4.根據(jù)權利要求1所述的透光性氧化鋯燒結體，其不含有氧化鋁(具有氧化鋁含量為 0重量％ )。
5.根據(jù)權利要求1-4任一項所述的透光性氧化鋯燒結體，其具有結晶粒徑為 0. 20-0. 45 μ m。
6.根據(jù)權利要求1-5任一項所述的透光性氧化鋯燒結體，其在140°C的熱水中浸漬24 小時后具有單斜晶相率為30%以下。
7.根據(jù)權利要求1-6任一項所述的透光性氧化鋯燒結體，其具有三點彎曲強度為 1，OOOMPa 以上。
8.—種透光性氧化鋯燒結體用粉末，其為以下粉末所述粉末含有2-4摩爾％的氧 化釔作為穩(wěn)定劑，具有氧化鋁含量為0. 2重量％以下，以及在常壓燒結(大氣中，300°C / 小時)時在70%至90%的相對密度范圍內(nèi)具有燒結收縮速率(Δ p/AT;g/cm3· V)為 0. 0120以上至0. 0160以下。
9.根據(jù)權利要求8所述的透光性氧化鋯燒結體用粉末，其為以下粉末所述粉末含有 2-4摩爾％的氧化釔作為穩(wěn)定劑，含有0. 1-0. 2重量％的氧化鋁，以及在常壓燒結(大氣 中，300°C /小時)時在70%至90%的相對密度范圍內(nèi)具有燒結收縮速率(Δ ρ/ΔΤ ;g/ cm3 · °C )為 0· 0125 以上至 0. 0160 以下。
10.根據(jù)權利要求8所述的透光性氧化鋯燒結體用粉末，其為以下粉末所述粉末含 有2-4摩爾％的氧化釔作為穩(wěn)定劑，含有低于0. 1重量％的氧化鋁，以及在常壓燒結(大 氣中，300°C/小時)時在70%至90%的相對密度范圍內(nèi)具有燒結收縮速率(Δ p/AT;g/ cm3 · °C )為 0· 0125 以上至 0. 0160 以下。
11.根據(jù)權利要求8所述的透光性氧化鋯燒結體用粉末，其為以下粉末所述粉末含有 2-4摩爾％的氧化釔作為穩(wěn)定劑，不含有氧化鋁(氧化鋁含量，0重量％ )，以及在常壓燒結 (大氣中，300°C/小時)時在70%至90%的相對密度范圍內(nèi)具有燒結收縮速率(Δ ρ/ΔΤ ； g/cm3 · °C )為 0· 0120 以上至 0. 0135 以下。
12.一種透光性氧化鋯燒結體的制造方法，其特征在于，使根據(jù)權利要求8至11任一項 所述的氧化鋯粉末成型，然后在常壓下在1，350-1, 450°C下燒結所得生坯。
13.一種牙科材料，其包含根據(jù)權利要求1至7任一項所述的燒結體。
14.根據(jù)權利要求13所述的牙科材料，其為假牙和/或假牙研磨坯料。
15.根據(jù)權利要求13所述的牙科材料，其為正畸托槽。
全文摘要
提供一種特殊燒結技術如HIP燒結，其對于制造具有高密度、高強度和透光感優(yōu)異的氧化鋯燒結體是必要的。一種通過常壓燒結獲得的透光性氧化鋯燒結體，其特征在于，所述透光性氧化鋯燒結體包括氧化鋯，并且具有相對密度為99.8％以上和在1.0mm的厚度下測量的總透光率為35％以上，所述氧化鋯含有2-4摩爾％的氧化釔作為穩(wěn)定劑且具有氧化鋁含量為0.2重量％以下。優(yōu)選在常壓下在大氣中燒結以下粉末所述粉末含有0-0.2重量％的具有粒徑為0.01-0.5μm的氧化鋁，具有BET比表面積為5-16m2/g、平均粒徑為0.3-0.7μm、常壓燒結時的燒結收縮速率(Δρ/ΔT；g/cm3·℃)為0.0125-0.0160。
文檔編號A61C7/14GK101998939SQ20098011264
公開日2011年3月30日 申請日期2009年4月8日 優(yōu)先權日2008年4月9日
發(fā)明者今井纮平, 河村清隆, 藤崎浩之 申請人:東曹株式會社