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WO2025115986A1 - ジルコニア複合焼結体 - Google Patents

ジルコニア複合焼結体 Download PDF

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Publication number
WO2025115986A1
WO2025115986A1 PCT/JP2024/042238 JP2024042238W WO2025115986A1 WO 2025115986 A1 WO2025115986 A1 WO 2025115986A1 JP 2024042238 W JP2024042238 W JP 2024042238W WO 2025115986 A1 WO2025115986 A1 WO 2025115986A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
zirconia
sintered body
mol
composite sintered
stabilizer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
PCT/JP2024/042238
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
貴広 丹羽
新一郎 加藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kuraray Noritake Dental Inc
Original Assignee
Kuraray Noritake Dental Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kuraray Noritake Dental Inc filed Critical Kuraray Noritake Dental Inc
Publication of WO2025115986A1 publication Critical patent/WO2025115986A1/ja
Pending legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61CDENTISTRY; APPARATUS OR METHODS FOR ORAL OR DENTAL HYGIENE
    • A61C13/00Dental prostheses; Making same
    • A61C13/08Artificial teeth; Making same
    • A61C13/083Porcelain or ceramic teeth
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61CDENTISTRY; APPARATUS OR METHODS FOR ORAL OR DENTAL HYGIENE
    • A61C5/00Filling or capping teeth
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    • A61K6/831Preparations for artificial teeth, for filling teeth or for capping teeth comprising non-metallic elements or compounds thereof, e.g. carbon
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/48Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on zirconium or hafnium oxides, zirconates, zircon or hafnates
    • C04B35/486Fine ceramics
    • C04B35/488Composites

Definitions

  • the present invention relates to a zirconia composite sintered body. More specifically, the present invention relates to a zirconia composite sintered body that has strength suitable for dental use, is excellent in machinability in the sintered state, and has excellent aesthetic properties.
  • Ceramics made from metal oxides have been widely used industrially.
  • zirconia sintered bodies are used as dental materials for dental prostheses and other purposes due to their high strength and aesthetic properties.
  • Zirconia sintered bodies have excellent strength, so when they are used as dental materials for prostheses and other purposes, problems such as breakage rarely occur. Zirconia sintered bodies also have high translucency and are less likely to become discolored in the oral cavity, making them aesthetically pleasing. On the other hand, once fully sintered, they have a high hardness and are almost impossible to process with dental processing machines. For example, if a cubic zirconia sintered body is machined to obtain a zirconia sintered body with a shape that matches the shape of a patient's teeth, the metal processing tools will wear out significantly, and it will take an enormous amount of time to produce even a single dental prosthesis.
  • a zirconia sintered body when using a zirconia sintered body for dental material applications, it is usually not a completely sintered sintered body, but a calcined body in a semi-sintered state that is easy to process is processed into the shape of a desired dental prosthesis, and then further sintered to produce a sintered body processed into the shape of the intended dental prosthesis. After that, the sintered body is subjected to slight adjustment processing so that the sintered body having the shape of the dental prosthesis fits comfortably when it is worn in the oral cavity of a patient at a dental clinic.
  • machining using a CAD/CAM system is used to obtain a shape that matches the tooth in the treatment area of the patient, and calcined bodies (mill blanks) for CAD/CAM systems are widely used.
  • dental treatment generally involves many steps, including the following: acquiring information about the shape of the patient's mouth, such as dentition information, taking into consideration the unique circumstances resulting from the physical properties of the zirconia sintered body described above; machining a calcined body (mill blank) into the shape of the desired dental prosthesis using a CAD/CAM system based on the acquired information; sintering the calcined body having the shape of the desired dental prosthesis to obtain a sintered body; and making slight adjustments to the sintered body so that it fits comfortably in the patient's mouth when worn at a dental clinic.
  • Patent Document 1 discloses a calcined zirconia body that contains zirconia and a stabilizer capable of suppressing the phase transition of zirconia, in which the main crystal system of the zirconia is monoclinic, and that has multiple layers with different stabilizer contents relative to the total moles of zirconia and stabilizer.
  • the unmachined sintered body could be machined into the shape of the desired dental prosthesis using a CAD/CAM system based on that information, and then it could be fitted into the patient's mouth and fine-tuned, completing dental treatment in one day.
  • dental treatment can be completed in one day if materials other than zirconia, such as lithium disilicate glass ceramics and feldspar-based glass ceramics, are used.
  • materials other than zirconia such as lithium disilicate glass ceramics and feldspar-based glass ceramics.
  • zirconia sintered bodies there are unique circumstances resulting from the physical properties of zirconia sintered bodies, making this extremely difficult to achieve.
  • zirconia is in high demand for its strength and aesthetics, and in response to the growing need to shorten treatment times, new zirconia sintered bodies have been proposed that have excellent machinability in the sintered state and can be machined from prismatic or disc-shaped mill blanks into the desired shape of dental prostheses, unlike conventional zirconia materials that are machined from a calcined body and then fired to obtain a sintered body (e.g., Patent Documents 2-3).
  • Patent Document 2 discloses a processable zirconia sintered body formed so as to contain a tetragonal zirconia composite powder containing 79.8 to 92 mol% ZrO2 , 4.5 to 10.2 mol% Y2O3 , 3.5 to 7.5 mol% Nb2O5 or 5.5 to 10.0 mol% Ta2O5 , and a TiO2 nanopowder having a mass ratio of more than 0 mass% and 2.5 mass% or less relative to the zirconia composite powder, and a method for producing the same.
  • Patent Document 3 discloses a machinable zirconia composite sintered body using a raw material containing 78 to 95 mol % ZrO 2 , 2.5 to 10 mol % Y 2 O 3 , 2 to 8 mol % Nb 2 O 5 , and/or 3 to 10 mol % Ta 2 O 5, in which the main crystal phase of ZrO 2 is monoclinic, and a method for producing the same.
  • Patent Document 1 highly transparent layers and opaque layers are reproduced by stacking zirconia powders having different yttria contents, but sintering is required after machining, which increases the treatment time for patients, and there is room for improvement from the perspective of shortening treatment time.
  • the zirconia sintered bodies disclosed in Patent Documents 2 and 3 can be machined in the sintered state, but there is no description of lamination, and the incisal end and cervical end have the same transparency. The present inventors have found that there is room for further improvement in order to maintain the machinability in the sintered state while achieving an appearance closer to that of natural teeth even when the person is very close to the sintered body.
  • the strength of the material is reduced. This makes it difficult to provide a zirconia sintered body that has excellent strength, excellent machinability in the sintered state, and the properties of a dental prosthesis with an appearance closer to that of natural teeth, due to the difference in transparency between the incisal and cervical areas.
  • the object of the present invention is to provide a zirconia composite sintered body that has strength suitable for dental use, is excellent in machinability in the sintered state, and has excellent aesthetic properties.
  • the inventors have found that the problems can be solved by forming a zirconia composite sintered body containing zirconia, a stabilizer capable of suppressing the phase transition of zirconia , and at least one of Nb2O5 and Ta2O5 , and having a plurality of layers having different contents of at least one of the stabilizer, Nb2O5 or Ta2O5 per total mol of zirconia, the stabilizer, Nb2O5, and Ta2O5.
  • the inventors have further researched based on this finding, and have completed the present invention.
  • the present invention includes the following inventions.
  • a zirconia composite sintered body comprising a plurality of layers each having a different content of at least one of the stabilizer, Nb 2 O 5 , or Ta 2 O 5 .
  • the layer including the one end has an yttria content of 1 mol% or more and 8 mol% or less;
  • the element or ion derived from the capping agent is an element or ion thereof belonging to Periods 2 to 7 of the periodic table and having a smaller first ionization energy than that of Group 18 elements in the same period, and/or an element or ion thereof having a high electron affinity.
  • the element or ion derived from the capping agent contains at least one element or its ion selected from the group consisting of Li, Na, K, Rb, Cs, and Fr.
  • the present invention it is possible to provide a zirconia composite sintered body which has a strength suitable for dental use, has excellent machinability in the sintered state, and has excellent aesthetic properties. Furthermore, according to the present invention, in terms of aesthetics, not only is translucency excellent, but the translucency of the incisal edge and cervical area of the dental prosthesis obtained after machining is different, and the translucency gradation makes it possible to obtain a dental prosthesis with an appearance closer to that of natural teeth, so that aesthetics similar to those of natural teeth can be obtained even when the other person is very close (for example, about 45 cm).
  • the zirconia composite sintered body of the present invention contains zirconia, a stabilizer capable of suppressing a phase transition of zirconia (hereinafter, also simply referred to as a "stabilizer"), and at least one of Nb2O5 and Ta2O5 ; per total mole of zirconia, the stabilizer, Nb 2 O 5 , and Ta 2 O 5 ,
  • the laminated glass has a plurality of layers each having a different content of at least one of the stabilizer, Nb 2 O 5 , or Ta 2 O 5 .
  • the term "molded body” refers to a body that has not yet reached a semi-sintered state (calcined state) or a sintered state. In other words, the molded body is distinguished from the calcined body and the sintered body in that the molded body is a body that has been molded and then not sintered.
  • zirconia composite calcined body refers to a material in which raw material powder such as zirconia is necked (adhered) to itself and is in a semi-sintered state in which the raw material powder such as zirconia is not completely sintered.
  • zirconia composite sintered body refers to a sintered body in which raw material powder such as zirconia is completely sintered.
  • raw material powder such as zirconia is solidified or dissolved by sintering, and the relative density increases and densification progresses with sintering, so that the zirconia composite sintered body is in a completely sintered state with a relative density of 95% or more.
  • zirconia means zirconium (IV) oxide ( ZrO2 ) and contains a small amount (0.5 mass% to 3 mass%) of HfO2 relative to the amount of ZrO2 .
  • zirconia and zirconia powder mean those containing ZrO2 and HfO2 .
  • powder in which a stabilizer is dissolved in zirconia is also included in the term “zirconia powder.”
  • in the atmosphere means under standard atmospheric pressure (1 atm).
  • zirconia reinforcing agent refers to a component having a function of improving the mechanical strength of a zirconia composite sintered body. In this specification, the content of each component in the zirconia composite sintered body can be calculated from the amount of the raw material charged.
  • the mechanical processing includes cutting and grinding, and may be either wet processing or dry processing, and is not particularly limited.
  • the upper and lower limits of numerical ranges temperature ranges, content of each component, abundance rate of crystal system, components, etc., values calculated therefrom, and each physical property value, etc. can be appropriately combined.
  • the content of at least one of the stabilizer, Nb2O5 , or Ta2O5 is different means that the difference in content of at least one of the stabilizer, Nb2O5 , or Ta2O5 between layers is 0.05 mol% or more , preferably 0.08 mol% or more, more preferably 0.09 mol% or more, even more preferably 0.10 mol% or more, and particularly preferably 0.11 mol% or more.
  • the difference in content of at least one of the stabilizer, Nb2O5 , or Ta2O5 components between the layers is preferably 3.0 mol% or less, more preferably 2.8 mol% or less, even more preferably 2.5 mol% or less, and particularly preferably 2.0 mol% or less.
  • the zirconia composite sintered body of the present invention has a laminated structure in which all layers contain zirconia, a stabilizer capable of suppressing a phase transition of zirconia, and at least one of Nb 2 O 5 and Ta 2 O 5 , per total mole of zirconia, the stabilizer, Nb 2 O 5 , and Ta 2 O 5 ,
  • the laminated structure comprises a plurality of layers having different contents of at least one of the stabilizer, Nb 2 O 5 , or Ta 2 O 5 .
  • the content of a certain component is different with respect to the total mol of zirconia, the stabilizer, Nb2O5 , and Ta2O5
  • the content of a certain component at least one of the stabilizer, Nb2O5 , or Ta2O5 ) between the specific layer and another specific layer is different.
  • the zirconia composite sintered body of the present invention has excellent machinability in a sintered state while maintaining its strength is not clear, but it is presumed that this is achieved by improving fracture toughness (IF method) by additionally adding at least one of Nb2O5 and Ta2O5 to zirconia to which a conventional stabilizer has been added, and by minimizing hardness by coarsening the microstructure.
  • IF method fracture toughness
  • the zirconia composite sintered body of the present invention has aesthetic properties close to those of natural teeth is believed to be as follows.
  • the sintered body has multiple layers having different contents of at least one of the stabilizer, Nb2O5 , or Ta2O5 relative to the total mol of zirconia , the stabilizer, Nb2O5 , and Ta2O5.It is believed that in the layer corresponding to the incisal end, the crystal grains are larger than at least the layer corresponding to the cervical part of the tooth, and the layer has high translucency, whereas in the layer corresponding to the cervical part, the crystal grains are smaller than at least the incisal end, and the translucency is reduced.
  • the dental prosthesis obtained after machining has translucency equal to or greater than that of natural teeth, while also achieving a sufficient translucency gradation compared to natural teeth.
  • the zirconia composite sintered body of the present invention has a laminated structure in which all layers contain zirconia, a stabilizer, and at least one of Nb2O5 and Ta2O5 .
  • the zirconia composite sintered body can have the above-mentioned properties of being able to provide a dental prosthesis that has machinability in the sintered body state, has excellent strength, and has an appearance closer to that of natural teeth.
  • zirconia composite sintered body of the present invention is applicable to all embodiments unless otherwise specified. Furthermore, each component and its content can be applied to all layers in the laminate structure unless otherwise specified.
  • the zirconia content is preferably 78 to 97.5 mol% in a total of 100 mol% of zirconia , the stabilizer, Nb2O5 , and Ta2O5 , and from the viewpoint of superior translucency and strength, the zirconia content is more preferably 79 mol% or more and 96 mol% or less, even more preferably 80 mol% or more and 94 mol% or less, and particularly preferably 81 mol% or more and 93 mol% or less.
  • examples of the stabilizer capable of suppressing the phase transition of zirconia include oxides such as calcium oxide (CaO), magnesium oxide (MgO), yttrium oxide (Y 2 O 3 ), cerium oxide (CeO 2 ), scandium oxide (Sc 2 O 3 ), lanthanum oxide (La 2 O 3 ), erbium oxide (Er 2 O 3 ), praseodymium oxide (Pr 2 O 3 , Pr 6 O 11 ), samarium oxide (Sm 2 O 3 ), europium oxide (Eu 2 O 3 ) , thulium oxide (Tm 2 O 3 ), gallium oxide (Ga 2 O 3 ), indium oxide (In 2 O 3 ), and ytterbium oxide (Yb 2 O 3 ) .
  • oxides such as calcium oxide (CaO), magnesium oxide (MgO), yttrium oxide (Y 2 O 3 ), cerium oxide (CeO 2 ), scandium oxide (Sc 2 O 3 ), lanthanum oxide
  • Y2O3 (yttria) and/or CeO2 are preferred because, when combined with other components including at least one of the above 5 , the resulting sintered body has excellent machinability and strength , and the prosthesis obtained after machining has excellent aesthetics, being closer to natural teeth.
  • the stabilizers may be used alone or in combination of two or more .
  • the content of the stabilizer is preferably 1 to 12 mol% in a total of 100 mol% of zirconia, the stabilizer, Nb 2 O 5 , and Ta 2 O 5, and is more preferably 2 mol% or more and 10 mol% or less in terms of ease of obtaining sufficient machinability, and is even more preferably 3 mol% or more and 8.0 mol% or less in terms of superior translucency and strength, and is even more preferably 3.5 mol% or more and 7.5 mol% or less, and is particularly preferably 3.8 mol% or more and 7.0 mol% or less, and is most preferably 4.0 mol% or more and 6.5 mol% or less.
  • the content of Nb 2 O 5 or Ta 2 O 5 is preferably 1 to 9 mol%, more preferably 1.5 mol% or more and 8.5 mol% or less, based on a total of 100 mol% of zirconia, the stabilizer, Nb 2 O 5 , and Ta 2 O 5. From the viewpoint of having better machinability, it is even more preferably 2.5 mol% or more and 8.0 mol% or less, even more preferably 2.7 mol% or more and 7.0 mol% or less, particularly preferably 2.8 mol% or more and 6.0 mol% or less, and most preferably 3.0 mol% or more and 5.5 mol% or less. If the content of Nb 2 O 5 or Ta 2 O 5 is within the above range, sufficient machinability can be obtained while suppressing the occurrence of defects such as chipping.
  • the contents of zirconia, stabilizer, Nb 2 O 5 and Ta 2 O 5 are within the above-mentioned ranges.
  • the number of layers in the laminated structure of the zirconia composite sintered body of the present invention is not particularly limited, but may be 2 to 10 layers, 3 to 6 layers, or 4 to 5 layers. In one preferred embodiment, the number of layers in the laminated structure is 3 to 5.
  • the difference between the translucency ⁇ L * (W-B) in the first layer (layer corresponding to the incisal portion) and the translucency ⁇ L * (W-B) in the nth layer (layer corresponding to the cervical portion) is preferably 1.2 or more, more preferably 1.5 or more, from the viewpoint of obtaining an appearance closer to that of natural teeth, and is even more preferably 1.8 or more, particularly preferably 2.0 or more, from the viewpoint of obtaining aesthetics similar to that of natural teeth even when the other person is very close (for example, about 45 cm).
  • the difference between the translucency ⁇ L * (W-B) in the first layer (layer corresponding to the incisal end) and the translucency ⁇ L * (W-B) in the nth layer (layer corresponding to the cervical portion) is preferably 6.0 or less, more preferably 5.5 or less, even more preferably 5.0 or less, and particularly preferably 4.5 or less, in order to obtain an appearance closer to that of natural teeth.
  • the method for measuring the light transmittance ⁇ L * (WB) is as described in the Examples section below.
  • a preferred embodiment (hereinafter, this embodiment will also be referred to as "first embodiment") contains zirconia, a stabilizer capable of suppressing a phase transition of zirconia, and at least one of Nb2O5 and Ta2O5 , per total mole of zirconia, the stabilizer, Nb 2 O 5 , and Ta 2 O 5 ,
  • the zirconia composite sintered body include a plurality of layers having different contents of Nb 2 O 5 or Ta 2 O 5 .
  • the tendency of increasing or decreasing the content of Nb 2 O 5 or Ta 2 O 5 may be changed as long as a dental prosthesis having an appearance closer to that of a natural tooth is obtained.
  • a zirconia composite sintered body in which the difference in the content of Nb2O5 or Ta2O5 between adjacent layers is 0.08 mol% or more and 3.0 mol% or less can be used, because a dental prosthesis with an appearance closer to that of natural teeth can be obtained by gradation of translucency.
  • the zirconia composite sintered body has a straight line extending in a first direction from one end of the zirconia composite sintered body to the other end, in which the increase/decrease trend of the Nb 2 O 5 or Ta 2 O 5 content does not change from one end to the other end, relative to the total mol of zirconia, the stabilizer, Nb 2 O 5 , and Ta 2 O 5 .
  • the "one end” may be the incisal end side
  • the “layer including the one end” may be the layer on the incisal end side
  • the “other end” may be the cervical side
  • the “layer including the other end” may be the layer on the cervical side.
  • a zirconia composite sintered body in which the decreasing trend of the Nb 2 O 5 or Ta 2 O 5 content relative to the total mol of zirconia, the stabilizer, Nb 2 O 5, and Ta 2 O 5 does not change from one end to the other is more preferable, in that not only does it have excellent translucency, but also the transparency of the incisal end and the cervical end of the dental prosthesis obtained after machining is different, making it easy to obtain a translucency gradation, and it is easy to obtain a dental prosthesis with an appearance closer to that of natural teeth .
  • the total mol of zirconia, the stabilizer, Nb 2 O 5 , and Ta 2 O 5 is:
  • the content of Nb 2 O 5 or Ta 2 O 5 in the layer including the one end is 2 mol % or more and 12 mol % or less
  • the zirconia composite sintered body has a content of Nb 2 O 5 or Ta 2 O 5 of 1 mol % or more and 10 mol % or less in the layer including the other end
  • the content of Nb 2 O 5 or Ta 2 O 5 in the layer including the one end is 2 mol % or more and 8 mol % or less
  • the content of Nb 2 O 5 or Ta 2 O 5 in the layer including the other end is 1 mol % or more and 6 mol % or less.
  • the content of Nb 2 O 5 or Ta 2 O 5 in the layer including the one end is 2.5 mol % or more and 6 mol % or less
  • a zirconia composite sintered body in which the layer including the other end has a content of Nb 2 O 5 or Ta 2 O 5 of 1.5 mol % or more and 5 mol % or less is particularly preferred.
  • the crystal grains in the zirconia composite sintered body can be made smaller, and the translucency of the layer including the other end, which is the layer corresponding to the cervical part of the tooth, can be reduced so that the obtained dental prosthesis has an appearance closer to that of a natural tooth.
  • second embodiment includes zirconia, a stabilizer capable of suppressing a phase transition of zirconia, and at least one of Nb2O5 and Ta2O5 , per total mole of zirconia, the stabilizer, Nb 2 O 5 , and Ta 2 O 5 ,
  • the zirconia composite sintered body includes a plurality of layers having different stabilizer contents.
  • the tendency of the stabilizer content to increase or decrease may be changed as long as a dental prosthesis having an appearance closer to that of natural teeth is obtained.
  • a zirconia composite sintered body in which the difference in stabilizer content between adjacent layers is 0.08 mol% or more and 3.0 mol% or less is used, because a dental prosthesis with an appearance closer to that of natural teeth can be obtained by gradation of translucency.
  • a zirconia composite sintered body in which the increase/decrease trend of the content of the stabilizer with respect to the total mol of zirconia, the stabilizer, Nb2O5 , and Ta2O5 does not change from one end of the zirconia composite sintered body to the other end on a straight line extending in a first direction from one end of the zirconia composite sintered body to the other end is more preferable.
  • a zirconia composite sintered body in which the increasing trend of the content of the stabilizer relative to the total mol of zirconia, the stabilizer, Nb2O5, and Ta2O5 does not change from one end to the other is more preferable, not only because it has excellent translucency, but also because the transparency of the incisal end and the cervical end of the dental prosthesis obtained after machining is different, making it easy to obtain a translucency gradation, and making it easy to obtain a dental prosthesis with an appearance closer to that of natural teeth .
  • the total mol of zirconia, the stabilizer, Nb 2 O 5 , and Ta 2 O 5 is:
  • the content of the stabilizer (preferably yttria) in the layer including the one end is 1 mol % or more and 8 mol % or less, It is more preferable that the zirconia composite sintered body has a content of the stabilizer (preferably yttria) in the layer including the other end of the zirconia composite sintered body of 2 mol % or more and 9 mol % or less.
  • the content of the stabilizer (preferably yttria) in the layer including the one end is 2 mol % or more and 8 mol % or less, It is even more preferable that the zirconia composite sintered body has a content of the stabilizer (preferably yttria) in the layer including the other end of the zirconia composite sintered body of 3 mol % or more and 9 mol % or less.
  • the content of the stabilizer (preferably yttria) in the layer including the one end is 3 mol % or more and 7.5 mol % or less; It is particularly preferable that the zirconia composite sintered body has a content of the stabilizer (preferably yttria) in the layer including the other end of the body of 4 mol % or more and 8.5 mol % or less.
  • the stabilizer for the layer including the other end is yttria
  • the translucency increases as the yttria content increases; however, in a zirconia composite sintered body containing at least one of Nb2O5 and Ta2O5 , the crystal particles in the zirconia composite sintered body can be made smaller, and the translucency of the layer including the other end, which is the layer corresponding to the tooth neck, can be reduced within a range in which the obtained dental prosthesis has an appearance closer to that of a natural tooth.
  • the zirconia composite sintered body preferably further contains elements or ions derived from a capping agent in at least one layer of the laminated structure, in order to provide superior machinability in the sintered body state, and all layers may contain elements or ions derived from a capping agent.
  • an element or ion derived from a capping agent refers to an element or ion that caps the end of a bond of a zirconia-based composite oxide in a zirconia composite sintered body composed of a zirconia-based composite oxide, thereby weakening the strength (hereinafter also referred to as "grain boundary strength") of a crystal interface (hereinafter also referred to as "grain boundary”).
  • the capping agent is capable of capping at least a portion of the grain boundaries.
  • capping refers to a state in which a target element or ion (a capping element or ion) is bonded to a bond of a zirconia-based composite oxide in place of the metal element and is present at the grain boundary. It is presumed that the presence of capping elements or ions at grain boundaries in the form of +1-valent cations or -1-valent anions causes electrostatic repulsion between the capped cations or anions, weakening the grain boundary strength.
  • the contents of zirconia, stabilizer, Nb 2 O 5 and Ta 2 O 5 in the zirconia composite sintered body can also be measured by, for example, inductively coupled plasma (ICP) emission spectrometry, fluorescent X-ray analysis or the like.
  • the content (mol %) of the element or ion derived from the capping agent is the external addition rate relative to the total of 100 mol % of zirconia, the stabilizer, Nb 2 O 5 , and Ta 2 O 5. Therefore, the content of the element or ion derived from the capping agent in the zirconia composite sintered body can be calculated by converting the amount (mass) of the raw material charged when added into mol %.
  • the content (mass%) of the zirconia reinforcement agent is the external addition rate relative to 100 mass% of the total of zirconia, the stabilizer , Nb2O5 , and Ta2O5 . Therefore, the content of the zirconia reinforcement agent in the zirconia composite sintered body can be calculated from the amount (mass) of the raw material charged when added.
  • the zirconia composite sintered body of the present invention has strength and translucency suitable for dental use, and also has high machinability, so that it can be machined in the sintered body state. Although the reason is not clear, it is presumed as follows. In a zirconia composite sintered body containing zirconia, a stabilizer capable of suppressing the phase transition of zirconia , and Nb2O5 and/or Ta2O5 , it is presumed that the presence of capping elements or ions at the crystal grain boundaries causes the capping elements or ions to act in a direction that makes it easier for particles to peel off by reducing the grain boundary strength in the form of +1-valent cations or -1-valent anions, making the body easier to cut and improving machinability.
  • the capping element or ion becomes a +1-valent cation or a -1-valent anion at the grain boundary of the zirconia composite sintered body and bonds to a bond possessed by the zirconia composite oxide.
  • This bond causes electrostatic repulsion between the cations or anions, and weakens the grain boundary strength while maintaining the strength and translucency properties of the particles constituting the zirconia composite sintered body, thereby improving machinability.
  • a possible embodiment is one in which a +1-valent cation bonds to the other bond of an oxygen atom bonded to a metal element (e.g., Zr, Hf, Y, Nb, or Ta) contained in a zirconia-based composite oxide in place of the metal element.
  • a metal element e.g., Zr, Hf, Y, Nb, or Ta
  • ⁇ 1-valent anion bonds with OH 2 + that is bonded to a metal element (eg, Zr, Hf, Y, Nb, or Ta) contained in the zirconia-based composite oxide is also considered.
  • a metal element eg, Zr, Hf, Y, Nb, or Ta
  • a ⁇ 1-valent anion is bonded to a cation derived from a metal element (for example, Zr, Hf, Y, Nb, or Ta) contained in the zirconia-based composite oxide and bonded to another metal element.
  • the capping element or ion and Nb 2 O 5 and/or Ta 2 O 5 act together to further improve the machinability. Therefore, the capping element or ion and Nb 2 O 5 and/or Ta 2 O 5 act together to further improve the excellent machinability while maintaining the strength required for an artificial tooth, and in addition to being able to shorten the machining time, the wear of the machining tool can be suppressed, and the number of dental prostheses obtained by continuous machining using one machining tool can be increased.
  • the capping element or ion further improves machinability and acts as a cutting aid as described above, without significantly impairing strength and translucency.
  • the content of the capping element or ion contained in the layer is preferably more than 0 mol% and not more than 5 mol%, and from the viewpoint of being able to achieve superior machinability in the sintered body state and to further increase the number of dental prostheses that can be continuously machined with one machining tool, the content is more preferably 0.05 mol% or more and 3 mol% or less, even more preferably 0.06 mol% or more and 2.5 mol% or less, particularly preferably 0.07 mol% or more and 1.0 mol% or less, and most preferably 0.08 mol% or more and 0.34 mol% or less.
  • the capping element or ion contained in the zirconia composite sintered body of the present invention is a Group 17 element or ion
  • the capping element or ion in order to provide superior machinability in the sintered body state and to further increase the number of dental prostheses that can be continuously machined with one machining tool, is more preferably 0.2 mol% or more and 5 mol% or less, even more preferably 0.3 mol% or more and 4 mol% or less, particularly preferably 0.4 mol% or more and 3.5 mol% or less, and most preferably 0.5 mol% or more and 3.0 mol% or less.
  • the content of the capping element or ion may be the same or different in all layers of the laminate structure of the zirconia composite sintered body containing the capping element or ion.
  • the contents of capping elements or ions are different means that when the external addition rate in one specific layer is calculated relative to a total of 100 mol% of zirconia, the stabilizer , Nb2O5 , and Ta2O5 , and the external addition rate in another specific layer is calculated relative to a total of 100 mol% of zirconia, the stabilizer, Nb2O5 , and Ta2O5 , the contents of the capping elements or ions between the specific layer and the other specific layer are different.
  • the difference in the contents of the capping elements or ions between the layers is 0.01 mol% or more, preferably 0.02 mol% or more, more preferably 0.03 mol% or more, even more preferably 0.04 mol% or more, and particularly preferably 0.05 mol% or more.
  • the difference in content of the capping element or ion between layers is preferably 3.0 mol % or less, more preferably 2.0 mol % or less, further preferably 1.0 mol % or less, and particularly preferably 0.5 mol % or less.
  • one preferred embodiment is a zirconia composite sintered body comprising zirconia, a stabilizer, at least one of Nb 2 O 5 and Ta 2 O 5 , and a capping element or ion, and including a plurality of layers having different contents of Nb 2 O 5 or Ta 2 O 5 relative to the total mol of zirconia, the stabilizer, Nb 2 O 5 , and Ta 2 O 5 ,
  • An example of such a zirconia composite sintered body is one in which, on a straight line extending in a first direction from one end to the other end, the increase/decrease trend of the Nb 2 O 5 or Ta 2 O 5 content per total mol of zirconia, the stabilizer, Nb 2 O 5 , and Ta 2 O 5 does not change from one end to the other end, and the content of the capping element or ion is different in each layer, and the increase/decrease trend of the capping element or ion content does not change from one end to the other end.
  • a zirconia composite sintered body in which the content of the capping element or ion increases or decreases in the opposite direction to the content of Nb 2 O 5 or Ta 2 O 5.
  • a zirconia composite sintered body in which the content of the capping element or ion increases while the content of Nb 2 O 5 or Ta 2 O 5 decreases examples include a zirconia composite sintered body in which the content of the capping element or ion increases while the content of Nb 2 O 5 or Ta 2 O 5 decreases; a zirconia composite sintered body in which the content of the capping element or ion increases while the content of Nb 2 O 5 or Ta 2 O 5 increases; and a zirconia composite sintered body in which the content of the capping element or ion decreases, while the content of Nb 2 O 5 or Ta 2 O 5 increases.
  • a zirconia composite sintered body in which the content of the capping element or ion increases while the content of Nb 2 O 5 or Ta 2 O 5 decreases is preferred.
  • a dental prosthesis having an appearance closer to that of natural teeth can be obtained by gradation of translucency, and the machinability in the sintered body state is excellent.
  • a zirconia composite sintered body comprising zirconia, a stabilizer, at least one of Nb 2 O 5 and Ta 2 O 5 , and a capping element or ion, and including a plurality of layers having different contents of the stabilizer relative to the total mole of zirconia, the stabilizer, Nb 2 O 5 , and Ta 2 O 5 ,
  • An example of such a zirconia composite sintered body is one in which, on a straight line extending in a first direction from one end to the other end, the increase/decrease trend of the stabilizer content per total mol of zirconia, the stabilizer , Nb2O5 , and Ta2O5 does not change from one end to the other end, and the content of the capping element or ion is different in each layer, and the increase/decrease trend of the capping element or ion content does not change from one end to the other end.
  • the zirconia composite sintered body may be one in which the capping element or ion content increases or decreases in the same direction as the stabilizer content increases or decreases.
  • Specific examples include a zirconia composite sintered body in which the capping element or ion content decreases while the stabilizer content decreases; a zirconia composite sintered body in which the capping element or ion content increases while the stabilizer content increases, and a zirconia composite sintered body in which the capping element or ion content increases while the stabilizer content increases, and a zirconia composite sintered body in which the capping element or ion content increases while the stabilizer content increases is preferred in terms of being particularly excellent in machinability in the sintered body state.
  • a dental prosthesis having an appearance closer to that of natural teeth can be obtained by gradation of translucency, and the machinability in the sintered body state is excellent.
  • the capping element or ion is a +1-valent cation or -1-valent anion and exists at the grain boundary in order to provide appropriate interaction between the charged sites at the grain boundary and the adsorption sites.
  • the capping element or ion preferred are elements or ions thereof which belong to the second to seventh periods of the periodic table and have a smaller first ionization energy than the group 18 elements of the same period, elements or ions thereof which have high electron affinity, nitrate ions, hypochlorite ions, chlorite ions, chlorate ions, perchlorate ions, bromate ions, permanganate ions, metaborate ions, and cyanide ions.
  • the zirconia composite sintered body includes an element or an ion thereof derived from the capping agent, which belongs to Periods 2 to 7 of the periodic table and has a smaller first ionization energy than that of a Group 18 element in the same period, and/or an element or an ion thereof having a high electron affinity.
  • Elements belonging to the second to seventh periods of the periodic table and having a first ionization energy smaller than that of the group 18 elements in the same period include Cu, Ag, Li, Na, K, Rb, Cs, Fr, etc., which are more easily obtained as +1 cations and have excellent machinability in the sintered body state.
  • Group 17 elements are preferred because -1-valent anions are more easily obtained and the machinability in the sintered body is superior.
  • Group 17 elements At, I, Br, Cl, and F are preferred.
  • the first ionization energy is the energy required to remove one electron from a neutral atom and ionize it.
  • the first ionization energy can be the same as the first ionization energy described in "Schreiber-Atkins Inorganic Chemistry (Vol. 1), 4th Edition, Part I, Fundamentals, 1. Atomic Structure".
  • the first ionization energy can also be determined by photoelectron yield spectroscopy (PYS).
  • the capping element include Cu, Ag, Li, Na, K, Rb, Cs, Fr, At, I, Br, Cl, and F.
  • Cu, Ag, Li, Na, K, Rb, Cs, Fr, I, Br, Cl, and F are preferred in terms of further improving machinability.
  • the element derived from the capping agent includes at least one element selected from the group consisting of Cu, Ag, Li, Na, K, Rb, Cs, Fr, At, I, Br, Cl, and F, and the ion of the element is at least one +1-valent cation or ⁇ 1-valent anion selected from the group consisting of Cu, Ag, Li, Na, K, Rb, Cs, Fr, I, Br, Cl, and F.
  • the element or ion derived from the capping agent includes at least one element or ion thereof selected from the group consisting of Ag, Li, Na, K, Rb, Cs, Fr, At, I, Br, Cl, and F.
  • the capping elements or ions may be used alone or in combination of two or more.
  • the capping element or ion and Nb 2 O 5 and/or Ta 2 O 5 act together and do not impair the effect of the stabilizer, so the stabilizer is not particularly limited and the effects of the present invention are achieved.
  • Nb2O5 and Ta2O5 act to coarsen the microstructure and reduce hardness, and act together with the capping elements or ions to impart excellent machinability .
  • they can maximize the sintered density through their interaction with other components added to the zirconia composite sintered body (e.g., TiO2 , Al2O3 ) and the application of HIP, thereby ensuring the aesthetics of natural teeth.
  • the content of each of the above-mentioned components, zirconia, the stabilizer, Nb 2 O 5 , and Ta 2 O 5 is a percentage based on the total of zirconia, the stabilizer, Nb 2 O 5 , and Ta 2 O 5 being 100 mol%, and the total of zirconia, the stabilizer, Nb 2 O 5 , and Ta 2 O 5 does not exceed 100 mol%.
  • the content of each of the components, zirconia, the stabilizer, and Nb 2 O 5 means a content percentage based on the total of zirconia, the stabilizer, and Nb 2 O 5 being 100 mol%.
  • the ratio A/B is preferably 0.9 or more and 3 or less from the standpoint of machinability, and more preferably 0.95 or more and 2 or less, and even more preferably 1.0 or more and 1.7 or less, from the standpoint of imparting better machinability, suppressing wear of the processing tool, and further increasing the number of dental prostheses obtained by continuous processing using a single processing tool.
  • the layer on the cutting end side satisfies the ratio A/B.
  • a layer having an A/B ratio within the above range further contains an element or ion derived from a capping agent, the effect of the capping element or ion acting together with Nb2O5 and / or Ta2O5 is enhanced, resulting in better machinability in the sintered state.
  • the laminate structure contains zirconia, a stabilizer, and at least one of Nb 2 O 5 and Ta 2 O 5 in all layers, per total mole of zirconia, the stabilizer, Nb 2 O 5 , and Ta 2 O 5 ,
  • the laminated structure includes a plurality of layers having different contents of at least one of the stabilizer, Nb 2 O 5 , or Ta 2 O 5 ; All layers contain zirconia, the stabilizer, Nb 2 O 5 , and Ta 2 O 5 in a total amount of 100 mol %.
  • the content of zirconia is 78 to 97.5 mol%,
  • the content of the stabilizer is 1 to 12 mol %,
  • the total content of Nb 2 O 5 and Ta 2 O 5 is 1 to 9 mol %, further comprising a capping element or ion,
  • the stabilizer comprises Y2O3 and/or CeO2 , the content of the capping element or ion is more than 0 mol % and not more than 5 mol % with respect to 100 mol % in total of zirconia, the stabilizer, Nb 2 O 5 , and Ta 2 O 5 ;
  • the ratio A/B is 0.9 or more and 3 or less.
  • the composition contains zirconia, the stabilizer, and at least one of Nb 2 O 5 and Ta 2 O 5 , from the viewpoint of superior strength, Relative to the total moles of zirconia, the stabilizer, Nb 2 O 5 , and Ta 2 O 5
  • the laminate has a plurality of layers each having a different content of at least one of the stabilizer, Nb 2 O 5 , or Ta 2 O 5 ;
  • the zirconia composite sintered body include a zirconia composite sintered body that contains a zirconia strengthening agent in at least one layer of the laminated structure in addition to zirconia , the stabilizer, Nb2O5 and/or Ta2O5 , and a capping element or ion.
  • zirconia composite sintered body in which the zirconia strengthening agent is contained in all layers of the laminated structure, which is particularly excellent in strength.
  • the zirconia strengthening agent acts integrally with the capping element or ions in a zirconia composite sintered body containing zirconia, the stabilizer, and Nb 2 O 5 and/or Ta 2 O 5 , and can improve the strength of the sintered body.
  • the zirconia content, the type and content of the stabilizer, the total content of Nb2O5 and Ta2O5 , the type and content of the capping element or ion, and the A/B ratio can be appropriately changed.
  • the content of the zirconia reinforcement contained in the layer is preferably more than 0 mass% and not more than 6.0 mass%, relative to 100 mass% of the total of zirconia, the stabilizer, Nb2O5 and Ta2O5 , and is more preferably 0.01 mass% or more and 5.5 mass% or less , and even more preferably 0.5 mass% or more and 5.0 mass% or less, from the viewpoint that the zirconia reinforcement acts together with a capping element or ion to provide superior strength.
  • zirconia reinforcing agent examples include TiO 2 and Al 2 O 3.
  • the zirconia reinforcing agent may be used alone or in combination of two or more kinds.
  • the zirconia toughening agent content may be the same or different in all layers.
  • the content of zirconia reinforcement is different means that when the external addition rate in one specific layer is calculated relative to the total of zirconia, the stabilizer , Nb2O5 , and Ta2O5 (100% by mass ) , and the external addition rate in another specific layer is calculated relative to the total of zirconia, the stabilizer, Nb2O5 , and Ta2O5 (100% by mass ) , the content of zirconia reinforcement between the specific layer and the other specific layer is different.
  • the difference in content of the zirconia reinforcing agent between the layers is 0.05 mass% or more, preferably 0.08 mass% or more, more preferably 0.09 mass% or more, even more preferably 0.10 mass% or more, and particularly preferably 0.11 mass% or more.
  • the difference in content of the zirconia reinforcing agent between the layers is preferably 3.0 mass % or less, more preferably 2.5 mass % or less, even more preferably 2.0 mass % or less, and particularly preferably 1.5 mass % or less.
  • the zirconia reinforcement agent contains TiO 2 , and the content of TiO 2 is 0.6 to 4.5 mass% relative to 100 mass% of the total of zirconia, the stabilizer, Nb 2 O 5 and Ta 2 O 5 .
  • the composition comprises zirconia, a stabilizer, at least one of Nb2O5 or Ta2O5 , and a capping element or ion, per total mole of zirconia, the stabilizer, Nb 2 O 5 , and Ta 2 O 5 ,
  • the laminate has a plurality of layers each having a different content of at least one of the stabilizer, Nb 2 O 5 , or Ta 2 O 5 ;
  • the content of zirconia is 78 to 97.5 mol%
  • the content of the stabilizer is 1 to 12 mol %
  • the total content of Nb 2 O 5 and Ta 2 O 5 is 1 to 9 mol %
  • the stabilizer comprises Y2O3 and/or CeO2
  • the zirconia reinforcement agent contains TiO2 , and the content of TiO2 is based on 100 mass% of the total of zirconia
  • the content of the capping element or ion is more than 0 mol % and not more than 5 mol % with respect to 100 mol % in total of zirconia, the stabilizer, Nb 2 O 5 , and Ta 2 O 5 ;
  • the ratio A/B is 0.9 or more and 3 or less.
  • the average crystal grain size of the zirconia composite sintered body of the present invention is preferably 0.5 to 5.0 ⁇ m, more preferably 0.5 to 4.5 ⁇ m, and even more preferably 1.0 to 4.0 ⁇ m, from the viewpoint of superior machinability, strength, and translucency.
  • the method for measuring the average crystal grain size is as described in the Examples below.
  • the average crystal grain size can be measured by adjusting the number of particles in one field of view of an SEM photograph image to about 50, 100, 200, 500, or 1000 particles in the method described in the Examples.
  • the density of the zirconia composite sintered body is preferably 5.5 g/cm3 or more, more preferably 5.7 g/ cm3 or more, and even more preferably 5.9 g/ cm3 or more , because the higher the density, the fewer internal voids there are, the less light scattering there is, and the improved translucency and strength are improved. It is particularly preferable that the zirconia composite sintered body contains substantially no voids.
  • the density of the compound sintered body can be calculated by (mass of the compound sintered body)/(volume of the compound sintered body).
  • the method for producing the zirconia composite sintered body of the present invention includes, for example, a step of producing a compact using a raw material composition, and a step of sintering the compact,
  • the molded body has a laminated structure containing zirconia, a stabilizer, and at least one of Nb 2 O 5 and Ta 2 O 5 in all layers, per total mole of zirconia, the stabilizer, Nb 2 O 5 , and Ta 2 O 5 ,
  • the laminated structure includes a plurality of layers having different contents of at least one of the stabilizer, Nb 2 O 5 , and Ta 2 O 5 .
  • a raw material composition containing zirconia, a stabilizer, and at least one of Nb2O5 and Ta2O5 , in which the content of the components is adjusted so that the content of at least one of the stabilizer, Nb2O5 , or Ta2O5 is different, can be used to obtain a molded body having the desired layered structure.
  • the raw material composition for the zirconia composite sintered body contains zirconia, a stabilizer capable of suppressing the phase transition of zirconia, Nb 2 O 5 and/or Ta 2 O 5 , and, if necessary, a capping agent.
  • a capping agent included in the raw material composition, the machinability obtained by adding at least one of Nb 2 O 5 and Ta 2 O 5 can be further significantly improved.
  • the raw material composition of the zirconia composite sintered body may be in a dry state, or may be in a state containing or being contained in a liquid.
  • the raw material composition may be in the form of, for example, a powder, granules or granulated material, a paste, a slurry, or the like.
  • the raw material composition contains a capping agent.
  • the capping agent is not particularly limited as long as it is a compound that can become a monovalent ion (+1-valent cation or -1-valent anion) in a solvent containing water, and examples thereof include hydroxides, salts, halides (fluorides, chlorides, bromides, iodides), cyanides, etc. that contain an element or ion derived from the capping agent.
  • Each of the capping agents may be used alone or in combination of two or more types.
  • hydroxides containing capping elements or ions include lithium hydroxide, sodium hydroxide, potassium hydroxide, rubidium hydroxide, cesium hydroxide, francium hydroxide, and the like.
  • Salts containing capping elements or ions include, for example, carbonates, bicarbonates, nitrates, hypochlorites, chlorites, chlorates, perchlorates, bromates, permanganates, metaborates, sulfide salts, and cyanide salts.
  • Carbonates containing capping elements or ions include, for example, lithium carbonate, sodium carbonate, potassium carbonate, rubidium carbonate, francium carbonate, cesium carbonate, and the like.
  • Examples of hydrogen carbonates containing a capping element or ion include lithium hydrogen carbonate, sodium hydrogen carbonate, potassium hydrogen carbonate, rubidium hydrogen carbonate, francium hydrogen carbonate, and cesium hydrogen carbonate.
  • nitrates containing capping elements or ions include calcium nitrate, strontium nitrate, iron (II) nitrate, iron (III) nitrate, cobalt (II) nitrate, magnesium nitrate, gallium nitrate, yttrium (III) nitrate, lanthanum (III) nitrate, praseodymium nitrate, neodymium (III) nitrate, manganese (II) nitrate, europium nitrate, copper (II) nitrate, thorium nitrate, aluminum nitrate, nickel (II) nitrate, chromium (III) nitrate, titanium (IV) nitrate, zirconium oxynitrate (IV) hydrate (ZrO( NO3 ) 2.xH2O ) , cerium (III) nitrate, tin nitrate, bismuth (III
  • Hypochlorites containing capping elements or ions include, for example, sodium hypochlorite, calcium hypochlorite, and the like.
  • chlorites containing a capping element or ion include sodium chlorite, potassium chlorite, lithium chlorite, calcium chlorite, magnesium chlorite, barium chlorite, copper(II) chlorite, copper(III) chlorite, silver chlorite, nickel chlorite, and the like.
  • Chlorates containing capping elements or ions include, for example, calcium chlorate, barium chlorate, cobalt chlorate, nickel chlorate, magnesium chlorate, zinc chlorate, copper chlorate, and the like.
  • Perchlorates containing capping elements or ions include, for example, iron (III) perchlorate, barium perchlorate, calcium perchlorate, cobalt perchlorate, nickel perchlorate, magnesium perchlorate, beryllium perchlorate, aluminum perchlorate, cerium perchlorate, and the like.
  • Bromates containing capping elements or ions include, for example, neodymium bromate, lanthanum bromate, praseodymium bromate, and the like.
  • Permanganates containing capping elements or ions include, for example, calcium permanganate (VII), potassium permanganate (VII), sodium permanganate (VII), and the like.
  • Metaborates containing capping elements or ions include, for example, sodium metaborate, barium metaborate, and the like.
  • Sulfide salts containing capping elements or ions include, for example, copper(I) sulfide, and the like.
  • Cyanide salts containing capping elements or ions include, for example, barium cyanide, sodium cyanide, potassium cyanide, calcium cyanide, and the like.
  • fluorides containing capping elements or ions include lithium fluoride, sodium fluoride, potassium fluoride, rubidium fluoride, cesium fluoride, francium fluoride, beryllium fluoride, magnesium fluoride, calcium fluoride, strontium fluoride, barium fluoride, scandium (III) fluoride, yttrium (III) fluoride, lanthanum (III) fluoride, cerium (III) fluoride, and neodymium (I) fluoride.
  • chlorides containing capping elements or ions include zirconium oxychloride, lithium chloride, sodium chloride, potassium chloride, rubidium chloride, cesium chloride, francium chloride, beryllium chloride, magnesium chloride, calcium chloride, strontium chloride, barium chloride, scandium (III) chloride, yttrium (III) chloride, lanthanum (III) chloride, cerium (III) chloride, praseodymium chloride, neodymium (III) chloride, samarium chloride, europium chloride, titanium (III) chloride, titanium (IV) chloride, zirconium (IV) chloride, hafnium (IV) chloride, tantalum (V) chloride, manganese chloride, iron (II) chloride, iron (III) chloride, cobalt (II) chloride, nickel (II) chloride, copper (I) chloride, copper (II) chloride, zinc (II) chloride,
  • Bromides containing capping elements or ions include, for example, lithium bromide, sodium bromide, potassium bromide, rubidium bromide, cesium bromide, francium bromide, beryllium bromide, magnesium bromide, calcium bromide, strontium bromide, barium bromide, scandium (III) bromide, yttrium (III) bromide, cerium (III) bromide, neodymium (III) bromide, titanium (IV) bromide, zirconium (IV) bromide, tantalum (V) bromide, manganese (II) bromide, iron (II) bromide, iron (III) bromide, cobalt (II) bromide, nickel (II) bromide, copper (I) bromide, copper (II) bromide, zinc (II) bromide, chromium (III) bromide, bismuth (III) bromide, vanadium (
  • Iodides containing capping elements or ions include, for example, lithium iodide, sodium iodide, potassium iodide, rubidium iodide, cesium iodide, francium iodide, beryllium iodide, calcium iodide, magnesium iodide, strontium iodide, barium iodide, scandium (III) iodide, yttrium (III) iodide, lanthanum (III) iodide, cerium (III) iodide, neodymium (III) iodide, titanium (IV) iodide, ), zirconium (IV) iodide, hafnium (IV) iodide, tantalum (V) iodide, manganese (II) iodide, iron (II) iodide, iron (III) iodide,
  • zirconia powder As for the zirconia, commercially available zirconia powder can be used. Commercially available products include, for example, zirconia powder (product names "Zpex (registered trademark)” (Y 2 O 3 content: 3 mol%), “Zpex (registered trademark) 4" (Y 2 O 3 content: 4 mol%), “Zpex (registered trademark) Smile (registered trademark)” (Y 2 O 3 content: 5.5 mol%), "TZ-3Y” (Y 2 O 3 content: 3 mol%), “TZ-3YS” (Y 2 O 3 content: 3 mol%), “TZ-4YS” (Y 2 O 3 content: 4 mol%), "TZ-6Y” (Y 2 O 3 content: 6 mol%), “TZ-6YS” (Y 2 O 3 content: 6 mol%), “TZ-8YS” (Y 2 O 3 content: 8 mol%), “TZ-10YS” (Y 2 O 3 content: 5.5 mol%), O3 content: 10 mol%),
  • the commercially available zirconia powder also contains HfO 2.
  • Commercially available zirconia powders that also contain Y 2 O 3 can be used.
  • a zirconia powder having Y 2 O 3 uniformly dispersed and solid-dissolved therein such as the commercially available TZ series (part of the product name includes "TZ"), can be used in the raw material composition of the present invention.
  • zirconia powder there are no particular limitations on the method for producing zirconia powder, and any known method can be used, such as a breakdown process in which coarse particles are pulverized into fine powder, or a building-up process in which atoms or ions are synthesized through a nucleation and growth process.
  • the type of zirconia powder in the raw material composition is not particularly limited, and when the zirconia powder contains zirconia but does not contain a stabilizer, or when the content of the stabilizer is increased as necessary, stabilizer particles can be added separately.
  • the stabilizer particles are not particularly limited as long as the content of the stabilizer contained in the zirconia composite sintered body can be adjusted to the above-mentioned predetermined range.
  • the particles of the stabilizer may be, for example, a commercially available product, or a powder of the commercially available product may be ground in a known grinding and mixing device (such as a ball mill) before use.
  • the stabilizer that can be used may be either one that is not solid-dissolved in zirconia or one that is solid-dissolved in zirconia.
  • the method for producing a zirconia composite sintered body includes a method for producing a zirconia composite sintered body, in which the stabilizer (preferably Y 2 O 3 ) is not dissolved in zirconia, because this is one factor in easily obtaining the desired zirconia composite sintered body in the raw material composition.
  • the fact that the stabilizer includes one that is not dissolved in zirconia can be confirmed, for example, by an X-ray diffraction (XRD) pattern.
  • XRD X-ray diffraction
  • a peak derived from the stabilizer is confirmed in the XRD pattern of the raw material composition or the molded body, it means that the stabilizer is present in the raw material composition or the molded body without being dissolved in zirconia.
  • the entire amount of the stabilizer is dissolved in zirconia, basically, no peaks derived from the stabilizer are observed in the XRD pattern.
  • the stabilizer may not be dissolved in zirconia.
  • the stabilizer contains a stabilizer that is not dissolved in zirconia, using yttria as an example of the stabilizer.
  • the abundance ratio fy of yttria that is not dissolved in zirconia (hereinafter, may be referred to as “undissolved yttria”) can be calculated based on the following mathematical formula (1).
  • f y I 29 / (I 28 + I 29 + I 30 ) x 100 (1)
  • the undissolved fraction of the stabilizer other than yttria can also be calculated by substituting the peak of the other stabilizer in place of I29 .
  • the abundance ratio f y of undissolved yttria is preferably greater than 0%, more preferably 1% or more, even more preferably 2% or more, and particularly preferably 3% or more, from the viewpoint of easiness in obtaining the desired zirconia composite sintered body, etc.
  • the upper limit of the abundance ratio f y of undissolved yttria may be, for example, 25% or less, but preferably depends on the content of yttria in the raw material composition or the molded body.
  • the content of yttria in the raw material composition or the molded article of the present invention is 3 mol % or more and 8 mol % or less
  • the following applies when the yttria content is 3 mol% or more and less than 4.5 mol%, fy can be 15% or less.
  • fy when the yttria content is 4.5 mol% or more and less than 5.8 mol%, fy can be 20% or less.
  • the yttria content is 5.8 mol% or more and less than 8 mol% fy can be 25% or less.
  • fy is preferably 2% or more, more preferably 3% or more, even more preferably 4% or more, and particularly preferably 5% or more.
  • fy is preferably 3% or more, more preferably 4% or more, even more preferably 5% or more, even more preferably 6% or more, and particularly preferably 7% or more.
  • fy is preferably 4% or more, more preferably 5% or more, even more preferably 6% or more, even more preferably 7% or more, and particularly preferably 8% or more.
  • the entire stabilizer does not have to be dissolved in zirconia.
  • the stabilizer being dissolved in solid solution means, for example, that the elements (atoms) contained in the stabilizer are dissolved in solid solution in zirconia.
  • the Nb2O5 and/or Ta2O5 added to the raw material composition of the present invention is not particularly limited as long as the content of Nb2O5 and/or Ta2O5 contained in the zirconia composite sintered body can be adjusted to the above-mentioned predetermined range.
  • Nb2O5 and/or Ta2O5 are not particularly limited, and for example, commercially available products may be used, or the powder of the commercially available product may be crushed with a known crushing and mixing device (such as a ball mill) before use.
  • Examples of the process for preparing the raw material composition include a method in which the raw materials of the raw material composition (zirconia, a stabilizer, Nb2O5 and/or Ta2O5 , and optionally a capping agent (e.g., a compound that can become a monovalent ion in a solvent containing water), and optionally a zirconia reinforcing agent) are wet-mixed in a solvent containing water to obtain the raw material composition.
  • a capping agent e.g., a compound that can become a monovalent ion in a solvent containing water
  • a zirconia reinforcing agent optionally wet-mixed in a solvent containing water to obtain the raw material composition.
  • the method for wet-mixing the raw materials in a solvent containing water is not particularly limited.
  • the raw materials may be wet-milled and mixed in a known milling and mixing device (such as a ball mill) to form a slurry, and then the slurry may be dried and granulated to produce a granular raw material composition.
  • a known milling and mixing device such as a ball mill
  • additives such as binders, plasticizers, dispersants, emulsifiers, defoamers, pH adjusters, and lubricants may be further included.
  • additives such as binders, plasticizers, dispersants, emulsifiers, defoamers, pH adjusters, and lubricants may be further included.
  • Each of the additives may be used alone or in combination of two or more kinds.
  • the binder may be added to a slurry of a primary powder consisting of a mixture of zirconia, Y2O3 , Nb2O5 and /or Ta2O5 , and optionally a capping agent, which is then milled and added to the slurry.
  • the binder is not particularly limited, and any known binder can be used.
  • binders include polyvinyl alcohol binders, acrylic binders, wax binders (paraffin wax, etc.), methyl cellulose, carboxymethyl cellulose, polyvinyl butyral, polymethyl methacrylate, ethyl cellulose, polyethylene, polypropylene, ethylene-vinyl acetate copolymer, polystyrene, atactic polypropylene, and methacrylic resin.
  • plasticizers examples include polyethylene glycol, glycerin, propylene glycol, and dibutyl phthalate.
  • Dispersants include, for example, ammonium polycarboxylate (e.g., triammonium citrate), ammonium polyacrylate, acrylic copolymer resin, acrylic acid ester copolymer, polyacrylic acid, bentonite, carboxymethylcellulose, anionic surfactants (e.g., polyoxyethylene alkyl ether phosphate esters such as polyoxyethylene lauryl ether phosphate esters), nonionic surfactants, oleic glyceride, amine salt surfactants, oligosaccharide alcohols, and stearic acid.
  • ammonium polycarboxylate e.g., triammonium citrate
  • ammonium polyacrylate e.g., acrylic copolymer resin
  • acrylic acid ester copolymer acrylic acid ester copolymer
  • polyacrylic acid bentonite
  • carboxymethylcellulose e.g., anionic surfactants (e.g., polyoxyethylene alkyl ether phosphate esters
  • Emulsifiers include, for example, alkyl ethers, phenyl ethers, and sorbitan derivatives.
  • defoaming agents examples include alcohol, polyether, silicone, wax, etc.
  • pH adjusters include ammonia and ammonium salts (including ammonium hydroxide such as tetramethylammonium hydroxide).
  • Lubricants include, for example, polyoxyethylene alkyl ethers and waxes.
  • the solvent used in the wet mixing is not particularly limited as long as it contains water, and an organic solvent may be used, a mixed solvent of water and an organic solvent may be used, or only water may be used.
  • organic solvents include ketone solvents such as acetone and ethyl methyl ketone; and alcohol solvents such as ethanol, 1-propanol, 2-propanol, 2-methyl-2-propanol, glycerin, diglycerin, polyglycerin, propylene glycol, dipropylene glycol, polypropylene glycol, ethylene glycol, diethylene glycol, polyethylene glycol, polyethylene glycol monomethyl ether, 1,2-pentanediol, 1,2-hexanediol, and 1,2-octanediol.
  • the raw material composition of the zirconia composite sintered body used in the present invention may contain other components other than zirconia , Y2O3 , Nb2O5 , Ta2O5 , and, if necessary, a capping agent and a zirconia reinforcement agent , as long as the effects of the present invention are achieved.
  • the other components include colorants (pigments and composite pigments), fluorescent agents, SiO2 , etc.
  • Each of the other components may be used alone or in combination of two or more.
  • the pigment examples include oxides of at least one element selected from the group consisting of V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Zn, Y, Zr, Sn, Sb, Bi, Ce, Pr, Sm, Eu, Gd, Tb and Er (specifically, NiO, Cr2O3 , etc.
  • oxides of at least one element selected from the group consisting of V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Zn, Y, Zr, Sn, Sb, Bi, Ce, Pr, Sm, Eu, Gd and Tb are preferred, and oxides of at least one element selected from the group consisting of V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Zn, Y, Zr, Sn, Sb, Bi, Ce, Sm, Eu, Gd and Tb are more preferred.
  • Y2O3 and CeO2 may be excluded from the pigment.
  • Examples of the composite pigment include (Zr, V) O2 , Fe(Fe, Cr ) 2O4 , ( Ni, Co, Fe)(Fe, Cr) 2O4.ZrSiO4 , and (Co, Zn ) Al2O4 .
  • Examples of the fluorescent agent include Y2SiO5 :Ce, Y2SiO5 :Tb, ( Y ,Gd,Eu ) BO3 , Y2O3 :Eu, YAG :Ce, ZnGa2O4 : Zn , and BaMgAl10O17 :Eu.
  • the molding method is not particularly limited, and any known method (e.g., press molding, etc.) can be used.
  • the press pressure in press molding is set to an appropriate optimum value depending on the size of the desired molded body, the open porosity, the biaxial bending strength, and the particle size of the raw material powder, and is usually 5 MPa to 1000 MPa.
  • the pores of the obtained molded body are filled more, the open porosity can be set lower, and the density of the molded body can be increased.
  • a cold isostatic pressing (CIP) treatment may be further performed after uniaxial pressing.
  • the method for producing the zirconia composite sintered body of the present invention preferably includes a step of sintering the molded body at a maximum sintering temperature of 1300 to 1680°C.
  • the maximum sintering temperature is preferably a temperature in the atmosphere.
  • the holding time (holding time) at the maximum sintering temperature depends on the temperature, but is preferably 30 hours or less, more preferably 20 hours or less, even more preferably 10 hours or less, even more preferably 5 hours or less, particularly preferably 3 hours or less, and most preferably 2 hours or less. Furthermore, the holding time can be 25 minutes or less, 20 minutes or less, or 15 minutes or less. Moreover, the holding time is preferably 1 minute or more, more preferably 5 minutes or more, and even more preferably 10 minutes or more. According to the manufacturing method of the present invention, it is possible to produce a zirconia composite sintered body that is excellent in bending strength, translucency, and machinability in the sintered body state depending on the content of the stabilizer. Moreover, the sintering time may be shortened as long as the effect of the present invention can be obtained. By shortening the sintering time, it is possible to increase production efficiency and reduce energy costs.
  • the heating rate is not particularly limited, and is preferably 0.1°C/min or more, more preferably 0.2°C/min or more, and even more preferably 0.5°C/min or more.
  • the heating rate is preferably 50°C/min or less, more preferably 30°C/min or less, and even more preferably 20°C/min or less. Having a heating rate equal to or greater than the above lower limit improves productivity.
  • a general dental zirconia firing furnace can be used in the process of sintering the molded body.
  • Commercially available dental zirconia firing furnaces may be used. Examples of commercially available products include Noritake Katana (registered trademark) F-1, F-1N, and F-2 (all manufactured by SK Medical Electronics Co., Ltd.).
  • the process of sintering the compact preferably includes a process of hot isostatic pressing (HIP) treatment in addition to sintering at the maximum sintering temperature mentioned above.
  • HIP hot isostatic pressing
  • the HIP treatment can further improve the translucency and strength of the zirconia composite sintered body.
  • the sintered body obtained by sintering at the maximum sintering temperature mentioned above will be referred to as the "primary sintered body,” and the sintered body after HIP processing will be referred to as the "HIP-treated sintered body.”
  • HIP processing can be carried out using a known hot isostatic press (HIP) device.
  • HIP hot isostatic press
  • the temperature of the HIP process is not particularly limited, but since a dense zirconia composite sintered body with high strength can be obtained, the HIP temperature is preferably 1200°C or higher, more preferably 1300°C or higher, and even more preferably 1400°C or higher.
  • the HIP temperature is preferably 1700°C or lower, more preferably 1650°C or lower, and even more preferably 1600°C or lower.
  • the HIP pressure is not particularly limited, and since a dense sintered body with high strength can be obtained, the HIP pressure is preferably 100 MPa or more, more preferably 125 MPa or more, and even more preferably 130 MPa or more.
  • the upper limit of the HIP pressure is not particularly limited, but can be, for example, 400 MPa or less, 300 MPa or less, or even 200 MPa or less.
  • the heating rate is not particularly limited, and is preferably 0.1°C/min or more, more preferably 0.2°C/min or more, and even more preferably 0.5°C/min or more.
  • the heating rate is preferably 50°C/min or less, more preferably 30°C/min or less, and even more preferably 20°C/min or less. Having a heating rate equal to or greater than the above lower limit improves productivity.
  • the HIP processing time is not particularly limited, and since a dense zirconia composite sintered body with high strength can be obtained, the HIP processing time is preferably 5 minutes or more, more preferably 10 minutes or more, and even more preferably 30 minutes or more. In addition, the HIP processing time is preferably 10 hours or less, more preferably 6 hours or less, and even more preferably 3 hours or less.
  • the pressure medium is not particularly limited, and from the viewpoint of low influence on zirconia, the pressure medium can be at least one selected from the group consisting of oxygen gas, oxygen mixed gas, air, and inert gas (e.g., nitrogen gas, argon gas, etc.).
  • the oxygen concentration is not particularly limited, but can be, for example, more than 0% and 20% or less.
  • the gas other than oxygen can be selected from at least one inert gas (eg, nitrogen gas, argon gas, etc.).
  • the HIP treatment is performed in a reducing atmosphere, such as by using an inert gas
  • blackening may occur due to oxygen defects.
  • An "oxygen-rich atmosphere” means that the oxygen concentration is higher than that of air.
  • the oxygen-rich atmosphere is not particularly limited as long as the oxygen concentration is more than 21% and less than 100%, and can be appropriately selected from this range. For example, the oxygen concentration may be 100%.
  • the translucency can also be adjusted by appropriately adjusting the various conditions in the HIP treatment described above.
  • the translucency can be intentionally reduced by lowering the temperature of the heat treatment. Therefore, in addition to adjusting the components, the translucency can be reduced in the layer corresponding to the cervical part of the tooth and increased in the layer corresponding to the incisal part, and the desired translucency can be adjusted in each layer by adjusting the various conditions in the HIP treatment.
  • the zirconia composite sintered body of the present invention is not particularly limited as long as it exhibits the effects of the present invention, and may be a primary sintered body, a HIP-treated sintered body, or a sintered body after tempering treatment.
  • a zirconia composite sintered body which is a sintered body after tempering treatment.
  • the temperature of the heat treatment in air or in an oxygen-rich atmosphere can be appropriately changed.
  • the temperature of the heat treatment in the air or in an oxygen-rich atmosphere is preferably 1650°C or less, more preferably 1600°C or less, and even more preferably 1550°C or less, from the viewpoint of the aesthetics of the zirconia composite sintered body.
  • the temperature of the heat treatment in the air or in an oxygen-rich atmosphere is preferably 1400°C or less, more preferably 1300°C or less, and even more preferably 1200°C or less, from the viewpoint of the aesthetics of the zirconia composite sintered body.
  • the temperature of the heat treatment is preferably 500° C. or higher, more preferably 600° C. or higher, and even more preferably 700° C. or higher.
  • a general dental zirconia firing furnace can be used for the tempering process.
  • Commercially available dental zirconia firing furnaces may be used. Examples of commercially available products include Noritake Katana (registered trademark) F-1, F-1N, and F-2 (all manufactured by SK Medical Electronics Co., Ltd.).
  • the zirconia composite sintered body of the present invention is a sintered body, it has excellent machinability, so there is no need to machine the semi-sintered composite calcined body in the form of a mill blank and then sinter it to form a sintered body.
  • the method for producing the zirconia composite sintered body may also be a method in which a molded body obtained by using the raw material composition is calcined to produce a composite calcined body in a semi-sintered state, and the unprocessed composite calcined body is then machined to produce a sintered body.
  • Another embodiment is a method for producing a zirconia composite sintered body, which includes a step of producing a molded body using the raw material composition, a step of calcining the obtained molded body to obtain a zirconia composite calcined body (calcination step), and a step of sintering the zirconia composite calcined body.
  • the firing temperature (calcination temperature) in the calcination step is, for example, preferably 800° C. or higher, more preferably 900° C. or higher, and even more preferably 950° C. or higher.
  • the calcination temperature is, for example, preferably 1200° C. or lower, more preferably 1150° C. or lower, and even more preferably 1100° C. or lower.
  • the calcination temperature is, for example, preferably 800° C. to 1200° C. It is considered that at such a calcination temperature, the dissolution of the stabilizer does not progress significantly in the calcination step.
  • the density of the zirconia composite calcined body is preferably 2.7 g/ cm3 or more.
  • the density of the zirconia composite calcined body is preferably 4.0 g/ cm3 or less, more preferably 3.8 g/ cm3 or less, and even more preferably 3.6 g/ cm3 or less. When the density is within this range, processing can be easily performed.
  • the density of the composite calcined body can be calculated, for example, as (mass of the composite calcined body)/(volume of the composite calcined body).
  • the three-point bending strength of the zirconia composite calcined body is preferably from 15 to 70 MPa, more preferably from 18 to 60 MPa, and even more preferably from 20 to 50 MPa.
  • the bending strength can be measured using a test piece having a thickness of 5 mm, a width of 10 mm, and a length of 50 mm in accordance with ISO 6872:2015, except for the size of the test piece.
  • the surface of the test piece and the C surface (the surface of the test piece with the corners of the test piece chamfered at an angle of 45°) are surface-finished in the longitudinal direction with sandpaper of No. 600.
  • the test piece is arranged so that the widest surface faces vertically (load direction). In the bending test measurement, the span is 30 mm and the crosshead speed is 1.0 mm/min.
  • the process of sintering the zirconia composite calcined body can be carried out in the same manner and under the same conditions (temperature, pressure, etc.) as the process of sintering the molded body described above. Therefore, in an embodiment of the manufacturing method that uses a zirconia composite calcined body, the "molded body" can be read as the "composite calcined body.”
  • the zirconia composite sintered body of the present invention has excellent strength.
  • the biaxial bending strength of the zirconia composite sintered body of the present invention is preferably 300 MPa or more, more preferably 350 MPa or more, even more preferably 400 MPa or more, even more preferably 450 MPa or more, and particularly preferably 500 MPa or more.
  • the zirconia composite sintered body of the present invention has such a biaxial bending strength, it is possible to suppress fracture in the oral cavity when used, for example, as a dental prosthesis.
  • the biaxial bending strength can be, for example, 1200 MPa or less, or even 1000 MPa or less.
  • the biaxial bending strength of the zirconia composite sintered body can be measured in accordance with ISO 6872:2015.
  • the zirconia composite sintered body of the present invention preferably has high translucency.
  • the translucency can be evaluated by ⁇ L * (WB).
  • ⁇ L * (W ⁇ B) is preferably 10 or more, more preferably 11 or more, even more preferably 12 or more, and particularly preferably 13 or more.
  • ⁇ L * (W ⁇ B) within the above-mentioned range and providing multiple layers with different contents of at least one of the stabilizer, Nb 2 O 5 , or Ta 2 O 5 components, a gradation in translucency between the layers is obtained, and a gradation in translucency sufficient as compared to natural teeth is obtained, resulting in a highly aesthetic zirconia composite sintered body that is closer to natural teeth.
  • ⁇ L * (W-B) means the difference between the lightness (first L* value) on a white background and the lightness (second L* value) on a black background for the same sample. Specifically, it means the difference between the L* value on a white background (JIS Z 8781-4:2013 Colorimetry-Part 4: CIE 1976 L*a*b* color space) and the L* value on a black background.
  • the white background means the white part of the hiding ratio test paper described in JIS K 5600-4-1:1999 Part 4 Section 1
  • the black background means the black part of the hiding ratio test paper.
  • ⁇ L * WB
  • ⁇ L* for a zirconia composite sintered body with a diameter of 15 mm and a thickness of 1.2 mm can be measured using a spectrophotometer, for example, a dental color measuring device (Crystal Eye CE100-CE/JP, 7-band LED light source, analysis software Crystal Eye (Olympus Corporation)).
  • Dental prostheses manufactured using the zirconia composite sintered body of the present invention include, for example, crown restorations such as inlays, onlays, veneers, crowns, core-integrated crowns, and bridges, as well as abutments, dental posts, dentures, denture bases, and implant components (fixtures, abutments).
  • the machining is preferably performed using, for example, a commercially available dental CAD/CAM system, such as the CEREC system manufactured by Dentsply Sirona Dental Systems Inc. or the Katana (registered trademark) system manufactured by Kuraray Noritake Dental Co., Ltd.
  • the zirconia composite sintered body of the present invention can be used for applications other than dental applications, and is particularly suitable for use in zirconia members that require a unique or complex shape and strength.
  • the zirconia composite sintered body of the present invention can be processed as it is. Therefore, for example, it is economical when a desired zirconia part can be obtained in a short time, and in the case of a complex-shaped part that is difficult to produce by a conventional manufacturing method, it is possible to obtain a zirconia part that maintains high strength because it is not necessary to obtain multiple parts by mechanical fitting.
  • the sintered body can be processed as it is, when dimensional accuracy is required, a sintering process is not required, and since there is no uneven firing shrinkage, a zirconia part can be obtained with high accuracy.
  • it can also be used as a method for manufacturing engine parts and interior parts for mobility such as jewelry applications, aircraft and automobiles, frame materials for display panels, building parts, electrical appliance parts, household goods parts, and toy parts.
  • the zirconia member may also be fitted with a different material to be used as a composite member.
  • the present invention includes various combinations of all or part of the above-described configurations and embodiments within the scope of the technical concept of the present invention, as long as the effects of the present invention are achieved.
  • the average particle size refers to the average primary particle size, which can be determined by a laser diffraction scattering method. Specifically, using a laser diffraction/scattering type particle size distribution measuring device (Partica LA-950: manufactured by Horiba, Ltd.), a slurry diluted with water is irradiated with ultrasound for 30 minutes, and then the volumetric standard is measured while applying ultrasound.
  • a laser diffraction/scattering type particle size distribution measuring device Partica LA-950: manufactured by Horiba, Ltd.
  • Examples 1 to 11 and Comparative Examples 1 to 2 The measurement samples of each of the Examples and Comparative Examples were prepared through the steps of preparing a granular raw material composition, preparing a molded body, and preparing a zirconia composite sintered body (preparation of a primary sintered body, HIP treatment, and tempering treatment).
  • raw material composition a granular raw material composition (hereinafter also simply referred to as "raw material composition"), which was used in the production of a molded body described later.
  • the average particle size is a value measured on a volume basis using a laser diffraction/scattering type particle size distribution measuring device (Partica LA-950: manufactured by Horiba, Ltd.) by irradiating a slurry diluted with water with ultrasonic waves for 30 minutes, and then applying ultrasonic waves.
  • a pellet-shaped compact and a block-shaped compact were prepared as follows so as to obtain a zirconia composite sintered body sample for evaluating translucency and strength and for evaluating processability.
  • a cylindrical mold having a diameter of 19 mm was used, and the raw material composition was placed in the mold so that the thickness of the zirconia composite sintered body after sintering would be 1.2 mm.
  • the raw material composition was press-molded at a surface pressure of 200 MPa using a uniaxial press molding machine to produce a pellet-shaped compact.
  • the raw material composition was filled into a mold with inner dimensions of 19 mm x 18 mm in the order shown in Tables 1 and 2 so that the height of the zirconia composite sintered body after sintering would be 14.5 mm. Note that the amount of each layer filled was made uniform.
  • the raw material composition was press-molded using a uniaxial press molding machine at a surface pressure of 200 MPa for 90 seconds to produce a laminated structure compact.
  • pellet-shaped and block-shaped zirconia composite sintered bodies were subjected to a HIP apparatus " O2 -Dr.HIP" manufactured by Kobe Steel, Ltd., at 150 MPa in an argon atmosphere at the HIP temperatures shown in Tables 1 and 2 for 2 hours to obtain samples of pellet-shaped and block-shaped zirconia composite sintered bodies (HIP-treated sintered bodies).
  • pellet-shaped and block-shaped zirconia composite sintered bodies (HIP-treated sintered bodies) obtained were subjected to a firing furnace "Noritake Katana (registered trademark) F-1" manufactured by SK Medical Electronics Co., Ltd. at 700°C for 60 hours to obtain pellet-shaped and block-shaped zirconia composite sintered body samples (sintered bodies after tempering treatment).
  • the pellet-shaped samples obtained had a diameter of 15 mm and a thickness of 1.2 mm, while the block-shaped samples had a width of 15.7 mm, a length of 16.5 mm, and a height of 14.5 mm.
  • the content of each component of the zirconia composite sintered body in Tables 1 and 2 is a value calculated from the amount of the raw material charged.
  • the content (mol %) of the capping element or ion (eg, Na) in Tables 1 and 2 is the external addition rate relative to a total of 100 mol % of zirconia, the stabilizer (yttria), Nb 2 O 5 , and Ta 2 O 5 .
  • the contents (mol %) of zirconia, the stabilizer, Nb 2 O 5 , and Ta 2 O 5 in Tables 1 and 2 are the contents of each component in a total of 100 mol % of zirconia, the stabilizer, Nb 2 O 5 , and Ta 2 O 5 .
  • the TiO 2 content (mass %) in Tables 1 and 2 is the external addition rate relative to the total of zirconia, the stabilizer, Nb 2 O 5 , and Ta 2 O 5 being 100 mass %.
  • A/B represents the ratio of A to B when the content of Y 2 O 3 is A mol % and the total content of Nb 2 O 5 and Ta 2 O 5 is B mol %.
  • the background (underlay) of the sample was made white (the side opposite the measuring device with respect to the sample was made white), and the L * value of the L*a*b* color system (JIS Z 8781-4:2013 Colorimetry-Part 4: CIE 1976 L*a*b* color space) was measured and defined as the first L * value.
  • the background (underlay) of the sample was made black (the side opposite the measuring device with respect to the sample was made black) and the L * value in the L*a*b* color system was measured, and this was taken as the second L * value.
  • the difference between the first L * value and the second L * value is defined as the light transmittance, and is expressed as ⁇ L * (W ⁇ B).
  • a high ⁇ L * (WB) indicates high light transmittance, whereas a low ⁇ L* indicates low light transmittance.
  • the black and white backgrounds (underlays) used in the chromaticity measurements were obtained using the hiding power test paper used in paint measurements described in JIS K 5600-4-1: 1999.
  • the arithmetic mean values of ⁇ L * (W-B) for each sample are shown in Tables 1 and 2.
  • the block-shaped compact was held at 1000°C for 2 hours to produce a calcined body, which was then machined into the shape of a front tooth crown, and then held at 1550°C for 2 hours to obtain a sample in the shape of a tooth crown to be used in the aesthetic evaluation.
  • the crystal grain size obtained with Image-Pro Plus was the length of the line segment connecting the outlines passing through the center of gravity determined from the outlines of the crystal grains, measured at intervals of two degrees from the center of gravity, and averaged.
  • the arithmetic average value of the crystal grain size of all particles not overlapping the image edge was taken as the average crystal grain size (number basis) in the sintered body.
  • particles not on the image edge refers to particles excluding particles whose outline does not fit within the screen of the SEM photograph (particles whose outline is interrupted on the top, bottom, left, and right boundaries).
  • the crystal grain size of all particles not on the image edge was determined by selecting the option to exclude all particles on the boundary lines in Image-Pro Plus.
  • the number of processed pieces shown in Tables 1 and 2 is the number of samples that could be processed into the shape of a front tooth crown without changing the processing tool once, using a new set of processing tools and starting processing of the samples under the conditions described in the above [Evaluation of the processability of zirconia composite sintered body].
  • the maximum number of samples used in the test was 30, and if processing of up to 30 samples could be completed with one processing tool, additional processing tests were not performed, and the number was uniformly stated as "30 or more.” Furthermore, if an error occurs due to the load during machining etc. and the MC-XL stops midway through machining before the first sample is completed, a new machining tool is attached and machining is restarted.
  • the zirconia composite sintered body of the present invention has a strength suitable for dental use, is excellent in machinability in the sintered body state, and has a sufficient gradation of translucency, resulting in excellent aesthetics. Furthermore, in Examples 1 to 11, wear of the processing tool could be suppressed, and the number of dental prostheses that could be processed continuously with one processing tool was significantly large.
  • Comparative Example 1 containing neither Nb 2 O 5 nor Ta 2 O 5 , the sintered body could not be machined at all.
  • comparison example 2 which did not have a laminated structure having multiple layers with different contents of at least one of the stabilizer, Nb2O5 , or Ta2O5 components, the overall translucency was high, so the part corresponding to the cervical area was also too transparent, resulting in poor aesthetics.
  • the zirconia composite sintered body of the present invention has strength suitable for dental use, excellent machinability in the sintered state, and excellent aesthetics. Therefore, the zirconia composite sintered body of the present invention is particularly useful as a dental material for dental prostheses and the like intended for dental treatment applications.

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Abstract

本発明は、歯科用として好適な強度を有し、焼結体の状態での機械加工性に優れ、かつ審美性に優れるジルコニア複合焼結体を提供する。本発明は、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、Nb25又はTa25の少なくとも一方とを含有し、 ジルコニア、前記安定化剤、Nb25、及びa25の合計mоlに対して、 前記安定化剤、Nb25、又はTa25の少なくとも1成分の含有率が異なる複数の層を備える、ジルコニア複合焼結体に関する。

Description

ジルコニア複合焼結体
 本発明は、ジルコニア複合焼結体に関する。より詳細には、本発明は、歯科用として好適な強度を有し、焼結体の状態で機械加工性に優れ、かつ審美性に優れるジルコニア複合焼結体に関する。
 金属酸化物からなるセラミックスは、工業的に幅広く利用されてきた。中でも、ジルコニア焼結体は、その高い強度と審美性から、歯科用補綴物等の歯科材料用途に使用されている。
 ジルコニア焼結体は、強度に優れるため、補綴物等の歯科材料用途に使用された場合、破損などの問題はほとんど起きない。また、ジルコニア焼結体は、透光性も高く、口腔内で着色しづらいため、審美性にも優れる。一方、完全に焼結した状態の焼結体とした後は、高い硬度を有するため、歯科用加工機ではほとんど加工することができない。例えば、立方体の形状を有するジルコニア焼結体を、患者の歯の形状に合う形状を有するジルコニア焼結体を得るために機械加工すると、金属製の加工用工具の消耗が非常に大きくなる上、わずか1個の歯科用補綴物を製造する場合にも膨大な時間を要する。
 このような事情から、ジルコニア焼結体を歯科材料用途に使用する際には、通常、完全に焼結した焼結体ではなく、加工しやすい半焼結状態である仮焼体を所望の歯科用補綴物の形状に加工した後、さらに焼結させることにより、目的の歯科用補綴物の形状に加工された焼結体として製造される。その後、歯科用補綴物の形状を有する焼結体を歯科医院で患者の口腔内に装着した際に違和感なく適合するように、焼結体に対して微量の調整加工が行われている。
 また、近年、仮焼体を所望の歯科用補綴物の形状に加工する際には、患者の治療部位の歯牙に合わせた形状を得ることができるCAD/CAMシステムによる機械加工が使用され、CAD/CAMシステム用の仮焼体(ミルブランク)が多用されている。
 上記のように、ジルコニア焼結体を歯科材料用途に使用する場合、ジルコニアの焼結における特有の問題に起因して、焼結体とした後に大きな機械加工を行うことを回避し、焼結体への加工は歯科医院で患者の口腔内に装着した際に微調整のために行う程度に留まっている。言い換えると、ジルコニアの焼結による段階的な物性変化に沿った、歯科材料用途における対応がなされている。
 また、歯科治療においては、上記のジルコニア焼結体の物性に起因する特有の事情を考慮して、歯列情報などの患者の口腔内形状の情報を取得する工程、取得した情報に基づいてCAD/CAMシステムにより仮焼体(ミルブランク)を所望の歯科用補綴物の形状に機械加工する工程、所望の歯科用補綴物の形状を有する仮焼体を焼結して焼結体を得る工程、及び歯科医院で患者の口腔内に装着した際に違和感なく適合するように焼結体に対して微量の調整加工をする工程、という多くの工程を経た治療が一般的に行われる。
 このような状況下、前記した仮焼体を焼成して焼結体を得る工程を短縮できる仮焼体も提案されている(例えば、特許文献1)。
 特許文献1には、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、を含有し、ジルコニアの主たる結晶系が単斜晶系であり、ジルコニアと安定化剤の合計molに対する安定化剤の含有率が異なる複数の層を備える、ジルコニア仮焼体が開示されている。
 しかしながら、ジルコニア焼結体の歯科用補綴物を用いた歯科治療において、1回の通院では、上記したすべての工程を完結することは困難である。そのため、1本の歯の治療であっても、歯科医院への通院が複数回になり、治療開始から治療完了までの治療期間も1か月以上を要することが多い。
 一方、患者としては、治療後の新しい人工歯が装着されるまでの時間を減らす点、通院負担を軽減する点から、できるだけ通院回数が少ないことが望ましく、短時間で治療を終えたいというニーズは年々高まっている。
 仮に、ジルコニア焼結体の状態において大幅な機械加工ができる場合、一度仮焼体の状態で機械加工し、その後、焼結によって焼結体を製造する工程が不要になり、患者の口腔内形状の情報を取得した後に、当該情報に基づいてCAD/CAMシステムにより未加工の焼結体を所望の歯科用補綴物の形状に機械加工し、患者の口腔内に装着して微調整の加工を行い、一日で歯科治療を終えることも可能となる。
 また、歯科用補綴物を用いる場合に一日で終える歯科治療は、ジルコニア以外の二ケイ酸リチウムガラスセラミック、長石系ガラスセラミック等の材料を用いた場合は可能になっているものの、ジルコニア焼結体の場合、ジルコニア焼結体の物性に起因する特有の事情があり、実現には高い困難性がある。
 上記のように、ジルコニアには強度及び審美性の面から需要も高いため、治療期間の短縮に対するニーズの高まりに伴って、従来の仮焼体で機械加工したのち、焼成して焼結体を得るジルコニア材料と異なり、焼結体の状態で機械加工性に優れ、角柱状又は円盤状のミルブランクから、所望の歯科用補綴物の形状に加工できるジルコニア焼結体も新たに提案されている(例えば、特許文献2~3)。
 特許文献2には、79.8~92mol%のZrO2及び4.5~10.2mol%のY23と、3.5~7.5mol%のNb25又は5.5~10.0mol%のTa25と、を含む正方晶ジルコニア複合粉末と、前記ジルコニア複合粉末に対する質量比が0質量%超2.5質量%以下であるTiO2ナノ粉末とを含むように形成された焼結体である加工性ジルコニア及びその製造方法が開示されている。
 また、特許文献3には、78~95mol%のZrO2と2.5~10mol%のY23と、2~8mol%のNb25及び/又は3~10mol%のTa25とを含み、かつZrO2の主たる結晶相が単斜晶である原料を用いる機械加工性を有するジルコニア複合焼結体及びその製造方法が開示されている。
国際公開第2020/138316号 特開2015-127294号公報 国際公開第2021/132644号
 特許文献1では、イットリアの含有率が異なるジルコニア粉末を積層させることで、透明性の高い層と不透明な層を再現しているものの、機械加工した後に焼結させる必要があり、患者の治療時間が長くなり、治療時間の短縮という観点からは、改善の余地があった。
 また、特許文献2及び3に開示されたジルコニア焼結体では、焼結体の状態で機械加工は可能であるが、積層の記載はなく、切端部と歯頚部の透明感が同じになってしまい、焼結体の状態での機械加工性を維持しながら、人との距離が非常に近い場合においても天然歯により近い外観とするためにはさらなる改善の余地があることが本発明者らによって見出された。
 また、機械加工性を向上させるために、材料の硬度を下げるように組成を変更すると、材料の強度が低下してしまうという問題があった。そのため、焼結体が強度に優れ、焼結体の状態における優れた機械可能性を有し、さらに、切端部と歯頚部の透明感が異なり、天然歯により近い外観の歯科用補綴物が得られるという性質を兼ね備えたジルコニア焼結体の提供には困難性があった。
 本発明は、歯科用として好適な強度を有し、焼結体の状態で機械加工性に優れ、かつ審美性に優れるジルコニア複合焼結体を提供することを目的とする。
 本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、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、Nb25又はTa25の少なくとも一方とを含有し、ジルコニア、前記安定化剤、Nb25、及びTa25の合計mоlに対して、前記安定化剤、Nb25、又はTa25の少なくとも1成分の含有率が異なる複数の層を備える、ジルコニア複合焼結体とすることによって、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、Nb25又はTa25の少なくとも一方とを含有し、
 ジルコニア、前記安定化剤、Nb25、及びTa25の合計mоlに対して、
 前記安定化剤、Nb25、又はTa25の少なくとも1成分の含有率が異なる複数の層を備える、ジルコニア複合焼結体。
[2]前記複数の層が、Nb25、又はTa25の含有率が異なる複数の層である、[1]に記載のジルコニア複合焼結体。
[3]前記ジルコニア複合焼結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、前記一端から他端に向かってジルコニア、前記安定化剤、Nb25、及びTa25の合計mоlに対して、Nb25又はTa25の含有率の増減傾向が変化しない、[2]に記載のジルコニア複合焼結体。
[4]前記安定化剤がイットリアである、[3]に記載のジルコニア複合焼結体。
[5]ジルコニア、イットリア、Nb25、及びTa25の合計mоlに対して、
 前記一端を含む層のNb25又はTa25の含有率が、2mоl%以上12mоl%以下であり、
 前記他端を含む層のNb25又はTa25の含有率が、1mоl%以上10mоl%以下である、[4]に記載のジルコニア複合焼結体。
[6]前記複数の層が、前記安定化剤の含有率が異なる複数の層である、[1]に記載のジルコニア複合焼結体。
[7]前記ジルコニア複合焼結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、前記ジルコニア複合焼結体の一端から他端に向かってジルコニア、前記安定化剤、Nb25、及びTa25の合計mоlに対して、前記安定化剤の含有率の増減傾向が変化しない、[6]に記載のジルコニア複合焼結体。
[8]前記安定化剤がイットリアである、[7]に記載のジルコニア複合焼結体。
[9]ジルコニア、イットリア、Nb25、及びTa25の合計mоlに対して、
 前記一端を含む層のイットリアの含有率が、1mоl%以上8mоl%以下であり、
 前記他端を含む層のイットリアの含有率が、2mоl%以上9mоl%以下である、[8]に記載のジルコニア複合焼結体。
[10]前記複数の層の少なくとも1層が、キャッピング剤由来の元素又はイオンをさらに含む、[1]~[9]のいずれかに記載のジルコニア複合焼結体。
[11]前記キャッピング剤由来の元素又はイオンの含有率が、ジルコニア、前記安定化剤、Nb25、及びTa25の合計100mol%に対して、0mol%超5mol%以下である、[10]に記載のジルコニア複合焼結体。
[12]前記キャッピング剤由来の元素又はイオンが、周期表の第2~第7周期に属し、第一イオン化エネルギーが、同一周期の第18族元素より小さい元素又はそのイオン、及び/又は電子親和力が高い元素又はそのイオンである、[10]又は[11]に記載のジルコニア複合焼結体。
[13]前記キャッピング剤由来の元素又はイオンが、Cu、Ag、Li、Na、K、Rb、Cs、Fr、At、I、Br、Cl、及びFからなる群より選択される少なくとも1つの元素又はそのイオンを含む、[10]又は[11]に記載のジルコニア複合焼結体。
[14]前記キャッピング剤由来の元素又はイオンが、Li、Na、K、Rb、Cs、及びFrからなる群より選択される少なくとも1つの元素又はそのイオンを含む、[10]又は[11]に記載のジルコニア複合焼結体。
[15]前記安定化剤の含有率をAmol%とし、Nb25及びTa25の合計含有率をBmol%とするとき、
 前記複数の層の少なくとも1層が、A/Bの比率が0.9以上3以下を満たす、[1]~[14]のいずれかに記載のジルコニア複合焼結体。
[16]前記複数の層の少なくとも1層が、ジルコニア強化剤をさらに含み、前記ジルコニア強化剤の含有率が、ジルコニアと、前記安定化剤と、Nb25及びTa25との合計100質量%に対して、0質量%超6.0質量%以下である、[1]~[15]のいずれかに記載のジルコニア複合焼結体。
[17]前記ジルコニア強化剤が、TiO2及び/又はAl23を含む、[16]に記載のジルコニア複合焼結体。
[18]前記ジルコニア複合焼結体の平均結晶粒径が、0.5~5.0μmである、[1]~[17]のいずれかに記載のジルコニア複合焼結体。
 本発明によれば、歯科用として好適な強度を有し、焼結体の状態で機械加工性に優れ、かつ審美性に優れるジルコニア複合焼結体を提供できる。
 また、本発明によれば、審美性に関して、透光性に優れるのみならず、機械加工後に得られる歯科用補綴物における切端部と歯頚部の透明感が異なり、透光性のグラデーションにより天然歯により近い外観の歯科用補綴物が得られるため、相手との距離が非常に近い距離(例えば、約45cm)においても、天然歯と同様の審美性を得ることができる。
 本発明のジルコニア複合焼結体は、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(以下、単に「安定化剤」とも称する)と、Nb25又はTa25の少なくとも一方とを含有し、
 ジルコニア、前記安定化剤、Nb25、及びTa25の合計mоlに対して、
 前記安定化剤、Nb25、又はTa25の少なくとも1成分の含有率が異なる複数の層を備える。
 本明細書において、「成形体」とは、半焼結状態(仮焼状態)、焼結状態のいずれにも至っていないものを意味する。すなわち、成形体は、成形により成形体とした後に未焼成である点で、仮焼体及び焼結体とは区別される。
 本明細書において、「ジルコニア複合仮焼体」は、ジルコニア等の原料粉末同士がネッキング(固着)しており、ジルコニア等の原料粉末が完全には焼結していない半焼結状態であるものを意味する。
 本明細書において、「ジルコニア複合焼結体」は、ジルコニア等の原料粉末が完全に焼結している焼結状態であるものを意味する。ジルコニア複合焼結体では、焼結によってジルコニア等の原料粉末同士が固結又は固溶が進行し、焼結に伴って相対密度が上昇し、緻密化が進行するため、相対密度が95%以上である完全に焼結した状態である。
 本明細書において、「ジルコニア」は、酸化ジルコニウム(IV)(ZrO2)を意味し、ZrO2の量に対して微量(0.5質量%以上3質量%以下)のHfO2を含む。HfO2は分離が困難であるため、「ジルコニア」及び「ジルコニア粉末」等の用語は、ZrO2及びHfO2を含むものを意味する。また、安定化剤がジルコニアに固溶している粉末についても「ジルコニア粉末」に含まれる。
 本明細書において、「大気中」とは、標準気圧(1atm)下であることを意味する。
 本明細書において、「ジルコニア強化剤」とは、ジルコニア複合焼結体の機械的強度を向上させる機能を有する成分を意味する。
 本明細書において、ジルコニア複合焼結体における各成分の含有率は、原料の仕込み量から算出できる。
 本明細書において、機械加工は、切削加工及び研削加工を含む。また、機械加工は、湿式加工、乾式加工のどちらでもよく、特に限定されない。
 なお、本明細書において、数値範囲(温度範囲、各成分の含有率、結晶系の存在率、成分等及びこれらから算出される値及び各物性値等)の上限値及び下限値は適宜組み合わせ可能である。
 本明細書において、「安定化剤、Nb25、又はTa25の少なくとも1成分の含有率が異なる」とは、安定化剤、Nb25、又はTa25の少なくとも1成分の層間における含有率の差が、0.05mоl%以上であり、0.08mоl%以上であることが好ましく、0.09mоl%以上であることがより好ましく、0.10mоl%以上であることがさらに好ましく、0.11mоl%以上であることが特に好ましい。
 また、安定化剤、Nb25、又はTa25の少なくとも1成分の層間における含有率の差が、3.0mоl%以下であることが好ましく、2.8mоl%以下であることがより好ましく、2.5mоl%以下であることがさらに好ましく、2.0mоl%以下であることが特に好ましい。
 本発明のジルコニア複合焼結体は、すべての層において、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、Nb25又はTa25の少なくとも一方とを含有する積層構造を備え、
 ジルコニア、前記安定化剤、Nb25、及びTa25の合計mоlに対して、
 前記積層構造が、前記安定化剤、Nb25、又はTa25の少なくとも1成分の含有率が異なる複数の層を備える。
 本明細書において、「ジルコニア、前記安定化剤、Nb25、及びTa25の合計mоlに対して、ある成分の含有率が異なる」とは、ある特定の1層におけるジルコニア、前記安定化剤、Nb25、及びTa25の合計mоlを算出し、他の特定の1層におけるジルコニア、前記安定化剤、Nb25、及びTa25の合計mоlを算出した場合に、前記した特定の1層と他の特定の1層との層間におけるある成分(前記安定化剤、Nb25、又はTa25の少なくとも1成分)の含有率が異なることを意味する。
 また、本発明のジルコニア複合焼結体が、強度を維持しつつ、焼結体の状態で機械加工性に優れる理由は定かではないが、従来の安定化剤が添加されたジルコニアに対して、Nb25又はTa25の少なくとも一方を追加で添加することによる破壊靭性(IF法)の向上と、微細構造の粗大化により硬度を最小化することで実現されると推測される。
 本発明のジルコニア複合焼結体が、天然歯に近い審美性を有する理由は、以下のように考えられる。
 前記安定化剤に加えて、Nb25又はTa25の少なくとも一方を含有する焼結体において、ジルコニア、前記安定化剤、Nb25、及びTa25の合計mоlに対して、安定化剤、Nb25、又はTa25の少なくとも1成分の含有率が異なる複数の層を備えることで、切端部に相当する層においては、少なくとも歯頚部に相当する層に比べて結晶粒子が大きくなり、高い透光性を有するのに対して、歯頚部に相当する層においては、少なくとも切端部に比べて結晶粒子が小さくなり、透光性が下がるものと考えられる。
 その結果、機械加工後に得られる歯科用補綴物においては、天然歯と同等以上の透光性を有しつつ、天然歯と比べても透光性のグラデーションが十分に得られたものと考えられる。
 本発明のジルコニア複合焼結体は、すべての層が、ジルコニアと、安定化剤と、Nb25又はTa25の少なくとも一方とを含有する積層構造において、(1)安定化剤の含有率に対するNb25又はTa25の少なくとも一方の含有率、(2)Nb25の含有率に対する安定化剤の含有率、又は(3)Ta25の含有率に対する安定化剤の含有率のいずれかを層間で変更することで、上記のように、焼結体の状態での機械加工性を有し、焼結体が強度に優れ、かつ天然歯により近い外観を有する歯科用補綴物を提供できるという性質を兼ね備えることができる。
 本明細書において、本発明のジルコニア複合焼結体に関する記載は、特に言及する場合を除いて、すべての実施形態に適用できる。
 また、各成分及びその含有率について、特に言及する場合を除いて、積層構造におけるすべての層に適用できる。
 本発明のジルコニア複合焼結体において、ジルコニアの含有率は、ジルコニア、前記安定化剤、Nb25、及びTa25の合計100mol%において、78~97.5mol%であることが好ましく、透光性及び強度により優れる点から、79mol%以上96mol%以下であることがより好ましく、80mol%以上94mol%以下であることがさらに好ましく、81mol%以上93mol%以下であることが特に好ましい。
 本発明のジルコニア複合焼結体において、ジルコニアの相転移を抑制可能な安定化剤としては、例えば、酸化カルシウム(CaO)、酸化マグネシウム(MgO)、酸化イットリウム(Y23)、酸化セリウム(CeO2)、酸化スカンジウム(Sc23)、酸化ランタン(La23)、酸化エルビウム(Er23)、酸化プラセオジム(Pr23、Pr611)、酸化サマリウム(Sm23)、酸化ユウロピウム(Eu23)、酸化ツリウム(Tm23)、酸化ガリウム(Ga23)、酸化インジウム(In23)及び酸化イッテルビウム(Yb23)等の酸化物が挙げられ、Nb25又はTa25の少なくとも一方を含む他の成分と組み合わせた際に、焼結体の状態での機械加工性と強度に優れ、かつ機械加工後に得られる補綴物が天然歯により近いという審美性に優れる点から、Y23(イットリア)及び/又はCeO2が好ましい。前記安定化剤は、1種を単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
 本発明のジルコニア複合焼結体において、安定化剤の含有率は、ジルコニア、前記安定化剤、Nb25、及びTa25の合計100mol%において、1~12mol%であることが好ましく、十分な機械加工性が得られやすい点から、2mol%以上10mol%以下であることがより好ましく、透光性及び強度により優れる点から、3mol%以上8.0mol%以下であることがさらに好ましく、3.5mol%以上7.5mol%以下であることがよりさらに好ましく、3.8mol%以上7.0mol%以下であることが特に好ましく、4.0mol%以上6.5mol%以下であることが最も好ましい。
 本発明のジルコニア複合焼結体において、Nb25又はTa25の含有率は、ジルコニア、前記安定化剤、Nb25、及びTa25の合計100mol%において、1~9mol%であることが好ましく、1.5mol%以上8.5mol%以下であることがより好ましく、より優れた機械加工性を有する点から、2.5mol%以上8.0mol%以下であることがさらに好ましく、2.7mol%以上7.0mol%以下であることがよりさらに好ましく、2.8mol%以上6.0mol%以下であることが特に好ましく、3.0mol%以上5.5mol%以下であることが最も好ましい。
 Nb25又はTa25の含有率が、前記範囲内であれば、欠け等の欠損の発生を抑制しつつ、十分な機械加工性が得られる。
 ジルコニア複合焼結体の積層構造のすべての層において、ジルコニア、安定化剤、Nb25及びTa25の含有率は、前記した範囲内に含まれる。
 本発明のジルコニア複合焼結体の積層構造における層の数は、特に限定されないが、2~10層とすることができ、3~6層とすることができ、4~5層とすることもできる。
 ある好適な実施形態としては、前記積層構造における層の数が、3~5層である、ジルコニア複合焼結体が挙げられる。
 本発明のジルコニア複合焼結体の積層構造において、前記積層構造がn層である場合(nは好適には3以上10以下の整数)、第1層(切端部に相当する層)における透光性ΔL*(W-B)と、第n層(歯頚部に相当する層)における透光性ΔL*(W-B)との差は、天然歯により近い外観が得られる点から、1.2以上であることが好ましく、1.5以上であることがより好ましく、相手との距離が非常に近い距離(例えば、約45cm)においても、天然歯と同様の審美性を得ることができる点から、1.8以上であることがさらに好ましく、2.0以上であることが特に好ましい。
 また、第1層(切端部に相当する層)における透光性ΔL*(W-B)と、第n層(歯頚部に相当する層)における透光性ΔL*(W-B)との差は、天然歯により近い外観が得られる点から、6.0以下であることが好ましく、5.5以下であることがより好ましく、5.0以下であることがさらに好ましく、4.5以下であることが特に好ましい。
 透光性ΔL*(W-B)の測定方法は、後記する実施例に記載のとおりである。
 本発明のジルコニア複合焼結体の好適な各実施形態について、以下に説明する。
 ある好適な実施形態(以下、本実施形態を「第1実施形態」とも称する。)としては、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、Nb25又はTa25の少なくとも一方とを含有し、
 ジルコニア、前記安定化剤、Nb25、及びTa25の合計mоlに対して、
 Nb25、又はTa25の含有率が異なる複数の層を備える、ジルコニア複合焼結体が挙げられる。
 第1実施形態に係るジルコニア複合焼結体の積層構造において、天然歯により近い外観の歯科用補綴物が得られる限り、Nb25、又はTa25の含有率の増減傾向が変化していてもよい。
 第1実施形態において、例えば、透光性のグラデーションにより天然歯により近い外観の歯科用補綴物が得られる点から、隣接する各層間のNb25、又はTa25の含有率の差が0.08mоl%以上3.0mоl%以下である、ジルコニア複合焼結体が挙げられる。
 また、第1実施形態において、透光性のグラデーションにより天然歯により近い外観の歯科用補綴物が得られる点から、ジルコニア複合焼結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、前記一端から他端に向かってジルコニア、前記安定化剤、Nb25、及びTa25の合計mоlに対して、Nb25又はTa25の含有率の増減傾向が変化しない、ジルコニア複合焼結体がより好ましい。
 本明細書において、前記「一端」を切端部側とし、「一端を含む層」を切端部側の層とし、前記「他端」を歯頚部側とし、「他端を含む層」を歯頚部側の層とすることができる。
 第1実施形態において、透光性に優れるのみならず、機械加工後に得られる歯科用補綴物における切端部と歯頚部の透明感が異なり、透光性のグラデーションが得られやすく、天然歯により近い外観の歯科用補綴物が得られやすい点から、前記一端から他端に向かってジルコニア、前記安定化剤、Nb25、及びTa25の合計mоlに対して、Nb25又はTa25の含有率の減少傾向が変化しない、ジルコニア複合焼結体がより好ましい。
 さらに、第1実施形態において、強度及び焼結体の状態での機械加工性により優れ、かつ透光性のグラデーションにより天然歯により近い外観の歯科用補綴物が得られる点から、ジルコニア、前記安定化剤、Nb25、及びTa25の合計mоlに対して、
 前記一端を含む層のNb25又はTa25の含有率が、2mоl%以上12mоl%以下であり、
 前記他端を含む層のNb25又はTa25の含有率が、1mоl%以上10mоl%以下である、ジルコニア複合焼結体がさらに好ましく、
 前記一端を含む層のNb25又はTa25の含有率が、2mоl%以上8mоl%以下であり、
 前記他端を含む層のNb25又はTa25の含有率が、1mоl%以上6mоl%以下である、ジルコニア複合焼結体がよりさらに好ましく、
 前記一端を含む層のNb25又はTa25の含有率が、2.5mоl%以上6mоl%以下であり、
 前記他端を含む層のNb25又はTa25の含有率が、1.5mоl%以上5mоl%以下である、ジルコニア複合焼結体が特に好ましい。
 また、前記他端を含む層のNb25又はTa25の含有率の範囲であることで、ジルコニア複合焼結体における結晶粒子をより小さくすることができ、得られる歯科用補綴物が天然歯により近い外観を有する範囲内となるように、歯頚部に相当する層である他端を含む層の透光性を下げることができる。
 他のある好適な実施形態(以下、本実施形態を「第2実施形態」とも称する。)としては、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、Nb25又はTa25の少なくとも一方とを含有し、
 ジルコニア、前記安定化剤、Nb25、及びTa25の合計mоlに対して、
 安定化剤の含有率が異なる複数の層を備える、ジルコニア複合焼結体が挙げられる。
 第2実施形態に係るジルコニア複合焼結体の積層構造において、天然歯により近い外観の歯科用補綴物が得られる限り、安定化剤の含有率の増減傾向が変化していてもよい。
 第2実施形態において、例えば、透光性のグラデーションにより天然歯により近い外観の歯科用補綴物が得られる点から、隣接する各層間の安定化剤の含有率の差が0.08mоl%以上3.0mоl%以下である、ジルコニア複合焼結体が挙げられる。
 また、第2実施形態において、透光性のグラデーションにより天然歯により近い外観の歯科用補綴物が得られる点から、ジルコニア複合焼結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、前記ジルコニア複合焼結体の一端から他端に向かってジルコニア、前記安定化剤、Nb25、及びTa25の合計mоlに対して、前記安定化剤の含有率の増減傾向が変化しない、ジルコニア複合焼結体がより好ましい。
 第2実施形態において、透光性に優れるのみならず、機械加工後に得られる歯科用補綴物における切端部と歯頚部の透明感が異なり、透光性のグラデーションが得られやすく、天然歯により近い外観の歯科用補綴物が得られやすい点から、前記一端から他端に向かってジルコニア、前記安定化剤、Nb25、及びTa25の合計mоlに対して、前記安定化剤の含有率の増加傾向が変化しない、ジルコニア複合焼結体がより好ましい。
 さらに、第2実施形態において、強度及び焼結体の状態での機械加工性により優れ、かつ透光性のグラデーションにより天然歯により近い外観の歯科用補綴物が得られる点から、ジルコニア、前記安定化剤、Nb25、及びTa25の合計mоlに対して、
 前記一端を含む層の前記安定化剤(好適には、イットリア)の含有率が、1mоl%以上8mоl%以下であり、
 前記他端を含む層の前記安定化剤(好適には、イットリア)の含有率が、2mоl%以上9mоl%以下である、ジルコニア複合焼結体がさらに好ましく、
 前記一端を含む層の前記安定化剤(好適には、イットリア)の含有率が、2mоl%以上8mоl%以下であり、
 前記他端を含む層の前記安定化剤(好適には、イットリア)の含有率が、3mоl%以上9mоl%以下である、ジルコニア複合焼結体がよりさらに好ましく、
 前記一端を含む層の前記安定化剤(好適には、イットリア)の含有率が、3mоl%以上7.5mоl%以下であり、
 前記他端を含む層の前記安定化剤(好適には、イットリア)の含有率が、4mоl%以上8.5mоl%以下である、ジルコニア複合焼結体が特に好ましい。
 また、前記他端を含む層の安定化剤がイットリアである場合、前記イットリアの含有率の範囲では、従来のイットリアで安定化されたジルコニア焼結体であれば、イットリアの含有率が増えると透光性は高くなるものの、Nb25又はTa25の少なくとも一方が存在するジルコニア複合焼結体においては、ジルコニア複合焼結体における結晶粒子をより小さくすることができ、得られる歯科用補綴物が天然歯により近い外観を有する範囲内となるように、歯頚部に相当する層である他端を含む層の透光性を下げることができる。
 また、本発明のいずれの実施形態においても、ジルコニア複合焼結体は、より焼結体の状態での機械加工性に優れる点から、前記積層構造における少なくとも1層において、キャッピング剤由来の元素又はイオンをさらに含むことが好ましく、すべての層にキャッピング剤由来の元素又はイオンを含むこともできる。
 本明細書において、キャッピング剤由来の元素又はイオン(以下、「キャッピング元素又はイオン」とも称する。)は、ジルコニア系複合酸化物から構成されるジルコニア複合焼結体において、ジルコニア系複合酸化物の結合手の末端をキャッピングして、結晶界面(以下、「粒界」とも称する)の強度(以下、「粒界強度」とも称する)を弱める元素又はイオンをいう。
 キャッピング剤は、結晶粒界の少なくとも一部をキャッピングすることができる。
 「キャッピング」とは、対象となる元素又はイオン(キャッピング元素又はイオン)が、ジルコニア系複合酸化物の結合手と、前記金属元素の代わりに結合し、結晶粒界に存在することをいう。
 キャッピング元素又はイオンが、+1価のカチオン又は-1価のアニオンの形態で粒界に存在することによって、キャッピングしたカチオン同士又はアニオン同士が静電反発し、粒界強度を弱めることが推定される。
 また、ジルコニア複合焼結体における、ジルコニア、安定化剤、Nb25及びTa25の各成分の含有率は、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もできる。
 キャッピング剤由来の元素又はイオンの含有率(mol%)は、ジルコニア、前記安定化剤、Nb25、及びTa25の合計100mol%に対する外部添加率である。そのため、ジルコニア複合焼結体における、キャッピング剤由来の元素又はイオンの含有率は、添加する際の原料の仕込み量(質量)をmol%に換算して算出できる。
 また、ジルコニア強化剤の含有率(質量%)は、ジルコニア、前記安定化剤、Nb25、及びTa25の合計100質量%に対する外部添加率である。そのため、ジルコニア複合焼結体における、ジルコニア強化剤の含有率は、添加する際の原料の仕込み量(質量)から算出できる。
 本発明のジルコニア複合焼結体が、歯科用として好適な強度と透光性を有し、かつ高い機械加工性を有するため、焼結体の状態で機械加工できる理由は定かではないが、以下のように推測される。
 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、Nb25及び/又はTa25とが含まれるジルコニア複合焼結体において、結晶粒界にキャッピング元素又はイオンが存在することにより、キャッピング元素又はイオンが+1価のカチオン又は-1価のアニオンの形態で粒界強度を低下させて粒子同士を剥離しやすい方向に作用し、削りやすくなり、機械加工性が向上していると推測される。
 キャッピング元素又はイオンは、ジルコニア複合焼結体の粒界において、+1価のカチオン又は-1価のアニオンとなって、ジルコニア系複合酸化物が有する結合手と結合する。この結合によって、カチオン同士又はアニオン同士が静電反発し、ジルコニア複合焼結体を構成する粒子として強度及び透光性の性質を維持しつつ、粒界強度を弱めることができ、機械加工性を改善する方向に作用する。
 例えば、+1価のカチオンが、ジルコニア系複合酸化物に含まれる金属元素(例えば、Zr、Hf、Y、Nb、又はTa)に結合した酸素原子のもう一方の結合手と、前記金属元素の代わりに結合する形態が考えられる。
 また、-1価のアニオンが、ジルコニア系複合酸化物に含まれる金属元素(例えば、Zr、Hf、Y、Nb、又はTa)に結合したOH2 +と結合する形態が考えられる。
 さらに、-1価のアニオンが、ジルコニア系複合酸化物に含まれ、他の金属元素と結合している金属元素(例えば、Zr、Hf、Y、Nb、又はTa)由来のカチオンに結合する形態が考えられる。
 また、Nb25及び/又はTa25は、ジルコニア複合焼結体において、微細構造を粗大化し、硬度を低下させる方向に作用するため、キャッピング元素又はイオンと、Nb25及び/又はTa25とが一体となって、機械加工性をさらに改善する方向に作用する。よって、キャッピング元素又はイオンと、Nb25及び/又はTa25とが一体となって作用し、人工歯として必要になる強度を有しつつ、優れた快削性をより高めることができるため、機械加工による加工時間を短くできることに加えて、加工用工具の消耗を抑制でき、1つの加工用工具を用いた連続的な加工によって得られる歯科用補綴物の個数を増加させることができる。
 本発明のジルコニア複合焼結体において、キャッピング元素又はイオンは、機械加工性をさらに向上させ、上記のように快削助剤として作用し、さらに強度及び透光性を大きく損なうことがないものである。
 本発明のジルコニア複合焼結体を構成する複数の層の少なくとも1層がキャッピング剤由来の元素又はイオンをさらに含む層である場合、前記層に含まれるキャッピング元素又はイオンの含有率としては、0mol%超5mol%以下であることが好ましく、焼結体の状態での機械加工性により優れ、1つの加工用工具で連続して加工できる歯科用補綴物の個数をより増加できる点から、0.05mol%以上3mol%以下であることがより好ましく、0.06mol%以上2.5mol%以下であることがさらに好ましく、0.07mol%以上1.0mol%以下であることが特に好ましく、0.08mol%以上0.34mol%以下であることが最も好ましい。
 また、本発明のジルコニア複合焼結体に含まれるキャッピング元素又はイオンが、第17族元素又はイオンである場合、焼結体の状態での機械加工性により優れ、1つの加工用工具で連続して加工できる歯科用補綴物の個数をより増加できる点から、0.2mol%以上5mol%以下であることがより好ましく、0.3mol%以上4mol%以下であることがさらに好ましく、0.4mol%以上3.5mol%以下であることが特に好ましく、0.5mol%以上3.0mol%以下であることが最も好ましい。
 また、キャッピング元素又はイオンが含まれるジルコニア複合焼結体の積層構造のすべての層において、キャッピング元素又はイオンの含有率は、同一であってもよく、異なっていてもよい。
 本明細書において、「キャッピング元素又はイオンの含有率が異なる」とは、ある特定の1層におけるジルコニア、前記安定化剤、Nb25、及びTa25の合計100mol%に対する外部添加率を算出し、他の特定の1層におけるジルコニア、前記安定化剤、Nb25、及びTa25の合計100mol%に対する外部添加率を算出した場合に、前記した特定の1層と他の特定の1層との層間におけるキャッピング元素又はイオンの含有率が異なることを意味する。
 本明細書において、「キャッピング元素又はイオンの含有率が異なる」場合、キャッピング元素又はイオンの層間における含有率の差が、0.01mol%以上であり、0.02mol%以上であることが好ましく、0.03mol%以上であることがより好ましく、0.04mol%以上であることがさらに好ましく、0.05mol%以上であることが特に好ましい。
 また、キャッピング元素又はイオンの層間における含有率の差は、3.0mоl%以下であることが好ましく、2.0mоl%以下であることがより好ましく、1.0mоl%以下であることがさらに好ましく、0.5mоl%以下であることが特に好ましい。
 また、ある好適な実施形態としては、ジルコニアと、安定化剤と、Nb25又はTa25の少なくとも一方と、キャッピング元素又はイオンとを含有し、ジルコニア、前記安定化剤、Nb25、及びTa25の合計mоlに対して、Nb25、又はTa25の含有率が異なる複数の層を備えるジルコニア複合焼結体であって、
 前記ジルコニア複合焼結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、前記一端から他端に向かってジルコニア、前記安定化剤、Nb25、及びTa25の合計mоlに対して、Nb25又はTa25の含有率の増減傾向が変化せず、かつキャッピング元素又はイオンの含有率が各層において異なり、前記一端から他端に向かってキャッピング元素又はイオンの含有率の増減傾向が変化しない、ジルコニア複合焼結体が挙げられる。
 さらに、焼結体の状態での機械加工性により優れる点から、Nb25又はTa25の含有率の増減傾向に対して、キャッピング元素又はイオンの含有率の増減傾向が逆方向となる、ジルコニア複合焼結体が挙げられる。具体例としては、Nb25又はTa25の含有率が減少傾向にあるのに対して、キャッピング元素又はイオンの含有率の増加傾向にあるジルコニア複合焼結体;Nb25又はTa25の含有率が増加傾向にあるのに対して、キャッピング元素又はイオンの含有率が減少傾向にあるジルコニア複合焼結体が挙げられ、焼結体の状態での機械加工性に特に優れる点から、Nb25又はTa25の含有率が減少傾向にあるのに対して、キャッピング元素又はイオンの含有率の増加傾向にあるジルコニア複合焼結体が好ましい。
 前記好適な実施形態においては、透光性のグラデーションにより天然歯により近い外観の歯科用補綴物が得られ、かつ焼結体の状態での機械加工性により優れる。
 また、別のある好適な実施形態としては、ジルコニアと、安定化剤と、Nb25又はTa25の少なくとも一方と、キャッピング元素又はイオンとを含有し、ジルコニア、前記安定化剤、Nb25、及びTa25の合計mоlに対して、前記安定化剤の含有率が異なる複数の層を備えるジルコニア複合焼結体であって、
 前記ジルコニア複合焼結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、前記一端から他端に向かってジルコニア、前記安定化剤、Nb25、及びTa25の合計mоlに対して、前記安定化剤の含有率の増減傾向が変化せず、かつキャッピング元素又はイオンの含有率が各層において異なり、前記一端から他端に向かってキャッピング元素又はイオンの含有率の増減傾向が変化しない、ジルコニア複合焼結体が挙げられる。
 さらに、焼結体の状態での機械加工性により優れる点から、前記安定化剤の含有率の増減傾向に対して、キャッピング元素又はイオンの含有率の増減傾向が同一方向となる、ジルコニア複合焼結体が挙げられる。具体例としては、前記安定化剤の含有率が減少傾向にあるのに対して、キャッピング元素又はイオンの含有率の減少傾向にあるジルコニア複合焼結体;前記安定化剤の含有率が増加傾向にあるのに対して、キャッピング元素又はイオンの含有率が増加傾向にあるジルコニア複合焼結体が挙げられ、焼結体の状態での機械加工性に特に優れる点から、前記安定化剤の含有率が増加傾向にあるのに対して、キャッピング元素又はイオンの含有率が増加傾向にあるジルコニア複合焼結体が好ましい。
 前記好適な実施形態においては、透光性のグラデーションにより天然歯により近い外観の歯科用補綴物が得られ、かつ焼結体の状態での機械加工性により優れる。
 上記したように、キャッピング元素又はイオンとしては、粒界における荷電サイトと、吸着サイトとの適切な相互作用を示す点から、+1価のカチオン又は-1価のアニオンとなり、粒界に存在することが重要である。
 キャッピング元素又はイオンとしては、周期表の第2~第7周期に属し、第一イオン化エネルギーが、同一周期の第18族元素より小さい元素又はそのイオン、電子親和力が高い元素又はそのイオン、硝酸イオン、次亜塩素酸イオン、亜塩素酸イオン、塩素酸イオン、過塩素酸イオン、臭素酸イオン、過マンガン酸イオン、メタホウ酸イオン、シアン化物イオンが好ましい。
 ある好適な実施形態としては、前記キャッピング剤由来の元素又はそのイオンが、周期表の第2~第7周期に属し、第一イオン化エネルギーが、同一周期の第18族元素より小さい元素又はそのイオン、及び/又は電子親和力が高い元素又はそのイオンであるジルコニア複合焼結体が挙げられる。
 前記周期表の第2~第7周期に属し、第一イオン化エネルギーが、同一周期の第18族元素より小さい元素としては、+1価のカチオンがより得られやすく、焼結体の状態での機械加工性により優れる点から、Cu、Ag、Li、Na、K、Rb、Cs、Fr等が好適に挙げられる。
 電子親和力が高い元素としては、-1価のアニオンがより得られやすく、焼結体の状態での機械加工性により優れる点から、第17族元素が好ましい。第17族元素としては、At、I、Br、Cl、及びFが好ましい。
 第一イオン化エネルギーは、中性状態の原子から1つの電子を除去してイオン化するために必要なエネルギーである。第一イオン化エネルギーは、「シュライバー・アトキンス 無機化学(上) 第4版 第I部 基礎 1.原子構造」に記載された第一イオン化エネルギーと同様とすることができる。第一イオン化エネルギーは、「シュライバー・アトキンス 無機化学(上) 第4版 付録2」に記載された第一イオン化エネルギーの単位「eV」より、1eV=96.485KJ/molとして「KJ/mol」単位に換算できる。第一イオン化エネルギーは、光電子収量分光(PYS)法によって求めることもできる。
 電子親和力(EA)は、中性状態の原子に電子を1つ取り入れる際に放出されるエネルギーである。電子親和力は、イオン化ポテンシャルからエネルギーギャップの差分により測定することができる。イオン化ポテンシャルとは、化合物の分子の軌道のうち最もエネルギーの高い占有軌道と真空準位のエネルギー差と定義され、紫外光電子分光法を用いてその値が測定される。
 第一イオン化エネルギー及び電子親和力としては、NIST Chemistry WebBook(https://webbook.nist.gov/chemistry/)に蓄積されているデータ(Ion energetics properties から、Ionization Energy又はElectron Affinityを選択する)を利用してもよい。
 第一イオン化エネルギー及び電子親和力は、+1価のカチオン又は-1価のアニオンへのなりやすさを、他の比較対象の元素と元素同士を比較できれば足りるため、測定方法は、上記したものを適宜利用できる。
 キャッピング元素としては、具体的には、Cu、Ag、Li、Na、K、Rb、Cs、Fr、At、I、Br、Cl、及びFが挙げられ、機械加工性をより向上できる点から、Cu、Ag、Li、Na、K、Rb、Cs、Fr、I、Br、Cl、及びFが好ましい。
 ある好適な実施形態においては、キャッピング剤由来の元素が、Cu、Ag、Li、Na、K、Rb、Cs、Fr、At、I、Br、Cl、及びFからなる群より選択される少なくとも1つの元素を含み、前記元素のイオンが、Cu、Ag、Li、Na、K、Rb、Cs、Fr、I、Br、Cl、及びFからなる群より選択される少なくとも1つの+1価のカチオン又は-1価のアニオンである、ジルコニア複合焼結体が挙げられる。
 他の好適な実施形態においては、キャッピング剤由来の元素又はイオンが、Ag、Li、Na、K、Rb、Cs、Fr、At、I、Br、Cl、及びFからなる群より選択される少なくとも1つの元素又はそのイオンを含む、ジルコニア複合焼結体が挙げられる。
 キャッピング元素又はイオンは、1種を単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
 上記したように、キャッピング元素又はイオンと、Nb25及び/又はTa25とが一体となって作用し、前記安定化剤の効果を損なうことがないため、前記安定化剤は、特に限定されず、本発明の効果を奏する。
 Nb25及びTa25は、上記のように、微細構造を粗大化し、硬度を低下させる方向に作用し、キャッピング元素又はイオンと、一体となって作用し優れた快削性を付与できることに加えて、ジルコニア複合焼結体に添加される他の成分(例えば、TiO2、Al23)との相互作用及びHIPの適用によって焼結密度を最大化して、天然歯の審美性を確保することができる。
 前記したジルコニア、安定化剤、Nb25及びTa25の各成分の含有率は、ジルコニア、安定化剤、Nb25及びTa25の合計100mol%における割合であり、ジルコニア、安定化剤、Nb25及びTa25の合計は100mol%を超えない。例えば、原料組成物がNb25を含み、Ta25を含まない場合、ジルコニア、安定化剤、及びNb25の各成分の含有率は、ジルコニア、安定化剤、及びNb25の合計100mol%に対する含有割合を意味する。
 また、安定化剤の含有率をAmol%とし、Nb25及びTa25の合計含有率をBmol%とするとき、前記複数の層の少なくとも1層において、A/Bの比率は、機械加工性の点から、0.9以上3以下であることが好ましく、0.95以上2以下であることがより好ましく、より優れた快削性を付与でき、加工用工具の消耗を抑制でき、1つの加工用工具を用いた連続的な加工によって得られる歯科用補綴物の個数をより増加させることができる点から、1.0以上1.7以下であることがさらに好ましい。
 ある好適な実施形態としては、機械加工性の点から、本発明のジルコニア複合焼結体を構成する複数の層のうち、少なくとも切端部側の層が、前記A/Bの比率を満たすことが好ましい。
 前記したいずれの実施形態においても、A/Bの比率が前記範囲内にある層において、キャッピング剤由来の元素又はイオンをさらに含む場合、キャッピング元素又はイオンと、Nb25及び/又はTa25とが一体となって作用する効果が高まり、より焼結体の状態での機械加工性に優れる。
 本発明のある好適な実施形態としては、すべての層において、ジルコニアと、安定化剤と、Nb25又はTa25の少なくとも一方とを含有する積層構造を備え、
 ジルコニア、前記安定化剤、Nb25、及びTa25の合計mоlに対して、
 前記積層構造が、前記安定化剤、Nb25、又はTa25の少なくとも1成分の含有率が異なる複数の層を備え、
 すべての層が、ジルコニア、前記安定化剤、Nb25、及びTa25の合計100mol%において、
ジルコニアの含有率が、78~97.5mol%であり、
前記安定化剤の含有率が1~12mol%であり、
Nb25及びTa25の合計含有率が1~9mol%であり、
 さらにキャッピング元素又はイオンを含み、
前記安定化剤が、Y23及び/又はCeO2を含み、
前記キャッピング元素又はイオンの含有率が、ジルコニア、前記安定化剤、Nb25、及びTa25の合計100mol%に対して、0mol%超5mol%以下であり、
前記安定化剤の含有率をAmol%とし、Nb25及びTa25の合計含有率をBmol%とするとき、A/Bの比率が0.9以上3以下である、ジルコニア複合焼結体が挙げられる。
 本発明のある実施形態としては、強度により優れる点から、ジルコニアと、前記安定化剤と、Nb25又はTa25の少なくとも一方とを含有し、
 ジルコニア、前記安定化剤、Nb25、及びTa25の合計molに対して、
 前記安定化剤、Nb25、又はTa25の少なくとも1成分の含有率が異なる複数の層を備え、
 ジルコニアと、前記安定化剤と、Nb25及び/又はTa25と、キャッピング元素又はイオンに加えて、さらに前記積層構造の少なくとも1層にジルコニア強化剤を含む、ジルコニア複合焼結体が挙げられる。また、強度に特に優れる点から、前記ジルコニア強化剤が前記積層構造のすべての層に含まれる、ジルコニア複合焼結体も挙げられる。
 ジルコニア強化剤は、ジルコニアと、前記安定化剤と、Nb25及び/又はTa25とが含まれるジルコニア複合焼結体において、キャッピング元素又はイオンと一体的に作用し、焼結体における強度を向上させることができる。
 ジルコニア強化剤を含むジルコニア複合焼結体においても、前記したように、ジルコニアの含有率、安定化剤の種類及び含有率、Nb25及びTa25の合計含有率、キャッピング元素又はイオンの種類及び含有率、A/Bの比率を適宜変更できる。
 ジルコニア複合焼結体を構成する複数の層の少なくとも1層がジルコニア強化剤を含む層である場合、前記層に含まれるジルコニア強化剤の含有率は、ジルコニアと、前記安定化剤と、Nb25及びTa25との合計100質量%に対して、0質量%超6.0質量%以下であることが好ましく、キャッピング元素又はイオンと組み合わせた際に一体となって作用し、強度により優れる点から、0.01質量%以上5.5質量%以下であることがより好ましく、0.5質量%以上5.0質量%以下であることがさらに好ましい。
 ジルコニア強化剤としては、TiO2、Al23などが挙げられる。前記ジルコニア強化剤は、1種を単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
 前記ジルコニア強化剤の含有率は、すべての層で同一であってもよく、異なっていてもよい。
 本明細書において、「ジルコニア強化剤の含有率が異なる」とは、ある特定の1層におけるジルコニア、前記安定化剤、Nb25、及びTa25の合計100質量%に対する外部添加率を算出し、他の特定の1層におけるジルコニア、前記安定化剤、Nb25、及びTa25の合計100質量%に対する外部添加率を算出した場合に、前記した特定の1層と他の特定の1層との層間におけるジルコニア強化剤の含有率が異なることを意味する。
 本明細書において、「ジルコニア強化剤の含有率が異なる」場合、ジルコニア強化剤の層間における含有率の差が、0.05質量%以上であり、0.08質量%以上であることが好ましく、0.09質量%以上であることがより好ましく、0.10質量%以上であることがさらに好ましく、0.11質量%以上であることが特に好ましい。
 また、ジルコニア強化剤の層間における含有率の差は、3.0質量%以下であることが好ましく、2.5質量%以下であることがより好ましく、2.0質量%以下であることがさらに好ましく、1.5質量%以下であることが特に好ましい。
 ある好適な実施形態としては、ジルコニア強化剤がTiO2を含み、TiO2の含有率が、ジルコニアと、前記安定化剤と、Nb25及びTa25との合計100質量%に対して、0.6~4.5質量%である、ジルコニア複合焼結体が挙げられる。
 ある好適な実施形態としては、ジルコニアと、安定化剤と、Nb25又はTa25の少なくとも一方と、キャッピング元素又はイオンとを含有し、
 ジルコニア、前記安定化剤、Nb25、及びTa25の合計mоlに対して、
 前記安定化剤、Nb25、又はTa25の少なくとも1成分の含有率が異なる複数の層を備え、
 ジルコニア、前記安定化剤、Nb25、及びTa25の合計100mol%において、
ジルコニアの含有率が、78~97.5mol%であり、
前記安定化剤の含有率が1~12mol%であり、
Nb25及びTa25の合計含有率が1~9mol%であり、
前記安定化剤が、Y23及び/又はCeO2を含み、
前記ジルコニア強化剤がTiO2を含み、TiO2の含有率が、ジルコニアと、前記安定化剤と、Nb25及びTa25との合計100質量%に対して、
0.6~4.5質量%であり、前記キャッピング元素又はイオンの含有率が、ジルコニア、前記安定化剤、Nb25、及びTa25の合計100mol%に対して、0mol%超5mol%以下であり、
前記安定化剤の含有率をAmol%とし、Nb25及びTa25の合計含有率をBmol%とするとき、A/Bの比率が0.9以上3以下である、ジルコニア複合焼結体が挙げられる。
 本発明のジルコニア複合焼結体の平均結晶粒径は、0.5~5.0μmであることが好ましく、機械加工性、強度及び透光性により優れる点から、0.5~4.5μmであることがより好ましく、1.0~4.0μmであることがさらに好ましい。平均結晶粒径の測定方法は、後記する実施例に記載のとおりである。
 平均結晶粒径は、実施例に記載の方法において、1視野分のSEM写真像に含まれる粒子の数が、50個、100個、200個、500個又は1000個程度となるように、粒子の数を調整して測定することができる。
 ジルコニア複合焼結体の密度は、高密度ほど内部の空隙が少なく、光散乱しにくくなり、透光性が向上する点及び強度が向上する点から、5.5g/cm3以上であることが好ましく、5.7g/cm3以上であることがより好ましく、5.9g/cm3以上であることがさらに好ましい。
 ジルコニア複合焼結体は、実質的には空隙が含有されていないことが特に好ましい。
 複合焼結体の密度は、(複合焼結体の質量)/(複合焼結体の体積)にて算出できる。
 本発明のジルコニア複合焼結体の製造方法としては、例えば、原料組成物を用いて成形体を作製する工程と、前記成形体を焼結する工程とを含み、
 前記成形体が、すべての層において、ジルコニアと、安定化剤と、Nb25又はTa25の少なくとも一方とを含有する積層構造を備え、
 ジルコニア、前記安定化剤、Nb25、及びTa25の合計mоlに対して、
 前記積層構造が、前記安定化剤、Nb25、又はTa25の少なくとも1成分の含有率が異なる複数の層を備える、ジルコニア複合焼結体の製造方法が挙げられる。
 成形体を製造する際に、ジルコニアと、安定化剤と、Nb25又はTa25の少なくとも一方とを含有し、前記安定化剤、Nb25、又はTa25の少なくとも1成分の含有率が異なるように成分の含有率を調整した原料組成物を用いることで、目的の積層構造を有する成形体を得ることができる。
 ジルコニア複合焼結体の原料組成物は、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、Nb25及び/又はTa25と、必要に応じてキャッピング剤とを含む。
 前記原料組成物が、キャッピング剤を含むことにより、Nb25又はTa25の少なくとも一方を添加することによって得られる機械加工性をさらに顕著に高めることができる。
 ジルコニア複合焼結体の原料組成物は、乾燥した状態であってもよく、液体を含む状態又は液体に含まれる状態であってもよい。原料組成物は、例えば、粉末、顆粒又は造粒物、ペースト、スラリー等の形態であってもよい。
 得られるジルコニア複合焼結体がキャッピング元素又はイオンを含む実施形態において、原料組成物はキャッピング剤を含む。前記キャッピング剤としては、水を含む溶媒中で1価のイオン(+1価のカチオン又は-1価のアニオン)となりえる化合物であれば特に限定されず、例えば、キャッピング剤由来の元素又はイオンを含む水酸化物、塩、ハロゲン化物(フッ化物、塩化物、臭化物、ヨウ化物)、シアン化物等が挙げられる。キャッピング剤は、それぞれ1種を単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
 キャッピング元素又はイオンを含む水酸化物としては、例えば、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化ルビジウム、水酸化セシウム、水酸化フランシウム等が挙げられる。
 キャッピング元素又はイオンを含む塩としては、例えば、炭酸塩、炭酸水素塩、硝酸塩、次亜塩素酸塩、亜塩素酸塩、塩素酸塩、過塩素酸塩、臭素酸塩、過マンガン酸塩、メタホウ酸塩、硫化物塩、シアン化塩が挙げられる。
 キャッピング元素又はイオンを含む炭酸塩としては、例えば、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸ルビジウム、炭酸フランシウム、炭酸セシウム等が挙げられる。
 キャッピング元素又はイオンを含む炭酸水素塩としては、例えば、炭酸水素リチウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム、炭酸水素ルビジウム、炭酸水素フランシウム、炭酸水素セシウム等が挙げられる。
 キャッピング元素又はイオンを含む硝酸塩としては、例えば、硝酸カルシウム、硝酸ストロンチウム、硝酸鉄(II)、硝酸鉄(III)、硝酸コバルト(II)、硝酸マグネシウム、硝酸ガリウム、硝酸イットリウム(III)、硝酸ランタン(III)、硝酸プラセオジム、硝酸ネオジム(III)、硝酸マンガン(II)、硝酸ユウロピウム、硝酸銅(II)、硝酸トリウム、硝酸アルミニウム、硝酸ニッケル(II)、硝酸クロム(III)、硝酸チタン(IV)、硝酸ジルコニウム、オキシ硝酸ジルコニウム(IV)水和物(ZrO(NO32・xH2O)、硝酸セリウム(III)、硝酸スズ、硝酸ビスマス(III)、硝酸スカンジウム(III)、硝酸インジウム(III)、硝酸ハフニウム(IV)等が挙げられる。
 キャッピング元素又はイオンを含む次亜塩素酸塩としては、例えば、次亜塩素酸ナトリウム、次亜塩素酸カルシウム等が挙げられる。
 キャッピング元素又はイオンを含む亜塩素酸塩としては、例えば、亜塩素酸ナトリウム、亜塩素酸カリウム、亜塩素酸リチウム、亜塩素酸カルシウム、亜塩素酸マグネシウム、亜塩素酸バリウム、亜塩素酸銅(II)、亜塩素酸銅(III)、亜塩素酸銀、亜塩素酸ニッケル等が挙げられる。
 キャッピング元素又はイオンを含む塩素酸塩としては、例えば、塩素酸カルシウム、塩素酸バリウム、塩素酸コバルト、塩素酸ニッケル、塩素酸マグネシウム、塩素酸亜鉛、塩素酸銅等が挙げられる。
 キャッピング元素又はイオンを含む過塩素酸塩としては、例えば、過塩素酸鉄(III)、過塩素酸バリウム、過塩素酸カルシウム、過塩素酸コバルト、過塩素酸ニッケル、過塩素酸マグネシウム、過塩素酸ベリリウム、過塩素酸アルミニウム、過塩素酸セリウム等が挙げられる。
 キャッピング元素又はイオンを含む臭素酸塩としては、例えば、臭素酸ネオジム、臭素酸ランタン、臭素酸プラセオジム等が挙げられる。
 キャッピング元素又はイオンを含む過マンガン酸塩としては、例えば、過マンガン酸カルシウム(VII)、過マンガン酸カリウム(VII)、過マンガン酸ナトリウム(VII)等が挙げられる。
 キャッピング元素又はイオンを含むメタホウ酸塩としては、例えば、メタホウ酸ナトリウム、メタホウ酸バリウム等が挙げられる。
 キャッピング元素又はイオンを含む硫化物塩としては、例えば、硫化銅(I)等が挙げられる。
 キャッピング元素又はイオンを含むシアン化塩としては、例えば、シアン化バリウム、シアン化ナトリウム、シアン化カリウム、シアン化カルシウム等が挙げられる。
 キャッピング元素又はイオンを含むフッ化物としては、例えば、フッ化リチウム、フッ化ナトリウム、フッ化カリウム、フッ化ルビジウム、フッ化セシウム、フッ化フランシウム、フッ化ベリリウム、フッ化マグネシウム、フッ化カルシウム、フッ化ストロンチウム、フッ化バリウム、フッ化スカンジウム(III)、フッ化イットリウム(III)、フッ化ランタン(III)、フッ化セリウム(III)、フッ化ネオジム(III)、フッ化チタン(III)、フッ化チタン(IV)、フッ化ジルコニウム(IV)、フッ化ハフニウム(IV)、フッ化タンタル(V)、フッ化マンガン(II)、フッ化マンガン(III)、フッ化鉄(II)、フッ化鉄(III)、フッ化銅(II)、フッ化亜鉛(II)、フッ化アルミニウム、フッ化クロム(III)、フッ化ビスマス(III)、フッ化インジウム(III)、フッ化スズ(II)等が挙げられる。
 キャッピング元素又はイオンを含む塩化物としては、例えば、オキシ塩化ジルコニウム、塩化リチウム、塩化ナトリウム、塩化カリウム、塩化ルビジウム、塩化セシウム、塩化フランシウム、塩化ベリリウム、塩化マグネシウム、塩化カルシウム、塩化ストロンチウム、塩化バリウム、塩化スカンジウム(III)、塩化イットリウム(III)、塩化ランタン(III)、塩化セリウム(III)、塩化プラセオジム、塩化ネオジム(III)、塩化サマリウム、塩化ユウロピウム、塩化チタン(III)、塩化チタン(IV)、塩化ジルコニウム(IV)、塩化ハフニウム(IV)、塩化タンタル(V)、塩化マンガン、塩化鉄(II)、塩化鉄(III)、塩化コバルト(II)、塩化ニッケル(II)、塩化銅(I)、塩化銅(II)、塩化亜鉛(II)、塩化アルミニウム、塩化ガリウム、塩化ビスマス(III)、塩化インジウム(I)、塩化インジウム(III)、塩化スズ(II)等が挙げられる。
 キャッピング元素又はイオンを含む臭化物としては、例えば、臭化リチウム、臭化ナトリウム、臭化カリウム、臭化ルビジウム、臭化セシウム、臭化フランシウム、臭化ベリリウム、臭化マグネシウム、臭化カルシウム、臭化ストロンチウム、臭化バリウム、臭化スカンジウム(III)、臭化イットリウム(III)、臭化セリウム(III)、臭化ネオジム(III)、臭化チタン(IV)、臭化ジルコニウム(IV)、臭化タンタル(V)、臭化マンガン(II)、臭化鉄(II)、臭化鉄(III)、臭化コバルト(II)、臭化ニッケル(II)、臭化銅(I)、臭化銅(II)、臭化亜鉛(II)、臭化クロム(III)、臭化ビスマス(III)、臭化バナジウム(III)、臭化インジウム(III)、臭化スズ等が挙げられる。
 キャッピング元素又はイオンを含むヨウ化物としては、例えば、ヨウ化リチウム、ヨウ化ナトリウム、ヨウ化カリウム、ヨウ化ルビジウム、ヨウ化セシウム、ヨウ化フランシウム、ヨウ化ベリリウム、ヨウ化カルシウム、ヨウ化マグネシウム、ヨウ化ストロンチウム、ヨウ化バリウム、ヨウ化スカンジウム(III)、ヨウ化イットリウム(III)、ヨウ化ランタン(III)、ヨウ化セリウム(III)、ヨウ化ネオジム(III)、ヨウ化チタン(IV)、ヨウ化ジルコニウム(IV)、ヨウ化ハフニウム(IV)、ヨウ化タンタル(V)、ヨウ化マンガン(II)、ヨウ化鉄(II)、ヨウ化鉄(III)、ヨウ化コバルト(II)、ヨウ化ニッケル(II)、ヨウ化銅(I)、ヨウ化亜鉛(II)、ヨウ化アルミニウム、ヨウ化クロム(III)、ヨウ化バナジウム(II)、ヨウ化ビスマス(III)、ヨウ化インジウム(III)、ヨウ化スズ(II)、ヨウ化スズ(IV)等のヨウ化物が挙げられる。
 ジルコニアについては、市販のジルコニア粉末を使用することできる。
 市販品としては、例えば、ジルコニア粉末(商品名「Zpex(登録商標)」(Y23の含有率:3mol%)、「Zpex(登録商標)4」(Y23の含有率:4mol%)、「Zpex(登録商標) Smile(登録商標)」(Y23の含有率:5.5mol%)、「TZ-3Y」(Y23の含有率:3mol%)、「TZ-3YS」(Y23の含有率:3mol%)、「TZ-4YS」(Y23の含有率:4mol%)、「TZ-6Y」(Y23の含有率:6mol%)、「TZ-6YS」(Y23の含有率:6mol%)、「TZ-8YS」(Y23の含有率:8mol%)、「TZ-10YS」(Y23の含有率:10mol%)、「TZ-3Y-E」(Y23の含有率:3mol%)、「TZ-3YS-E」(Y23の含有率:3mol%)、「TZ-3YB-E」(Y23の含有率:3mol%)、「TZ-3YSB-E」(Y23の含有率:3mol%)、「TZ-3YB」(Y23の含有率:3mol%)、「TZ-3YSB」(Y23の含有率:3mol%)、「TZ-3Y20AB」(Y23の含有率:3mol%)、「TZ-8YSB」(Y23の含有率:8mol%)、「TZ-0」(Y23の含有率:0mol%);以上、東ソー株式会社製)等が挙げられる。前記市販のジルコニア粉末には、HfO2も含まれている。市販品としては、Y23も含まれているものを使用できる。
 ジルコニア粉末としては、本発明の原料組成物には、前記市販品のTZシリーズ(商品名の一部に「TZ」を含む)のように、Y23を均一に分散固溶させたジルコニア粉末を使用できる。
 ジルコニア粉末の製造方法に特に制限はなく、例えば、粗粒子を粉砕して微粉化するブレークダウンプロセス、原子又はイオンから核形成及び成長過程により合成するビルディングアッププロセスなどの公知の方法を採用できる。
 前記原料組成物におけるジルコニア粉末の種類は特に限定されず、ジルコニア粉末が、ジルコニアを含み、安定化剤を含まない場合又は必要に応じて安定化剤の含有率を増加させる場合、別途安定化剤の粒子を添加できる。安定化剤の粒子は、ジルコニア複合焼結体に含まれる安定化剤の含有率が前記した所定の範囲に調整できればよく、特に限定されない。
 安定化剤の粒子は、例えば、市販品を用いてもよく、市販品の粉末を公知の粉砕混合装置(ボールミル等)で粉砕してから使用してもよい。
 前記安定化剤は、ジルコニアに対して固溶していない安定化剤、ジルコニアに対して固溶している安定化剤のいずれも用いることができる。
 ある好適な実施形態においては、前記原料組成物において、目的とするジルコニア複合焼結体が容易に得られる一因となる点から、安定化剤(好適には、Y23)が、ジルコニアに対して固溶していない安定化剤を含むジルコニア複合焼結体の製造方法が挙げられる。安定化剤がジルコニアに固溶されていないものを含むことは、例えば、X線回折(XRD;X-Ray Diffraction)パターンによって確認できる。
 原料組成物又は成形体の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、原料組成物又は成形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。
 安定化剤の全量がジルコニアに固溶している場合には、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。
 安定化剤が、ジルコニアに対して固溶していない安定化剤を含む場合について、安定化剤がイットリアを例として、以下に説明する。
 本発明の原料組成物又は成形体において、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fyは、以下の数式(1)に基づいて算出することができる。
  fy=I29/(I28+I29+I30)×100 (1)
(式中、fyは未固溶イットリアの割合(%)を表し、XRD測定において、I28は単斜晶系のメインピークが現れる2θ=28°付近のピークの面積強度を表し、I29はイットリアのメインピークが現れる2θ=29°付近のピークの面積強度を表し、I30は正方晶系又は立方晶系のメインピークが現れる2θ=30°付近のピークの面積強度を表す。)
 また、イットリア以外の安定化剤を併せて用いる場合、I29の代わりに他の安定化剤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。
 未固溶イットリアの存在率fyは、目的とするジルコニア複合焼結体が容易に得られやすいなどの観点から、0%より大きいことが好ましく、1%以上であることがより好ましく、2%以上であることがさらに好ましく、3%以上であることが特に好ましい。未固溶イットリアの存在率fyの上限は、例えば25%以下であってもよいが、好適には原料組成物又は成形体におけるイットリアの含有率に依存する。
 例えば、本発明の原料組成物又は成形体におけるイットリアの含有率が3mol%以上8mol%以下である場合、以下のとおりである。
 イットリアの含有率が3mol%以上4.5mol%未満であるとき、fyは15%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、fyは20%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8mol%以下であるとき、fyは25%以下とすることができる。
 例えば、イットリアの含有率が3mol%以上4.5mol%未満であるとき、fyは2%以上であることが好ましく、3%以上であることがより好ましく、4%以上であることがさらに好ましく、5%以上であることが特に好ましい。
 イットリアの含有率が4.5mol%以上5.8mol%未満であるとき、fyは3%以上であることが好ましく、4%以上であることがより好ましく、5%以上であることがさらに好ましく、6%以上であることがよりさらに好ましく、7%以上であることが特に好ましい。
 イットリアの含有率が5.8mol%以上8mol%以下であるとき、fyは4%以上であることが好ましく、5%以上であることがより好ましく、6%以上であることがさらに好ましく、7%以上であることがよりさらに好ましく、8%以上であることが特に好ましい。
 本発明の原料組成物又は成形体においては、前記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。
 本発明の原料組成物に添加するNb25及び/又はTa25は、ジルコニア複合焼結体に含まれるNb25及び/又はTa25の含有率が前記した所定の範囲に調整できればよく、特に限定されない。Nb25及び/又はTa25は、特に限定されず、例えば、市販品を用いてもよく、市販品の粉末を公知の粉砕混合装置(ボールミル等)で粉砕してから使用してもよい。
 原料組成物を作製する工程としては、例えば、前記原料組成物の各原料(ジルコニアと、安定化剤と、Nb25及び/又はTa25と、必要に応じてキャッピング剤(例えば、水を含む溶媒中で1価のイオンとなりえる化合物)と、さらに必要に応じてジルコニア強化剤と)を、水を含む溶媒中で湿式混合して原料組成物を得る方法等が挙げられる。
 前記各原料を、水を含む溶媒中で湿式混合する方法は、特に限定されず、例えば、各原料を公知の粉砕混合装置(ボールミル等)で湿式粉砕混合してスラリーを形成し、その後、スラリーを乾燥させて造粒し、顆粒状の原料組成物を作製してもよい。
 湿式混合工程において、バインダー、可塑剤、分散剤、乳化剤、消泡剤、pH調整剤、潤滑剤などの添加剤をさらに含んでいてもよい。添加剤は、それぞれ1種を単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
 前記バインダーは、ジルコニアと、Y23と、Nb25及び/又はTa25と、必要に応じてキャッピング剤との混合物からなる一次粉末を水に添加してスラリーとした後に、粉砕した該スラリーに後から添加してもよい。
 前記バインダーは、特に限定されず、公知のものを使用することができる。バインダーとしては、例えば、ポリビニルアルコール系バインダー、アクリル系バインダー、ワックス系バインダー(パラフィンワックス等)、メチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ポリビニルブチラール、ポリメタクリル酸メチル、エチルセルロース、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン酢酸ビニル共重合体、ポリスチレン、アタクチックポリプロピレン、メタクリル樹脂等が挙げられる。
 可塑剤としては、例えば、ポリエチレングリコール、グリセリン、プロピレングリコール、ジブチルフタル酸等が挙げられる。
 分散剤としては、例えば、ポリカルボン酸アンモニウム(クエン酸三アンモニウム等)、ポリアクリル酸アンモニウム、アクリル共重合体樹脂、アクリル酸エステル共重合体、ポリアクリル酸、ベントナイト、カルボキシメチルセルロース、アニオン系界面活性剤(例えば、ポリオキシエチレンラウリルエーテルリン酸エステル等のポリオキシエチレンアルキルエーテルリン酸エステル等)、非イオン系界面活性剤、オレイングリセリド、アミン塩型界面活性剤、オリゴ糖アルコール、ステアリン酸などが挙げられる。
 乳化剤としては、例えば、アルキルエーテル、フェニルエーテル、ソルビタン誘導体などが挙げられる。
 消泡剤としては、例えば、アルコール、ポリエーテル、シリコーン、ワックスなどが挙げられる。
 pH調整剤としては、例えば、アンモニア、アンモニウム塩(水酸化テトラメチルアンモニウム等の水酸化アンモニウムを含む)などが挙げられる。
 潤滑剤としては、例えば、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ワックスなどが挙げられる。
 湿式混合に用いる溶媒としては、水を含む限り特に限定されず、有機溶媒を使用し、水と有機溶媒の混合溶媒を使用してもよく、水のみを使用してよい。有機溶媒としては、例えば、アセトン、エチルメチルケトンなどのケトン溶媒;エタノール、1-プロパノール、2-プロパノール、2-メチル-2-プロパノール、グリセリン、ジグリセリン、ポリグリセリン、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、ポリプロピレングリコール、エチレングリコール、ジエチレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリエチレングリコールモノメチルエーテル、1,2-ペンタジオール、1,2-ヘキサンジオール、1,2-オクタンジオールなどのアルコール溶媒などが挙げられる。
 本発明において用いられるジルコニア複合焼結体の原料組成物は、本発明の効果を奏する限り、ジルコニア、Y23、Nb25、Ta25、さらに必要に応じてキャッピング剤、ジルコニア強化剤以外の他の成分を含有してもよい。該他の成分としては、例えば、着色剤(顔料、及び複合顔料)、蛍光剤、SiO2等が挙げられる。他の成分は、それぞれ1種を単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
 前記顔料としては、例えば、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、Cr23等)が挙げられ、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、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。ただし、顔料から、Y23及びCeO2を除いてもよい。
 前記複合顔料としては、例えば、(Zr,V)O2、Fe(Fe,Cr)24、(Ni,Co,Fe)(Fe,Cr)24・ZrSiO4、(Co,Zn)Al24等が挙げられる。
 前記蛍光剤としては、例えば、Y2SiO5:Ce、Y2SiO5:Tb、(Y,Gd,Eu)BO3、Y23:Eu、YAG:Ce、ZnGa24:Zn、BaMgAl1017:Eu等が挙げられる。
 次に、得られた原料組成物を成形して、成形体を作製する。成形方法は、特に限定されず、公知の方法(例えば、プレス成形等)を使用することができる。
 原料組成物をプレス成形する工程を有する方法によりジルコニア成形体を製造する場合において、プレス成形の具体的な方法に特に制限はなく、公知のプレス成形機を用いて行うことができる。プレス成形の具体的な方法としては、例えば、一軸プレスなどが挙げられる。
 プレス成形におけるプレス圧は、目的とする成形体のサイズ、開気孔率、2軸曲げ強さ、原料粉末の粒子径により適宜最適な値が設定され、通常は5MPa以上1000MPa以下である。前記製造方法における成形時のプレス圧を高くすることによって、得られる成形体の気孔がより埋まり、開気孔率を低く設定でき、成形体の密度を上げることができる。また、得られるジルコニア成形体の密度を上げるため、一軸プレスした後に冷間等方圧加圧(CIP)処理をさらに施してもよい。
 次に、得られた成形体を焼結して、ジルコニア複合焼結体を得る。
 ジルコニア複合焼結体を得るために成形体を焼結する焼結温度(最高焼結温度)は、例えば、1300℃以上が好ましく、1350℃以上がより好ましく、1400℃以上がさらに好ましく、1450℃以上がよりさらに好ましく、1500℃以上が特に好ましい。また、該焼結温度は、例えば、1680℃以下が好ましく、1650℃以下がより好ましく、1600℃以下がさらに好ましい。本発明のジルコニア複合焼結体の製造方法としては、成形体を1300~1680℃の最高焼結温度で焼結する工程とを含むことが好ましい。前記最高焼結温度は、大気中での温度であることが好ましい。
 最高焼結温度における保持時間(係留時間)は、温度にもよるが、30時間以下が好ましく、20時間以下がより好ましく、10時間以下がさらに好ましく、5時間以下がよりさらに好ましく、3時間以下が特に好ましく、2時間以下が最も好ましい。さらに、該保持時間は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、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。本発明の製造方法によれば、安定化剤の含有率に応じて、曲げ強さ、透光性、及び焼結体の状態での機械加工性において優れるジルコニア複合焼結体を作製できる。また、本発明の効果を得られる限り、焼結時間を短縮してもよい。焼結時間を短縮することにより、生産効率を高めるとともに、エネルギーコストを低減させることができる。
 本発明のジルコニア複合焼結体の製造方法において、前記成形体を焼結する際、昇温速度は特に限定されず、0.1℃/分以上であることが好ましく、0.2℃/分以上であることがより好ましく、0.5℃/分以上であることがさらに好ましい。また、昇温速度は、50℃/分以下であることが好ましく、30℃/分以下であることがより好ましく、20℃/分以下であることがさらに好ましい。昇温速度が上記下限以上であることにより生産性が向上する。
 前記成形体を焼結する工程には、一般的な歯科ジルコニア用焼成炉を使用することができる。歯科ジルコニア用焼成炉としては、市販品を用いてもよい。市販品としては、ノリタケ カタナ(登録商標) F-1、F-1N、F-2(以上、SK メディカル電子株式会社)等が挙げられる。
 さらに、成形体を焼結する工程は、前記した最高焼結温度における焼結以外に、熱間静水圧プレス(Hot Isostatic Pressing;HIP)処理する工程を含むことが好ましい。HIP処理によって、ジルコニア複合焼結体の透光性及び強度をさらに向上させることができる。
 以下において、前記した最高焼結温度における焼結によって得られる焼結体を「一次焼結体」と称し、HIP処理後の焼結体を「HIP処理焼結体」と称する。
 HIP処理は、公知の熱間静水圧プレス(HIP)装置を用いて行うことができる。
 HIP処理の温度は、特に限定されないが、強度が高い緻密なジルコニア複合焼結体を得ることができることなどから、HIP温度は、1200℃以上であることが好ましく、1300℃以上であることがより好ましく、1400℃以上であることがさらに好ましい。また、HIP温度は、1700℃以下であることが好ましく、1650℃以下であることがより好ましく、1600℃以下であることがさらに好ましい。
 本発明のジルコニア複合焼結体の製造方法において、前記一次焼結体をHIP処理する際、HIP圧力は特に限定されず、強度が高い緻密な焼結体を得ることができることなどから、HIP圧力は、100MPa以上であることが好ましく、125MPa以上であることがより好ましく、130MPa以上であることがさらに好ましい。また、HIP圧力の上限は特に限定されないが、例えば、400MPa以下、300MPa以下、さらには200MPa以下とすることができる。
 本発明のジルコニア複合焼結体の製造方法において、前記一次焼結体をHIP処理する際、昇温速度は特に限定されず、0.1℃/分以上であることが好ましく、0.2℃/分以上であることがより好ましく、0.5℃/分以上であることがさらに好ましい。また、昇温速度は、50℃/分以下であることが好ましく、30℃/分以下であることがより好ましく、20℃/分以下であることがさらに好ましい。昇温速度が上記下限以上であることにより生産性が向上する。
 本発明のジルコニア複合焼結体の製造方法において、前記一次焼結体をHIP処理する際、HIP時間は特に限定されず、強度が高い緻密なジルコニア複合焼結体を得ることができることなどから、HIP処理の時間は、5分以上であることが好ましく、10分以上であることがより好ましく、30分以上であることがさらに好ましい。また、HIP処理の時間は、10時間以下であることが好ましく、6時間以下であることがより好ましく、3時間以下であることがさらに好ましい。
 本発明のジルコニア複合焼結体の製造方法において、前記一次焼結体をHIP処理する際、圧力媒体は特に限定されず、ジルコニアへの影響が低い観点から、圧力媒体は、酸素ガス、酸素混合ガス、空気、及び不活性ガス(例えば窒素ガス、アルゴンガス等)からなる群から選ばれる少なくとも1種を選択できる。
 酸素混合ガス雰囲気下で、前記一次焼結体をHIP処理する場合、酸素濃度は、特に限定されないが、例えば、0%超20%以下とすることができる。
 酸素混合ガスを使用する場合における酸素以外のガスとしては、不活性ガス(例えば窒素ガス、アルゴンガス等)の少なくとも1種を選択できる。
 本発明のジルコニア複合焼結体の製造方法において、前記HIP処理の際に不活性ガスを使用する等、還元雰囲気にて行うと、酸素欠陥により黒変が生じることがある。その場合、黒変を取り除くため、前記HIP処理する工程後に、1650℃以下で大気中又は酸素過剰雰囲気にて熱処理する工程(以下、「焼き戻し処理」とも称する)を含むことが好ましく、効率的に熱処理を行う観点から、酸素過剰雰囲気にて行うことがより好ましい。「酸素過剰雰囲気」とは、酸素濃度が大気中より多いことを意味する。酸素過剰雰囲気としては、酸素濃度21%超100%以下であれば特に限定されず、この範囲から適宜選択できる。例えば、酸素濃度100%としてもよい。
 本発明のジルコニア複合焼結体の製造方法において、前記したHIP処理での各種条件を適切に調整することにより、透光性を調整することもできる。例えば、熱処理の温度を低くすることにより透光性を意図的に低くできる。そのため、歯頚部に相当する層では透光性を低くし、切端部に相当する層では透光性を高くする等、成分での調整等に加えて、HIP処理での各種条件の調整によっても、各層において所望の透光性に調整できる。
 本発明のジルコニア複合焼結体は、本発明の効果を奏する限り、特に限定されず、一次焼結体であってもよく、HIP処理焼結体であってもよく、焼き戻し処理後の焼結体であってもよい。
 ある好適な実施形態としては、焼き戻し処理後の焼結体であるジルコニア複合焼結体が挙げられる。
 ジルコニア複合焼結体の審美性(例えば、歯科用補綴物のシェード)に応じて、大気中又は酸素過剰雰囲気における熱処理の温度は、適宜変更できる。
 ある好適な実施形態においては、大気中又は酸素過剰雰囲気における熱処理の温度は、ジルコニア複合焼結体の審美性の点から、1650℃以下であることが好ましく、1600℃以下であることがより好ましく、1550℃以下であることがさらに好ましい。
 他の好適な実施形態においては、大気中又は酸素過剰雰囲気における熱処理の温度は、ジルコニア複合焼結体の審美性の点から、1400℃以下であることが好ましく、1300℃以下であることがより好ましく、1200℃以下であることがさらに好ましい。
 さらに、いずれの実施形態においても、該熱処理の温度は、500℃以上であることが好ましく、600℃以上であることがより好ましく、700℃以上であることがさらに好ましい。
 前記焼き戻し処理には、一般的な歯科ジルコニア用焼成炉を使用することができる。歯科ジルコニア用焼成炉としては、市販品を用いてもよい。市販品としては、ノリタケ カタナ(登録商標) F-1、F-1N、F-2(以上、SK メディカル電子株式会社)等が挙げられる。
 本発明のジルコニア複合焼結体は、焼結体であるにもかかわらず、機械加工性に優れるため、半焼結状態の複合仮焼体のミルブランクの状態で機械加工したのち、焼結させて焼結体とする必要がない。
 一方、ジルコニア複合焼結体の製造方法としては、前記原料組成物を用いて得られる成形体を仮焼して半焼結状態の複合仮焼体として製造し、未加工の複合仮焼体を機械加工してから、焼結体とする製造方法としてもよい。
 ある他の実施形態としては、前記原料組成物を用いて成形体を作製する工程と、得られた成形体を仮焼して、ジルコニア複合仮焼体を得る工程(仮焼工程)と、ジルコニア複合仮焼体を焼結する工程とを含む、ジルコニア複合焼結体の製造方法が挙げられる。
 仮焼工程における焼成温度(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、仮焼温度は、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。仮焼温度としては、例えば、800℃~1200℃であることが好ましい。このような仮焼温度であれば、仮焼工程において安定化剤の固溶は大きく進行しないと考えられる。
 ジルコニア複合仮焼体の密度は、2.7g/cm3以上が好ましい。また、ジルコニア複合仮焼体の密度は4.0g/cm3以下が好ましく、3.8g/cm3以下がより好ましく、3.6g/cm3以下がさらに好ましい。この密度範囲にある場合、加工を容易に行うことができる。複合仮焼体の密度は、例えば、(複合仮焼体の質量)/(複合仮焼体の体積)として算出することができる。
 また、ジルコニア複合仮焼体の3点曲げ強さは、15~70MPaが好ましく、18~60MPaがより好ましく、20~50MPaがさらに好ましい。
 前記曲げ強さは、厚み5mm×幅10mm×長さ50mmの試験片を用い、試験片のサイズ以外はISO 6872:2015に準拠して測定することができる。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。曲げ試験測定において、スパンは30mm、クロスヘッドスピードは1.0mm/分とする。
 ジルコニア複合仮焼体を焼結する工程は、前記した成形体を焼結する工程と同様の方法及び条件(温度、圧力等)で行うことができる。そのため、ジルコニア複合仮焼体を用いる製造方法の実施形態においては、「成形体」を「複合仮焼体」に読み替えることもできる。
 本発明のジルコニア複合焼結体は強度に優れる。本発明のジルコニア複合焼結体の2軸曲げ強さは、300MPa以上であることが好ましく、350MPa以上であることがより好ましく、400MPa以上であることがさらに好ましく、450MPa以上であることがよりさらに好ましく、500MPa以上であることが特に好ましい。本発明のジルコニア複合焼結体がこのような2軸曲げ強さを有することで、例えば歯科用補綴物として用いた際に口腔内での破折などを抑制することができる。当該2軸曲げ強さの上限に特に制限はないが、当該2軸曲げ強さは、例えば、1200MPa以下、さらには1000MPa以下とすることができる。なお、ジルコニア複合焼結体の2軸曲げ強さは、ISO 6872:2015に準拠して測定できる。
 本発明のジルコニア複合焼結体は高い透光性を有していることが好ましい。透光性は、ΔL*(W-B)で評価できる。
 透光性に関して、具体的には、本発明のジルコニア複合焼結体の積層構造を構成する各層において、直径15mm、厚さ1.2mmの試料におけるΔL*(W-B)が、10以上であることが好ましく、11以上であることがより好ましく、12以上であることがさらに好ましく、13以上であることが特に好ましい。
 当該ΔL*(W-B)が上記のような範囲内であることと、安定化剤、Nb25、又はTa25の少なくとも1成分の含有率が異なる複数の層を備えることで、層間の透光性のグラデーションが得られ、天然歯と比べて十分な透光性のグラデーションが得られることにより、天然歯により近い審美性の高いジルコニア複合焼結体が得られる。
 ΔL*(W-B)は、同一の試料における白背景での明度(第1のL*値)と、黒背景での明度(第2のL*値)との差を意味する。具体的には、白背景でのL*値(JIS Z 8781-4:2013 測色-第4部:CIE 1976 L*a*b*色空間)と、黒背景でのL*値の差を意味する。白背景とは、JIS K 5600-4-1:1999第4部第1節に記載の隠ぺい率試験紙の白部を意味し、黒背景とは、前記隠ぺい率試験紙の黒部を意味する。
 ΔL*(W-B)の上限に特に制限はないが、例えば、25以下、審美性の点から、さらには20以下とすることができる。
 なお、ジルコニア複合焼結体の直径15mm、厚さ1.2mmにおけるΔL*は分光測色計を用いて測定でき、例えば、歯科用測色装置(「クリスタルアイ CE100-CE/JP」、7band LED光源、解析ソフト「クリスタルアイ」(オリンパス株式会社製))を用い、測定できる。
 本発明のジルコニア複合焼結体にて製造される歯科用補綴物としては、例えば、インレー、アンレー、ベニア、クラウン、コア一体型クラウン、ブリッジ等の歯冠修復物の他、支台歯、歯科用ポスト、義歯、義歯床、インプラント部材(フィクスチャー、アバットメント)等が挙げられる。
 また、機械加工は、例えば市販の歯科用CAD/CAMシステムを用いて行うことが好ましい。かかるCAD/CAMシステムの例としては、デンツプライシロナデンタルシステムズ株式会社製のCERECシステム、クラレノリタケデンタル株式会社製の「カタナ(登録商標) システム」が挙げられる。
 また、本発明のジルコニア複合焼結体は、歯科用途以外の用途にも用いることができ、特に異形状ないし複雑形状と強度を必要とするジルコニア部材に好適に用いられる。
 既存の製造方法(射出成形、CIP、鋳込み成形、又は3Dプリンティング等)のみで製造した焼結体に比べて、本発明のジルコニア複合焼結体は、焼結体をそのまま加工可能である。そのため、例えば、短時間で所望のジルコニア部材が得られる場合は経済的であり、従来の製造方法で製造し難い複雑形状部品の場合は複数の部材を機械的嵌合で得ていく必要が無くなるため高い強度を維持したジルコニア部材を得ることが可能である。さらに、焼結体をそのまま加工可能であることから、寸法精度が必要な場合は焼結工程が不要となり、不均一な焼成収縮が無くなるためジルコニア部材が高い精度で得られる。具体的には、宝飾用途、航空機、自動車等のモビリティのエンジン部材及び内装部材、表示パネルの枠材、建築用部材、電化製品部材、家庭用品部材、玩具類の部品を製造する方法としても用いることができる。
 また、本ジルコニア部材と異種材料とを嵌合して複合部材として用いてもよい。
 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、上記した構成及び実施形態の全部又は一部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。
 なお、下記実施例及び比較例において、平均粒子径とは平均一次粒子径であり、レーザー回折散乱法により求めることができる。具体的にはレーザー回折/散乱式粒子径分布測定装置(Partica LA-950:株式会社堀場製作所製)を用い、水で希釈したスラリーを30分間超音波照射して、その後、超音波を当てながら体積基準で測定することができる。
[実施例1~11及び比較例1~2]
 各実施例及び比較例の測定サンプルは、顆粒状の原料組成物の作製、成形体の作製、ジルコニア複合焼結体の作製(一次焼結体の作製、HIP処理、及び焼き戻し処理)の工程を経て作製した。
[顆粒状の原料組成物の作製]
 各実施例及び比較例の顆粒状の原料組成物を作製するため、市販のZrO2粉末、Y23粉末、Nb25粉末、Ta25粉末、キャッピング剤、及びTiO2粉末を、焼結後のジルコニア複合焼結体における各成分の含有率が表1及び表2に記載の組成になるように混合し、水を添加してスラリーを作製し、平均粒子径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ーを添加した後、スプレードライヤで乾燥させて、顆粒状の原料組成物(以下、単に「原料組成物」とも称する)を作製し、後述の成形体の製造に用いた。
 前記平均粒子径は、レーザー回折/散乱式粒子径分布測定装置(Partica LA-950:株式会社堀場製作所製)を用い、水で希釈したスラリーを30分間超音波照射して、その後、超音波を当てながら体積基準で測定した値である。
 [成形体の作製]
 各実施例及び比較例について、透光性及び強度評価用と加工性評価用のジルコニア複合焼結体サンプルが得られるように、ペレット形状の成形体と、ブロック形状の成形体とを以下の通り作製した。
 ペレット形状の成形体では、直径19mmの円柱状金型を使用し、焼結後のジルコニア複合焼結体の厚さが1.2mmとなるように前記原料組成物を金型に入れた。
 次に、原料組成物を一軸プレス成形機によって、面圧200MPaでプレス成形して、ペレット形状の成形体を作製した。
 また、ブロック形状の成形体では、内寸19mm×18mmの金型に、焼結後のジルコニア複合焼結体の高さが14.5mmとなるように前記原料組成物を表1及び表2に記載された順に充填した。なお、この際、各層の充填量は均等となるようにした。次に、原料組成物を一軸プレス成形機によって、面圧200MPaで90秒間、プレス成形し、積層構造の成形体を作製した。
 [一次焼結体の作製]
 得られたペレット形状及びブロック形状の成形体について、SKメディカル電子株式会社製の焼成炉「ノリタケ カタナ(登録商標)F-1」を用いて、大気中で表1及び表2に記載の最高焼結温度にて2時間係留することにより、ペレット形状及びブロック形状のジルコニア複合焼結体(一次焼結体)の試料を得た。
[HIP処理焼結体の作製]
 得られたペレット形状及びブロック形状のジルコニア複合焼結体(一次焼結体)について、株式会社神戸製鋼所製HIP装置「O2-Dr.HIP」を用いて、アルゴン雰囲気にて150MPaで表1及び表2に記載のHIP温度にて2時間係留することにより、ペレット形状及びブロック形状のジルコニア複合焼結体(HIP処理焼結体)の試料を得た。
[ジルコニア複合焼結体(焼き戻し処理後の焼結体)の作製]
 得られたペレット形状及びブロック形状のジルコニア複合焼結体(HIP処理焼結体)について、SKメディカル電子株式会社製の焼成炉「ノリタケ カタナ(登録商標)F-1」を用いて、700℃にて60時間係留することにより、ペレット形状及びブロック形状のジルコニア複合焼結体(焼き戻し処理後の焼結体)の試料を得た。得られた試料のサイズについて、ペレット形状は直径15mm×厚さ1.2mmであり、ブロック形状は幅15.7mm×長さ16.5mm×高さ14.5mmであった。
 なお、表1及び表2におけるジルコニア複合焼結体の各成分の含有率は、原料の仕込み量から算出した値である。
 表1及び表2におけるキャッピング元素又はイオン(例:Na)の含有率(mol%)は、ジルコニア、前記安定化剤(イットリア)、Nb25、及びTa25の合計100mol%に対する外部添加率である。
 表1及び表2におけるジルコニア、前記安定化剤、Nb25、及びTa25のそれぞれの含有率(mol%)は、ジルコニア、前記安定化剤、Nb25、及びTa25の合計100mol%における各成分の含有率である。
 表1及び表2におけるTiO2の含有率(質量%)は、ジルコニア、前記安定化剤、Nb25、及びTa25の合計100質量%に対する外部添加率である。
 表1及び表2におけるA/Bは、Y23の含有率をAmol%とし、Nb25及びTa25の合計含有率をBmol%としたときのBに対するAの比率を表す。
[ジルコニア複合焼結体の透光性評価]
 各実施例及び比較例のペレット形状のジルコニア複合焼結体(焼き戻し処理後の焼結体)の試料(直径約15mm×厚さ1.2mm)をそのまま用いて、透光性を以下の方法により評価した(n=3)。
 測定装置として、オリンパス株式会社製歯科用測色装置「クリスタルアイ」(7band LED光源)を用い、まず、試料の背景(下敷き)を白色にして(試料に対して測定装置と反対側を白色にして)L*a*b*表色系(JIS Z 8781-4:2013 測色-第4部:CIE 1976 L*a*b*色空間)のL*値を測定し、第1のL*値とした。
 次に、第1のL*値を測定した同一の試料について、試料の背景(下敷き)を黒色にして(試料に対して測定装置と反対側を黒色にして)L*a*b*表色系のL*値を測定し、第2のL*値とした。
 本発明においては、第1のL*値と第2のL*値との差(第1のL*値から第2のL*値を控除した値)を透光性とし、ΔL*(W-B)と表記した。
 ΔL*(W-B)が高ければ透光性が高く、ΔL*が低ければ透光性が低いことを示す。
 色度測定の際に背景(下敷き)とする黒色及び白色は、JIS K 5600-4-1:1999に記載される塗料に関する測定に使用する隠ぺい率試験紙を使用した。各試料のΔL*(W-B)の算術平均値を結果として表1及び表2に示す。
[ジルコニア複合焼結体の審美性評価]
 後記する[ジルコニア複合焼結体の加工性評価]で使用した前歯の歯冠形状の試料を至近距離(試料から10cm程度)で目視により観察した(n=3)。
 3つの試料すべてにおいて、色調(透明感)が天然歯と同様の外観を呈した場合を「〇」(合格)と評価した。
 3つの試料すべてにおいて、色調(透明感)が天然歯と同様の外観を呈していない場合を「×」(不合格)と評価した。
 なお、比較例1では表2に記載の加工性評価の結果の通り、焼結体にて機械加工することができなかった。そのため、比較例1ではブロック形状の成形体を1000℃にて2時間係留した仮焼体を用いて前歯の歯冠形状に加工し、その後1550℃にて2時間係留することにより、審美性評価で使用する歯冠形状の試料を得た。
[ジルコニア複合焼結体の強度評価]
 各実施例及び比較例のペレット形状のジルコニア複合焼結体(焼き戻し処理後の焼結体)の試料をそのまま用いて、2軸曲げ強さを、万能試験機「AGS-X」(株式会社島津製作所製)を用いて、クロスヘッドスピードを1.0mm/minに設定して、ISO6872:2015に従って測定した(n=5)。算術平均値を測定結果として表1及び表2に示す。強度としては、300MPa以上を合格とした。
[焼結体中の平均結晶粒径の測定方法]
 各実施例及び比較例のペレット形状のジルコニア複合焼結体(焼き戻し処理後の焼結体)において、走査電子顕微鏡(商品名「VE-9800」、株式会社キーエンス製)にて表面の撮像を得た。得られた像に各結晶粒子の粒界を記載した後、画像解析にて平均結晶粒径を算出した。結果を下記表1及び表2に示す。
 平均結晶粒径の計測には画像解析ソフトウェア(商品名「Image-Pro Plus」、伯東株式会社製)を用い、取り込んだSEM像を二値化して、粒界が鮮明となるように輝度範囲を調節し、視野(領域)から粒子を認識させた。Image-Pro Plusで得られる結晶粒径とは、結晶粒子の外形線から求まる重心を通る外形線同士を結んだ線分の長さを、重心を中心として2度刻みに測定して平均化したものであり、各実施例及び比較例のSEM写真像(3視野)において、画像端にかかっていない粒子全ての結晶粒径の算術平均値を、焼結体中の平均結晶粒径(個数基準)とした。
 「画像端にかかっていない粒子」とは、SEM写真像の画面内に、外形線が入りきらない粒子(上下左右の境界線上で外形線が途切れる粒子)を除いた粒子を意味する。画像端にかかっていない粒子全ての結晶粒径は、Image-Pro Plusにおいて、すべての境界線上の粒子を除外するオプションで選択した。
[ジルコニア複合焼結体の加工性評価]
 各実施例及び比較例のブロック形状のジルコニア複合焼結体(焼き戻し処理後の焼結体)の試料について、幅15.7mm×高さ14.5mmの面に金属製の治具を接着した試料を30個用意し、CERECシステム「MC-XL」(Dentsply Sirona社製)を用いて一般的な前歯の歯冠形状に加工した。加工プログラムはソフトウェア「inLab(登録商標)CAM version 20.0.1.203841」を用い、Manufacture:IVOCLAR VIVADENT、Material name:IPS e.max CAD、Production Method:Grinding、Block size:C16を選択し、加工用工具はStep Bur 12、Cylinder Pointed Bur 12Sを用いた。
[加工時間]
 表1及び表2に示した加工時間は、新品の加工用工具を用い、上記の[ジルコニア複合焼結体の加工性評価]に記載の条件で試料の加工を開始し、1つ目の試料1個を加工完了するまでに要した時間である。
 また、加工時の負荷等によってエラーが起き、CERECシステム「MC-XL」が加工途中で停止した場合は、新品の加工用工具に付け換え、加工を再開した。試料1個を加工完了するまで、この操作を繰り返し、要した時間を加工時間とした。
 なお、表1及び表2中、全く加工できないものを「×」(不可能)で示した。
[加工個数]
 表1及び表2に示した加工個数とは、新品の1組の加工用工具を用い、上記の[ジルコニア複合焼結体の加工性評価]に記載の条件で試料の加工を開始し、加工用工具を一度も交換せずに前歯の歯冠形状に加工できた試料数である。試験に使用する試料は最大30個とし、30個まで1つの加工用工具で加工が完了できた場合は、追加の加工試験は行わず、一律に「30個以上」とした。
 また、1個目の試料の加工を完了する前に、加工時の負荷等によってエラーが起き、MC-XLが加工途中で停止した場合は新品の加工用工具に付け換え、加工を再開する。試料1個を加工完了するまで、この操作を繰り返し、使用した加工用工具の数の逆数を加工個数とした。例えば、「0.2個」という表記は、5個の加工用工具を使用して、1個の前歯の歯冠形状に加工された試料が得られたことを意味する。結果を下記表1及び表2に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
 上記結果から、本発明のジルコニア複合焼結体は、歯科用として好適な強度を有し、焼結体の状態での機械加工性に優れ、かつ透光性のグラデーションが十分に得られ、審美性に優れることが確認できた。
 また、実施例1~11では、加工用工具の消耗を抑制でき、1つの加工用工具で連続して加工できる歯科用補綴物の個数が顕著に多かった。
 一方、Nb25及びTa25を含まない比較例1では、焼結体の状態で全く機械加工できなかった。
 安定化剤、Nb25、又はTa25の少なくとも1成分の含有率が異なる複数の層を備える積層構造を有してない比較例2では、全体として高い透光性を有するため、歯頚部に相当する部分も透明性が高すぎてしまい、審美性に劣っていた。
 本発明のジルコニア複合焼結体は、歯科用として好適な強度を有し、焼結体の状態での機械加工性に優れ、かつ審美性に優れる。そのため、本発明のジルコニア複合焼結体は、特に、歯科治療用途を目的とした歯科用補綴物等の歯科材料として有用である。

Claims (18)

  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、Nb25又はTa25の少なくとも一方とを含有し、
     ジルコニア、前記安定化剤、Nb25、及びTa25の合計mоlに対して、
     前記安定化剤、Nb25、又はTa25の少なくとも1成分の含有率が異なる複数の層を備える、ジルコニア複合焼結体。
  2.  前記複数の層が、Nb25、又はTa25の含有率が異なる複数の層である、請求項1に記載のジルコニア複合焼結体。
  3.  前記ジルコニア複合焼結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、前記一端から他端に向かってジルコニア、前記安定化剤、Nb25、及びTa25の合計mоlに対して、Nb25又はTa25の含有率の増減傾向が変化しない、請求項2に記載のジルコニア複合焼結体。
  4.  前記安定化剤がイットリアである、請求項3に記載のジルコニア複合焼結体。
  5.  ジルコニア、イットリア、Nb25、及びTa25の合計mоlに対して、
     前記一端を含む層のNb25又はTa25の含有率が、2mоl%以上12mоl%以下であり、
     前記他端を含む層のNb25又はTa25の含有率が、1mоl%以上10mоl%以下である、請求項4に記載のジルコニア複合焼結体。
  6.  前記複数の層が、前記安定化剤の含有率が異なる複数の層である、請求項1に記載のジルコニア複合焼結体。
  7.  前記ジルコニア複合焼結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、前記ジルコニア複合焼結体の一端から他端に向かってジルコニア、前記安定化剤、Nb25、及びTa25の合計mоlに対して、前記安定化剤の含有率の増減傾向が変化しない、請求項6に記載のジルコニア複合焼結体。
  8.  前記安定化剤がイットリアである、請求項7に記載のジルコニア複合焼結体。
  9.  ジルコニア、イットリア、Nb25、及びTa25の合計mоlに対して、
     前記一端を含む層のイットリアの含有率が、1mоl%以上8mоl%以下であり、
     前記他端を含む層のイットリアの含有率が、2mоl%以上9mоl%以下である、請求項8に記載のジルコニア複合焼結体。
  10.  前記複数の層の少なくとも1層が、キャッピング剤由来の元素又はイオンをさらに含む、請求項1又は2に記載のジルコニア複合焼結体。
  11.  前記キャッピング剤由来の元素又はイオンの含有率が、ジルコニア、前記安定化剤、Nb25、及びTa25の合計100mol%に対して、0mol%超5mol%以下である、請求項10に記載のジルコニア複合焼結体。
  12.  前記キャッピング剤由来の元素又はイオンが、周期表の第2~第7周期に属し、第一イオン化エネルギーが、同一周期の第18族元素より小さい元素又はそのイオン、及び/又は電子親和力が高い元素又はそのイオンである、請求項10に記載のジルコニア複合焼結体。
  13.  前記キャッピング剤由来の元素又はイオンが、Cu、Ag、Li、Na、K、Rb、Cs、Fr、At、I、Br、Cl、及びFからなる群より選択される少なくとも1つの元素又はそのイオンを含む、請求項10に記載のジルコニア複合焼結体。
  14.  前記キャッピング剤由来の元素又はイオンが、Li、Na、K、Rb、Cs、及びFrからなる群より選択される少なくとも1つの元素又はそのイオンを含む、請求項10に記載のジルコニア複合焼結体。
  15.  前記安定化剤の含有率をAmol%とし、Nb25及びTa25の合計含有率をBmol%とするとき、
     前記複数の層の少なくとも1層が、A/Bの比率が0.9以上3以下を満たす、請求項1又は2に記載のジルコニア複合焼結体。
  16.  前記複数の層の少なくとも1層が、ジルコニア強化剤をさらに含み、前記ジルコニア強化剤の含有率が、ジルコニアと、前記安定化剤と、Nb25及びTa25との合計100質量%に対して、0質量%超6.0質量%以下である、請求項1又は2に記載のジルコニア複合焼結体。
  17.  前記ジルコニア強化剤が、TiO2及び/又はAl23を含む、請求項16に記載のジルコニア複合焼結体。
  18.  前記ジルコニア複合焼結体の平均結晶粒径が、0.5~5.0μmである、請求項1又は2に記載のジルコニア複合焼結体。
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