歯科用ジルコニアセラミックの特性の紹介

歯科修復技術の継続的な発展に伴い、歯科修復材料の種類も徐々に増加してきました。セラミックは、その優れた機械的特性、生体適合性、構造安定性により、歯科修復材料のさまざまな分野で広く使用されています。 歯科用オールセラミック材料は、セラミックの種類に応じて、ホットダイカスト磁器、ガラスセラミック、ジルコニアセラミックなどがあります。 ホットダイカスト磁器およびガラスセラミックは強度が比較的低いです。対照的に、ジルコニアセラミックは、単斜晶相および正方晶相の強化により機械的特性が高く、歯科材料としての使用により適しています。さらに、ジルコニアには、構造安定性、口腔環境中での非反応性、良好な生体適合性、比較的高い光透過性など、いくつかの利点があります。したがって、オールセラミックのクラウンとブリッジの 95% 以上がジルコニア セラミックで作られています。

i. ジルコニアセラミックスの基本特性

高純度ジルコニア粉末は白色ですが、ジルコニアセラミックスは白亜質です。相対分子量 123.223g/mol、密度 5.85g/cm3、融点 2715℃。ジルコニアには、単斜晶相、正方晶相、立方晶相の 3 つの結晶構造があります。これら 3 つの結晶構造は、異なる融点で異なる形態を持ち、特定の温度条件下で変形します。単斜晶相と正方晶相が相互に変態する温度は約 1150℃、正方晶相と立方晶相が相互に変態する温度は約 2370℃です。正方晶相ジルコニアから単斜晶相ジルコニアへの変態中にマルテンサイト相変態が起こり、体積膨張を伴います。

ii.ジルコニアセラミックスの強化

金属と比較して、セラミック材料の破壊靱性は通常 1 ～ 2 桁低いです。ジルコニアセラミックは、破壊靱性を向上させるためにさまざまな方法で強化できます。主な強化メカニズムは次のとおりです:応力誘起相転移強化、微小亀裂強化、微小亀裂曲げ、分岐および架橋強化、ウィスカー強化、拡散強化、微細結晶強化、繊維強化、など、実際には、ジルコニアセラミックス材料の靭性は、多くの場合、さまざまな靭性向上メカニズムの作用の一般的な結果です。現在、ジルコニアセラミックの破壊靱性の実験室測定で最も広く使用されている方法は、片側切開ビーム法とインデンテーション法です。

ジルコニアセラミックの靱性研究は 1950 年代にはじまっており、1975 年に相転移現象が発見されて以降、一部の研究者は、ジルコニアセラミックの応力誘起相転移靱性向上は、亀裂の外部応力効果によるものであると考えています。応力は t →m マルテンサイト相転移によって引き起こされる可能性があり、相転移粒子によって生成される体積膨張によって亀裂の拡大が抑制され、それによって材料の靱性が向上します。しかし、相転移の初期段階では、亀裂先端の120°以内に存在する膨張変形によってジルコニアの靱性が低​​下し、その後は体積膨張により亀裂の拡大が抑制されるため、靱性は低下します。亀裂が 5 ～ 10 時間まで拡大すると、破壊靱性は急速に向上します。

iii.ジルコニアセラミックスの低温酸化

低温多湿環境下では、ジルコニアは tm 相転移老化を起こします。これは本質的にマルテンサイト相転移、つまり非熱力学的、非拡散的な結晶構造の変化です。低温老化はまず材料の表面で相転移時に起こり、相転移は体積膨張を伴うため、材料の表面に凹凸や微小亀裂が生じ、美的特性が低下します。その後、ジルコニア内部の材料が相転移することにより、マイクロクラックに沿って水分子が基板内部に侵入し、マクロクラックが発生し、最終的には機械的特性が低下し、さらには突発的な故障を引き起こす可能性があります。失敗。多数の実験研究の結果、低温時効プロセスの特徴には主に次の 4 つの点が含まれることがわかりました。

4) 安定剤の含有量と粒子サイズは、低温老化に対するジルコニアの耐性に直接影響します。

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