放電プラズマ焼結法による傾斜機能生体材料の創製と歯冠修復への応用

2011 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 21659439
• Research Institution: Kagoshima University
• Principal Investigator: 塚田 岳司 鹿児島大学, 医学部・歯学部附属病院, 講師 (70236850)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 蟹江 隆人 鹿児島大学, 大学院・医歯学総合研究科, 助教 (70152791) ; 鳥居 光男 鹿児島大学, 大学院・医歯学総合研究科, 教授 (30116066)
• Keywords: 傾斜機能材料 / 放電プラズマ焼結 / 生体材料 / 歯冠修復

Research Abstract

これまでの研究において、ジルコニアと歯科用陶材から成る傾斜機能材料の機械的性質の向上には、その傾斜部分である中間層、特に陶材の配合率が高くなった層の強度の向上が重要であることが明らかとなった。したがって、本年度は、歯科用陶材とジルコニアの複合化とその強度向上についての研究を行った。ジルコニアは焼結温度が比較的高温であるために、一般的に、ジルコニア焼き付け用に使用されている陶材紛体とジルコニア粉末とを混合して加圧下で焼結を行うと、陶材の溶け出しがみられ複合化が困難であった。そのため融点が約1300℃である陶歯用の高溶陶材紛体を使用した。ジルコニア紛体については、粒径の小さい方が、より低温の短時間の焼結で、強度の高い焼結体が得られる傾向があり、粒径の直径が40mmで、3モル%イットリウム添加のジルコニア紛体を用いると、1350℃で4分間という比較的低温の短時間の焼結で、曲げ強度が1000MPa以上のかなりの強度を持つ焼結体が得られた。次に、陶材紛体をジルコニア粉体に添加して混合し、その添加量を体積比で10、20、30、40%と増加させて同条件で焼結を行ったところ、添加量の増加に従って曲げ強度は次第に減少していったが、特に、体積比で40%以上になると、急激な曲げ強度の低下がみられた。SEM観察の結果では、陶材の体積比が20～30%の範囲内では陶材の均等な分散が見られ、曲げ強度も400-500MPaと高かったが、それ以上陶材を添加していくと、陶材の溶融による陶材同士の融合も見られ、これが欠陥として作用すると考えられた。そのために、陶材の紛体をボールミルでさらに細かく粉砕し、焼結の温度条件を調整することで、ある程度の強度の向上が認められた。また、真空中での焼結の代わりにアルゴンガス雰囲気中で焼結を行うことも、強度の向上に効果的であった。