ジルコニアの特徴

最も人気のある歯科用セラミックシステムは、シリカ、白榴石、二ケイ酸リチウム、アルミナ、およびジルコニアベースの材料です。 現在、ジルコニアベースのセラミックが最も研究されており、さまざまな理由で困難な研究が行われています。

ジルコニア（二酸化ジルコニウム、ZrO2）は「セラミック鋼」とも呼ばれ、優れた耐摩耗性と生体適合性に加えて、優れた靭性、強度、耐疲労性など、歯科用途に最適な特性を備えています。

ジルコニウム（Zr）は、チタン（Ti）と同様の化学的および物理的特性を持つ非常に強力な金属です。 ちなみに、ZrとTiはインプラント歯科で一般的に使用されている2つの金属です。これは主に、オッセオインテグレーションに不可欠な骨形成細胞（骨芽細胞）を阻害しないためです。

歯科用ジルコニアは、ほとんどの場合、修飾イットリウム（Y2O3）正方晶ジルコニア多結晶（Y-TZP）。 イットリアは、高温での焼成中の結晶構造の変化を安定させ、ジルコニアの物理的特性を改善するために追加されます。 加熱すると、ジルコニアの単斜晶相は1187°Cで正方晶相に変化し始め、1197°Cでピークに達し、1206°Cで終了します。 冷却すると、正方晶から単斜晶への変態は1052°Cで始まり、1048°Cでピークに達し、1020°Cで終わり、ヒステリシス挙動を示します。 ジルコニアの正方晶から単斜晶への相転移は、マルテンサイト変態であることが知られています。 このジルコニア相変態の間、単斜晶系構成のユニットセルは、比較的大きな体積変化である正方晶系構成よりも約4％多くの体積を占めます。 安定化酸化物を使用しなかった場合、これによりセラミッククラックが形成される可能性があります。 セリア（CeO2）、イットリア（Y2O3）、アルミナ（Al2O3）、マグネシア（MgO）およびカルシア（CaO）が安定化酸化物として使用されてきました。 したがって、通常の冷却条件下では単斜晶相が形成されないため、立方晶相と正方晶相が保持され、相変態による亀裂の形成が回避されます。 正方晶構造と立方晶構造の安定化には、異なる量のドーパント（安定剤）が必要であることを考慮することも重要です。 正方晶相は、立方晶相よりも低いドーパント濃度で安定化されます。 ただし、室温で正方晶相を安定化する別の方法は、結晶サイズを小さくすることです（臨界平均粒径は& lt;0.3μmです）。 この効果は、表面エネルギーの違いに起因しています。 その結果、生物医学的目的で使用されるジルコニアベースのセラミックは、通常、室温で準安定正方晶部分安定化ジルコニア（PSZ）として存在します。 準安定とは、閉じ込められたエネルギーが材料内にまだ存在して、単斜晶相に戻ることを意味します。 伝播する亀裂の前の高度に局所化された応力は、亀裂先端の近くでジルコニア粒子を変形させるのに十分であることが判明しました。 この場合、4％の体積増加が有益になり、本質的に亀裂を絞って閉じ、靭性を高めます。これは、変態強化として知られています。