歯科修復物用半透明・高強度サブミクロンアルミナセラミックスの開発

Novel Translucent and Strong Submicron Alumina Ceramics for Dental Restorations.

• M Zhao
• Y Sun
• J Zhang
• Y Zhang

抄録

理想的なセラミック修復材料は、優れた審美性と機械的特性を有していなければならない。我々は、多結晶セラミックスの高い透光性と強度は、微細構造の調整によって達成できるという仮説を立てている。この研究の目的は、サブミクロンの粒径を持つ新しいクラスのアルミナセラミックスの優れた光学的および機械的特性を、現在の最先端の歯科用セラミック材料と比較して実証することにあります。これらのサブミクロンサイズのアルミナセラミックスの透光性、特にインライン透過率（T）は、レイリー-ギャンス-デバイ光散乱モデルを用いて検討されました。理論的な予測は、測定されたT値と非常によく関連していた。新たに開発したアルミナの透光度パラメータ(TP)とコントラスト比(CR)を白黒背景の反射型分光光度計を用いて測定した。比較のために，自社で測定したものを中心に文献から引用した様々な歯科用セラミックスのT, TP, CR値を含めた．アルミナの曲げ強度は4点曲げ試験で測定した。その結果、多結晶アルミナセラミックスでは、平均粒径が1μm以下で空隙率が0.7%以下であれば、市販の高透光性磁器と同等の透光性値（T, TP, CR）が得られることがわかりました。これらの値は、最も透光性の高い立方晶を含むジルコニアを含む、高透光性の二珪酸リチウムガラスセラミックやジルコニアよりもはるかに優れています。これらのサブミクロン粒サイズのアルミナの強度は、立方晶含有ジルコニア（例えば、Zpex Smile）およびリチアベースのガラスセラミックス（例えば、IPS e.max CAD HT）の強度よりも有意に高かった。粗粒アルミナもまた、歯科用ポーセレンに匹敵する透光性レベルに達する可能性があった。しかし、この材料の強度が比較的低いため、臨床的な適応は、矯正用ブラケットなどの構造的に要求の少ない用途に限定されています。高強度と透光性を兼ね備えた新開発のサブミクロン粒サイズのアルミナは、歯科修復物に適した材料であると考えられます。

An ideal ceramic restorative material should possess excellent aesthetic and mechanical properties. We hypothesize that the high translucency and strength of polycrystalline ceramics can be achieved through microstructural tailoring. The aim of this study is to demonstrate the superior optical and mechanical properties of a new class of submicron grain-sized alumina ceramics relative to the current state-of-the-art dental ceramic materials. The translucency, the in-line transmission ( T) in particular, of these submicron alumina ceramics has been examined with the Rayleigh-Gans-Debye light-scattering model. The theoretical predictions related very well with the measured T values. The translucency parameter ( TP) and contrast ratio ( CR) of the newly developed aluminas were measured with a reflectance spectrophotometer on a black-and-white background. For comparison, the T, TP, and CR values for a variety of dental ceramics, mostly measured in-house but also cited from the literature, were included. The flexural strength of the aluminas was determined with the 4-point bending test. Our findings have shown that for polycrystalline alumina ceramics, an average grain size <1 µm coupled with a porosity level <0.7% could yield translucency values ( T, TP, CR) similar to those of the commercial high-translucency porcelains. These values are far superior to the high-translucency lithium disilicate glass-ceramic and zirconias, including the most translucent cubic-containing zirconias. The strength of these submicron grain-sized aluminas was significantly higher than that of the cubic-containing zirconia (e.g., Zpex Smile) and lithia-based glass-ceramics (e.g., IPS e.max CAD HT). A coarse-grained alumina could also reach a translucency level comparable to that of dental porcelain. However, the relatively low strength of this material has limited its clinical indications to structurally less demanding applications, such as orthodontic brackets. With a combined high strength and translucency, the newly developed submicron grain-sized alumina may be considered a suitable material for dental restorations.