歯科修復用ジルコニア強化フルオロマイカガラスの微細構造-物性に対するスパークプラズマ焼結の検討

Investigation of Spark Plasma Sintering on Microstructure-Properties of Zirconia Reinforced Fluormica Glass for Dental Restorations.

抄録

背景:

歯科用セラミックスの従来の焼結法には、結晶化のための追加熱処理が必要で、高温で冷却速度が遅いという制約がある。スパークプラズマ焼結(SPS)は、最適化された処理パラメータにより、緻密な微細構造を有し、臨床的に適切な特性を有する歯科修復物を処理できる可能性を有する新たな技術である。本研究では、ジルコニア強化フルオロマイカガラス（FM）のSPSによる歯科修復材料の可能性について検討した。

BACKGROUND: Conventional sintering methods of dental ceramics have limitations of high temperature and slow cooling rates with requirements of additional heat treatment for crystallization. Spark plasma sintering (SPS) is an emerging technique that has the potential to process dental restorations with dense microstructures and tailor-made clinically relevant properties with optimized processing parameters. This study explored the potential of the SPS of zirconia-reinforced fluormica glass (FM) for dental restorative materials.

方法:

FMガラスフリットはメルトクエンチ法により得られた（44.5 SiO-16.7 AlO-9.5 KO-14.5 MgO-8.5 BO-6.3 F (wt.%)）。ガラスフリットには、破壊靭性向上のため、20wt%の3mol%イットリア安定化ジルコニア（FMZ）をボールミリングした。混合物は、圧力50MPa、加熱速度100℃/分で5分間、650-750℃-850℃-950℃まで昇温しながらSPS焼結した。XRDによる相分析とSEMによる微細構造解析を行った。微小硬度、ナノインデンテーション、気孔率、密度、インデンテーション破壊靭性、および遺伝毒性が評価された。

METHODS: FM glass frit was obtained through the melt-quench technique (44.5 SiO-16.7 AlO-9.5 KO-14.5 MgO-8.5 BO-6.3 F (wt.%)). The glass frit was ball-milled with 20 wt.% of 3 mol% yttria-stabilized zirconia (FMZ) for enhanced fracture toughness. The mixtures were SPS sintered at a pressure of 50 MPa and a heating rate of 100 °C/min for 5 min with an increase in temperature from 650-750 °C-850 °C-950 °C. Phase analysis was carried out using XRD and microstructural characterization with SEM. Micro-hardness, nano-indentation, porosity, density, indentation fracture toughness, and genotoxicity were assessed.

結論:

FMZのSPS温度の上昇は、その微細構造に影響を与え、空隙率の減少、密度の向上、最適な機械的特性をもたらし、ヒト歯肉線維芽細胞に対する遺伝毒性は認められなかった。

CONCLUSIONS: The increase in the SPS temperature of FMZ influenced its microstructure and resulted in reduced porosity, improved density, and optimal mechanical properties with the absence of genotoxicity on human gingival fibroblast cells.