(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
焼結させる材料を収容する受け部を有する容器を用い、前記受け部中に前記材料を配置し、マイクロ波を使用して前記材料を焼結することにより、ある気孔率を有するセラミックス部品を製造する方法であって、
前記マイクロ波は、１ｋＷまでの電磁出力を有するマルチモードで、波長５ｃｍ〜２０ｃｍの範囲の電磁波によって、焼結させる材料にエネルギーを導入し、
前記容器は、マイクロ波の低吸収、低熱伝導率、高い温度耐性を有する前記容器の構造のための第１の材料と、前記受け部のまわりに配置される第２の材料とから構成され、
前記第２の材料は、亜クロム酸亜鉛と酸化亜鉛との混合物からなることを特徴とするセラミックス部品を製造する方法。
【請求項２】
前記電磁波の波長領域は、１１〜１３ｃｍであることを特徴とする請求項１に記載のセラミックス部品を製造する方法。
【請求項３】
前記セラミックス部品は、体積で５０％以下の気孔率を有することを特徴とする請求項１または２に記載のセラミックス部品を製造する方法。
【請求項４】
前記気孔率は、体積で１０〜３０％であり、前記気孔率は、焼結温度によって制御することを特徴とする請求項３に記載のセラミックス部品を製造する方法。
【請求項５】
前記セラミックス部品は、ガラス材料で浸透されて、最終強度が得られることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のセラミックス部品を製造する方法。
【請求項６】
前記セラミックス部品は、それぞれの材料の理論密度の少なくとも８０%の最終密度に焼結されることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のセラミックス部品を製造する方法。
【請求項７】
前記セラミックス部品は、歯科修復物であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のセラミックス部品を製造する方法。
【請求項８】
前記歯科修復物は、ガラス材料がかぶせられることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のセラミックス部品を製造する方法。
【請求項９】
前記セラミックス部品を製造するために使用される材料は、Ａｌ２Ｏ３、スピネル、セリウムまたはイットリウム安定化ジルコニア、またはこれらの材料の混合物からなることを特徴とする請求項１に記載のセラミックス部品を製造する方法。
【請求項１０】
請求項１〜１０のうちの１つに記載のセラミックス部品を製造する方法を行なうための容器であって、
前記容器は、焼結させる材料を収容する受け部を有し、マイクロ波の低吸収、低熱伝導率、高い温度耐性を有する前記容器の構造のための第１の材料と、前記受け部のまわりに配置される第２の材料とから構成され、
前記第２の材料は亜クロム酸亜鉛と酸化亜鉛との混合物からなることを特徴とする容器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に１０ｃｍ３ほどの小さな体積の多孔性セラミックス部品の加熱高密度化に関する。前記加熱高密度化は、材料の電気分極または磁気分極による損失を利用する５〜２０ｃｍの波長領域の電磁放射が効果的である。さらに、本発明は、前記加熱高密度化を行なうための容器に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、そのような加熱高密度化の方法は、材料を乾燥させ、結合剤を取り除き、工業生産規模の非常に大きなセラミックス部品を焼結するときに使用される。この方法の利点は、明らかに、より低いエネルギー消費、より均質な加熱（より低い温度傾斜）および低減される高密度化時間にある。これは、結果的に経済的な生産工程をもたらす。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
それらの方法は、常温で有効な電磁損失が生じないという点で、Ａｌ２Ｏ３やＺｒＯ２などの酸化物セラミックスにはまだ問題がある。超高周波電磁波による損失の有効性がある温度から大幅に増加するので、今日まで、この問題は、従来の加熱方法を使用して未然に防いでいた。しかし、これでは、この技術の上記利点が非常に損なわれ、時間およびエネルギーの投入を増加させる。常温で著しい分極損失を既に示す適切な材料を添加する、または適切な焼結添加物を用いることにより、従来の加熱を避けることができる。この方法は、純粋な材料と比較して、冷却されたセラミックスの機械的特性が低下するという不利益を有する。それらは、審美的および生物学的適合性の理由のためにも、特に人工代替物のような医療品への使用には適しない。
【０００４】
さらに、周囲からの焼成チャンバーへの断熱のための絶縁材料の問題は、大規模産業の目的に対してはまだ未解決である。前記した酸化物セラミックスの問題の困難性は、低い熱伝導率と同時に超高周波電磁波に対する高透過性にある。
【０００５】
本発明の技術的課題は、大規模産業以外の他の分野、特に歯科用セラミックスの分野で、マイクロ波処理を使用することによる加熱高密度化によりセラミックス部品を製造する方法およびこの方法を行なうための容器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記技術的課題は、焼結させる材料を容器中に配置し、マイクロ波を使用して焼結することにより、ある気孔率を有するセラミックス部品を製造する方法によって解決され、前記マイクロ波は、１ｋＷまでの電磁出力を有するマルチモードで、波長５ｃｍ〜２０ｃｍの範囲の電磁波によって、焼結される材料にエネルギーを導入するものであり、前記容器は、該容器の構造のための第１の材料である酸化アルミニウムから構成されることに加えて、非金属で反強磁性の材料を含む第２の材料から構成される。
【０００７】
本発明は、常温での高周波電磁波の吸収損失、高融点および高温（１８００℃以上、特に、約２０００℃）の状態での高周波電磁波の透過性によって特徴づけられるるつぼ材料として適切であるため、第２の材料として亜クロム酸亜鉛と酸化亜鉛の混合物を使用することにより上記課題を解決する。
【０００８】
この容器において、いわゆる第２の材料を使用することは、前記容器が別の第１の材料の混入なしに焼結させる材料の高密度化を実現できる利点を有する。前記第１の材料である酸化アルミニウムは、るつぼなどの容器として用いられており、例えば、超高周波電磁波の低吸収および低熱伝導率を有し高い温度耐性の無機繊維材料である。これらの無機繊維材料は、高温炉の製造の分野で知られている。これらの無機繊維材料は、単に焼結させる材料の支えとして役立つということから、低い熱伝導率と同時に超高周波電磁波に対する高透過性を有するという不利な点は問題にならない。好ましい第２の材料は、クロム、鉄、ニッケルおよびマンガンの酸化物、または、それらから誘導されるスピネル構造またはペロブスカイト構造などの材料である。第２の材料の溶融温度は、できるだけ高いことが有利である。そして、第２の材料には、酸化亜鉛などの超高周波電磁波に対する高透過性を有する耐火非金属材料を混合する必要がある。超高周波炉のこの設計の利点は、マルチモードにおける２．４５ＧＨｚで、１ｋＷの出力の状態でさえ、１８００℃の高温が達成されるということである。したがって、この炉は、非常に安価であり、この温度領域に関して従来の炉より小さい。
【０００９】
本発明の方法において、有利に使用される第２の材料は、亜クロム酸亜鉛などの反強磁性の材料である。
【００１０】
この第２材料の利点は、高い融解温度、および２〜３ＧＨｚ、好ましくは２．３〜２．６ＧＨｚ、最も好ましくは２．４５ＧＨｚの範囲の一般的な周波数のマイクロ波放射の吸収であり、該吸収は常温で既に高い。
【００１１】
本方法の１つの実施例では、電磁波の波長領域は、１１〜１３ｃｍである。
【００１２】
これは、家電において最も一般的な周波数の範囲で、大幅な原価削減が実現される。
【００１３】
本発明によって得られるセラミックス部品は、体積で０〜５０％、好ましくは体積で１０〜３０％の気孔率を有する。前記気孔率は、焼結温度によって制御することができる。高密度に焼結されたセラミックス材料（ほぼ０%の気孔率）は、高透光性と協働して高強度の利点を有する。
【００１４】
本発明によれば、ガラスをセラミックス部品へ浸透して、製造された製品の最終強度を得ることができた。
【００１５】
前記多孔性材料は、後に容易に仕上げられ、無機ガラス（例えば、ランタンケイ酸塩ガラス）、または有機物質（例えば、ＵＤＭＡ（ウレタンジメタクリル酸）、ビス−ＧＭＡ（ビスフェノールＡグリシジルメタクリル酸））の適切な浸透方法によって固めることができる。
【００１６】
本発明の方法は、規定された最終密度へのセラミックス部品の焼結を可能とする。今日まで、酸化アルミニウムまたは酸化ジルコニウムなどのセラミックス材料のために高い最終密度を達成することは、非常に長い時間の加熱および高価な従来の加熱方法でのみ可能であった。
【００１７】
本発明の方法は、特に、歯科修復物の形成に役立つ。
【００１８】
審美的必要条件を満たすために、長石ガラス、二珪酸リチウムガラスまたはフルオロアパタイトガラスなどの適切なガラス材料を、歯科セラミックスのフレーム部にかぶせることができた。
【００１９】
本発明の１つの実施例では、歯科セラミックス修復物を形成するために使用される材料は、Ａｌ２Ｏ３、スピネル、セリウムまたはイットリウム安定化ジルコニア（例えば、ＴＺＰ（正方晶ジルコニア多結晶）、ＰＳＺ（部分安定化ジルコニア））、またはこれらの材料の混合物からなる。
【００２０】
これらのセラミックス材料は、セラミックス材料の強度および破壊靱性の最も高い値を示す。
【００２１】
本発明によれば、セラミックス歯科修復物の全体を、長石ガラス、二珪酸リチウムガラスまたはフルオロアパタイトガラスなどの歯科用セラミックス塊から作製することができ、本方法は、加圧成形炉または予熱炉を使用して、例えば、歯科目的のための加圧成形されたセラミックスに対し、セラミックス歯科部品全体にガラスを着ける際に適する。
【００２２】
この場合の利点は、明らかに低減される工程時間であり、同時に低減されるエネルギー投入、すなわちコストである。
【００２３】
焼結温度を高くするために、本発明は、前記容器の材料が、広い温度領域の超高周波電磁波に対して高透過性を有する耐火非金属材料とのその材料の混合物であってもよいことを提供する。
【００２４】
前記第２の材料が、常温で高いマイクロ波吸収を示す１つの物質である場合、前記マイクロ波出力を十分に低減することができる。
【００２５】
特に、超高周波電磁波に対して高透過性を有する耐火非金属材料は、酸化亜鉛である。
【００２６】
酸化亜鉛は、約２０００℃の高い融解温度を有する。
【００２７】
本発明は、さらに、上記方法を行なうために特に適切な容器に関する。本発明によれば、前記容器は、第１の材料および第２の材料を有し、前記第２の材料は、非金属で反強磁性の材料を含む。そのような第２の材料が容器の中に配置されるので、常温で、短時間、特に、数秒で、容器中の高温を達成することができ、約２０００℃の温度を達成することができる。したがって、従来の補助加熱を必要とすることなく、酸化物セラミックスを焼結することも可能である。これは、約７００Ｗの範囲で作動し、多重モード方式によって操作される従来のマイクロ波加熱手段で可能である。
【００２８】
上述した容器において、前記第２の材料は、重量で酸化亜鉛（ＺｎＯ）０〜９９％と、亜クロム酸亜鉛（ＺｎＣｒ２Ｏ４）の混合物であることが好ましい。
【００２９】
本発明の容器は、焼結される材料が置かれる受け部を有することが好ましい。特に好ましい実施例では、前記受け部は、少なくとも第２の材料によって一部囲まれる。例えば、前記受け部は円筒状で、第２の材料の円環によって囲まれる。複数の第２の材料は、前記受け部を囲んで配置されることが好ましい。例えば、閉じた環等を形成しない複数の第２の材料が配置される。または、前記第２の材料は、複数の環セグメントでもよい。しかし、前記第２の材料は、棒形状などの他の形状を有し、または、それらは、多角形、特に、長方形の横断面形状を有してもよい。
【００３０】
前記第２の材料は、前記第１の材料によって囲まれることが好ましい。これによって、前記温度を生成する役目をする第２の材料は、前記受け部に接近して配置されるが、前記第２の材料と焼結される材料との間の直接的接触が回避される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下に、好ましい実施例について、添付の図面に基づいて、本発明の詳細な説明をする。
【００３２】
セラミックス部品を製造する本方法を行なうための、本容器の第１の実施例（図１〜３）は、ボトム要素１０、カバー要素１２および中間要素１４を含み、前記要素１０、１２、１４は、第１の材料からなるのが好ましい。前記ボトム要素１０および前記カバー要素１２は、円筒形状であり、各々は、内部表面１６、１８上に位置する円筒状の突起２０、２２を有する。前記中間要素１４は環状であり、組み立てられた状態（図２）で、受け部２６を定義する円筒状の開口部２４を有する。前記円筒状開口部２４の直径は、円筒状突起２０、２２の直径に相当する。組み立てられた状態で、これは、結果として円筒状の閉じられた受け部２６となる。
【００３３】
前記中間要素１４は、第２の材料３２を受け取るための環状凹部２８を有する。前記凹部２８は前記受け部２６を囲み、前記凹部２８は、必ずしも円環である必要がない。図１〜３で説明される好ましい実施例において、前記凹部２８は円環形状であり、前記受け部２６を完全に囲む。壁３０が、前記受け部２６と前記環状凹部２８との間に形成され、該壁３０は、中間要素１４全体とともに第１の材料からなる。したがって、前記第２の材料３２は、第１の材料に囲まれる。第２の材料３２を前記環状凹部２８に入れるか、または前記第２の材料３２を円環形に満たす。次いで、前記凹部２８を、好ましくは第１の材料からなる閉鎖要素３４で閉じる。前記閉鎖要素３４は、また、前記凹部２８（図２）へ延在する環状突起３６を有する環状要素である。
【００３４】
従って、前記第２の材料からなる要素３２は、好ましくは、前記受け部２６の高さの大部分、特に、前記受け部２６の高さの３分の２以上に延在する。特に、前記第２の材料３２を、前記受け部２６の高さ全体にわたって延在させることが好ましい。
【００３５】
図２では、さらに、前記受け部２６の上、下又は上下両方に第２の材料からなる要素を配置することも可能である。
【００３６】
第２の好ましい実施例（図４〜６）では、第１の実施例（図１〜３）のものに類似または同一である要素には、同じ参照番号を付ける。
【００３７】
前記カバー要素１２と同様に前記ボトム要素１０も、実質的に同一である。また、中間要素４０は、円形の断面を有する。実質的に円筒状の受け部２６は、前記中間要素４０を貫通して形成される。しかし、前記受け部２６の内部壁４２（図６）は、滑らかではない。もっと正確に言えば、円筒状チャンバー４４を、前記内部壁４２を端として配置する。個々の棒形状の第２の材料４６を、前記円筒状チャンバー４４に挿入する。説明される実施例では、前記第２の材料からなる要素（４６）をカプセル化する。前記第２の材料からなる要素（４６）は、このように、シェル層４８によって完全に囲まれる。前記シェル層４８は、第１の材料からなることが好ましい。
【００３８】
以下では、２つの実施例を参照して、本発明をより詳細に説明する。
【００３９】
高温耐久性を有する酸化アルミニウム（１８００℃まで耐久性を有する）の容器を、図１〜３で説明される容器形状に作製した。環状のくぼみまたは凹部２８を第２の材料３２で満たした。前記第２の材料３２は、重量で亜クロム酸亜鉛（ＺｎＣｒ２Ｏ４）５０％および酸化亜鉛（ＺｎＯ）５０％の混合物である。
【００４０】
実施例１
焼結される材料は、イットリウム安定化酸化ジルコニウムの歯冠材料である。この歯冠材料を、酸化アルミニウム焼成ウールの前記容器中の受け部２６に置き、前記容器と一緒に従来のマイクロ波加熱手段（９００Ｗ、マルチモード、２．４５ＧＨｚ）に入れた。７００Ｗの電力で、同じことを１５分間操作する。前記酸化ジルコニウム材料の最終密度は、６．０６ｇ／ｃｍ３であり、従って、前記材料の理論密度に相当する。
【００４１】
実施例２
前記焼結される材料は、緻密焼結に先立って、３５ｍｍの全長の３つの部分の歯科ブリッジである。この３つの部分の歯科ブリッジを、酸化アルミニウム焼成基板の容器に入れ、前記容器と一緒に従来のマイクロ波加熱手段（上記参照）に入れる。７００Ｗの電力で、同じことを１５分間操作する。前記酸化ジルコニウム材料の最終密度は、６．０ｇ／ｃｍ３であり、従って、前記材料の理論密度に相当する。
【００４２】
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は、本発明による容器の第１の好ましい実施例の概略分解断面図を示す。
【図２】  図２は、前記容器の第１の好ましい実施例の概略組立断面図である。
【図３】  図３は、図２の線III−IIIに沿った概略断面図である。
【図４】  図４は、本発明による容器の第２の好ましい実施例の概略分解断面図である。
【図５】  図５は、第2の好ましい実施例の容器の概略組立断面図である。
【図６】  図６は、図５の線VI−VIに沿った概略断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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