バイオセラミックス-ディオプサイドの超塑性

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CaO-MgO-SiO_2-TiO_2系ガラスセラミックスは、800〜900℃の範囲において0.1MPa以下の圧力でプレス加工法によってクラウン等の複雑形状を容易に成形でき、その後の結晶化熱処理によって充分な機械的強度を得ることができ、且つ天然歯に近い透明度と色調を得られる^<1)>ために注目されている。本研究は、CaO-MgO-SiO_2(ディオプサイド以下、CMS_2)の結晶化過程と高温変形挙動について検討した。CaCO_3、MgCO_3、およびSiO_2をCaO:MgO:SiO_2のモル比が1:1:2となるように秤量・混合して、白金坩堝中で1873Kに10.8ks溶解し、銅板上及び内径10mm、長さ50mmの銅パイプに鋳造した。結晶化速度を求めるために、CMS_2を大気中で1173Kに0.3、3.6、14.4、32.4ks加熱保持してガラスCMS_2(以下、G-CMS_2と略す)を結晶化させた。試料の評価は、1173〜1233Kの温度域と室温における組織観察、ビッカース硬さ(以下、Hv)測定(測定荷重25g、負荷時間15s)、X線回折及び1173Kにおける四端子法電気抵抗測定をそれぞれ行なった。また、直径10mm、長さ25mmの円柱状のCMS_2試料を1173Kに加熱保持して大気中で圧縮試験を行ない、変形挙動を検討した。その結果、主として以下の結論を得た。1)CMS_2を直径方向で少なくとも130%まで変形できることを見出し、これより引張り応力によっても大きな変形能を有することが期待され、超塑性発現の可能性を示し得た。2)1173Kにおいて0.3ksで約50μmの結晶層を形成し、試料表面層が強化された。3)ガラス相から結晶相への転移を電気抵抗の変化として観察でき、結晶化過程が何らかの原子の拡散によることを示した。4)結晶化によってΔHv=350〜400の硬化(強度上昇)を得た。