[发明专利]氧化锆的加工方法

说明书

技术领域

本发明涉及氧化锆的加工方法，特别是以10¹³～10¹⁵W/cm²的强度向氧化锆照射具有10^－12秒至10^－15秒的脉冲宽度的激光的氧化锆的加工方法。

背景技术

氧化锆(ZrO2)的熔点高达2715℃，在2200℃之前也几乎没有蒸发，耐热性、耐久性、硬度、化学稳定性优异。氧化锆除了可以作为耐火材料应用之外，还可以作为利用其氧离子导电性的固体电解质应用。并且，随着氧化锆的机械特性、热特性受到关注，也实现了作为高强度、高韧性的陶瓷的应用。

在非专利文献1中，由于氧化锆的弯曲强度和破损韧性远远优于大多数陶瓷，所以研究着在牙科中的应用。

在氧化锆的切断加工或穿孔加工中，一直以来进行着使用刀具或钻头等的机械加工、使用YAG或CO₂激光的热能加工。

专利文献1公开了如下内容：在利用现有的加工方法对由金属材料和陶瓷材料构成的叠层体进行加工时，金属材料在陶瓷的加工表面附着，无法获得预期的特性，面对该问题，通过向由金属材料和陶瓷材料构成的叠层部材的陶瓷材料侧照射脉冲宽度为40～80纳秒、每1次脉冲的峰值功率为0.1～10GW/cm2、波长为170～700nm的激光束，能够以不使金属材料在陶瓷的加工表面附着的方式对叠层部材进行加工。

专利文献2中，为了以良好的形状精度制造氧化锆系陶瓷的帽顶盖(cap coping，牙冠修复物的金属框)，提出了向处于半烧结状态或烧结状态的氧化锆系陶瓷的帽顶盖照射波长在可见光区域或近红外区域、峰值功率在16kW以上、脉冲宽度为16～30纳秒的激光的方案。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利文献特开平10－099980号公报

专利文献2：日本专利文献特开2011－083448号公报

非专利文献

非专利文献1：伴清治，用于实现全陶瓷修复的氧化锆的材料特性，齿科学报Vol.107,No.6(2007),第670～684页

发明内容

发明所要解决的技术问题

氧化锆存在单斜晶、正方晶、立方晶三种晶系，对应于温度发生转变。在升温至1170℃时，发生由单斜晶向正方晶的转变，降温到950℃时，发生由正方晶向单斜晶的转变。另外，也有报告指出在因研磨或或喷砂等机械加工而负载大的机械能时，发生由正方晶向单斜晶的相变(马氏体转变)(非专利文献1)。

单斜晶呈现正方晶发生歪斜的结构，具有比正方晶大的体积，在单斜晶与正方晶间的转变中伴随约4％的体积变化。在由正方晶转变为单斜晶时，在其转变量达到一定水平之前，由于其体积膨胀，产生表面压缩应力，强度(双轴弯曲强度)提高。但是，在转变量过大时，出现裂痕，强度降低。

因此，在非专利文献1中公开了，通过以约1000℃的温度进行热处理，使单斜晶恢复为正方晶。通过该工序，虽然单斜晶的量减少，但仍存在进一步改善(进一步接近0)的余地。

专利文献1和专利文献2中公开了，含氧化锆的陶瓷的加工中使用脉冲宽度为纳米级的激光，从而使陶瓷的表面状态的变化和尺寸的变化少。但是，其中未对晶系的种类进行研究。本发明的发明人确认到在向氧化锆照射脉冲宽度小于纳米的300皮米的激光时，氧化锆表面存在单斜晶。

本发明的课题在于提供一种不会生成单斜晶的氧化锆的加工方法。

用于解决技术问题的手段

本发明提供以下的方式。

(1)一种氧化锆的加工方法，其特征在于：包括以10¹³～10¹⁵W/cm²的强度向氧化锆照射具有10^－12秒至10^－15秒的脉冲宽度的激光的工序。

(2)如(1)所述的方法，其特征在于：该照射对于氧化锆表面所生成的单斜晶进行。

(3)如(1)所述的方法，其特征在于：还包括将其它的材料与该照射后的氧化锆接合的工序。

(4)如(3)所述的方法，其特征在于：该氧化锆与所接合的该材料的热膨胀系数不同。

(5)如(1)所述的方法，其特征在于：该激光的波长约为810nm。

(6)如(1)所述的方法，其特征在于：该氧化锆中固溶有Y、Ca、Mg、Ce的离子中的任一种或它们的组合。

发明的效果