異なる冷却・潤滑条件下における焼結前ジルコニアの表面改質に及ぼす研削の影響

Effect of grinding on subsurface modifications of pre-sintered zirconia under different cooling and lubrication conditions.

抄録

予備焼結ジルコニアは、その優れた強度と破壊靭性により、歯科用途の修復材料として好まれている。(Y-TZP)イットリア安定化正方晶予備焼結ジルコニアの必要な形状を得るために研磨加工を行うと、冷却材の存在下で材料強度が低下する結果となった。そこで、ダイヤモンド砥石を用いた予備焼結ジルコニアの実験を行い、乾式、湿式、最小量潤滑（MQL）などの冷却条件の性能を評価した。温度分布、相変態、曲げ強度、微小硬度、エッジチッピング損傷に基づいて、研削性能に及ぼすさまざまな環境の影響を調べた。ラマン分光法とX線回折分析を用いて、予備焼結ジルコニア中の単斜晶相の量を推定した。研削実験中の被削材の温度上昇は高くなく、熱応力を引き起こすには不十分であった。異なる冷却戦略の下での研削によって引き起こされた微細構造の変化は、単斜晶相の定量的評価と関連していた。研削された部品の曲げ強さは、欠陥層がなく、Yイオンの偏析が発生したため、他のプロセスに比べ、乾燥状態で改善された。研削後、硬さ値が（1-8HV）だけわずかに低下したが、これは研削面の下層にマイクロクラックが形成されたためである。また、マイクロクラックの有無を確認するため、エッジのチッピング深さを測定した。湿潤状態から得られた損傷深さは、乾燥状態およびMQL状態に比べて30µmと高い値を示した。

Pre-sintered zirconia is preferred as a restoration material in dental applications due to its excellent strength and fracture toughness. When abrasive processes were used to obtain the required shape of (Y-TZP) yttria-stabilized tetragonal pre-sintered zirconia, it resulted in material strength degradation in the presence of coolant. Therefore, experiments were carried out on pre-sintered zirconia with diamond grinding wheel to evaluate the performance of cooling conditions such as dry, wet and minimum quantity lubrication (MQL). The effects of different environments on the grinding performance were studied based on the temperature distribution, phase transformation, flexural strength, microhardness and edge chipping damage. The Raman spectroscopy and X-ray diffraction analysis were used to estimate the quantity of monoclinic phase in pre-sintered zirconia. The temperature rise of the workpiece material during the grinding experiment was not higher and insufficient to cause the thermal stresses. The microstructural changes induced by grinding under different cooling strategies were associated with the quantitative assessment of monoclinic phase. The flexural strength of ground components was improved in the dry condition compared to the other process due to the absence of the defective layer and the occurrence of Y ions segregation. After grinding, there was a slight decrease in the hardness value by (1-8 HV), which was due to the formation of microcracks in the subsurface layer of the ground surface. In addition, to ensure the presence of microcracks, the edge chipping depth was measured. The damage depth obtained from the wet condition showed a higher value of 30 µm compared to the dry and MQL conditions.