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WO2024236783A1 - チタン材料、医療用部材、歯科インプラント構成部材およびダイヤセンサー収納用カプセル - Google Patents

チタン材料、医療用部材、歯科インプラント構成部材およびダイヤセンサー収納用カプセル Download PDF

Info

Publication number
WO2024236783A1
WO2024236783A1 PCT/JP2023/018482 JP2023018482W WO2024236783A1 WO 2024236783 A1 WO2024236783 A1 WO 2024236783A1 JP 2023018482 W JP2023018482 W JP 2023018482W WO 2024236783 A1 WO2024236783 A1 WO 2024236783A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
titanium
titanium material
mass
less
strength
Prior art date
Application number
PCT/JP2023/018482
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
慶範 丹下
宣正 西山
Original Assignee
住友電気工業株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 住友電気工業株式会社 filed Critical 住友電気工業株式会社
Priority to PCT/JP2023/018482 priority Critical patent/WO2024236783A1/ja
Publication of WO2024236783A1 publication Critical patent/WO2024236783A1/ja

Links

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61K—PREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
    • A61K6/00—Preparations for dentistry
    • A61K6/80—Preparations for artificial teeth, for filling teeth or for capping teeth
    • A61K6/84—Preparations for artificial teeth, for filling teeth or for capping teeth comprising metals or alloys
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L27/00—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
    • A61L27/02—Inorganic materials
    • A61L27/04—Metals or alloys
    • A61L27/06—Titanium or titanium alloys
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C14/00—Alloys based on titanium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/16—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of other metals or alloys based thereon
    • C22F1/18—High-melting or refractory metals or alloys based thereon

Definitions

  • This disclosure relates to titanium materials, medical components, dental implant components, and capsules for storing diamond sensors.
  • Titanium materials have a high specific strength and have been used in fields such as the aerospace and automotive industries. In addition, because of their excellent biocompatibility, there is growing demand for them as biomedical metal materials for dental implants and other uses.
  • titanium exists in three phases: alpha titanium, which has an alpha phase ( ⁇ in Figure 1) crystal structure; beta titanium, which has a beta phase ( ⁇ in Figure 1) crystal structure; and omega titanium, which has an omega phase ( ⁇ in Figure 1) crystal structure.
  • Alpha titanium is the stable phase at room temperature and pressure, and has a hexagonal close-packed (hcp) crystal structure.
  • Beta titanium is the stable phase at higher temperatures, and has a body-centered cubic (bcc) crystal structure.
  • Omega titanium is a metastable transition phase that occurs when alpha titanium is crystallized from beta titanium, and has a simple hexagonal crystal structure.
  • Patent Document 1 discloses a titanium material with high strength that contains a mixture of ⁇ -phase and ⁇ -phase at room temperature and pressure.
  • the titanium material of the present disclosure is A titanium material containing 98.8% by mass or more of titanium,
  • the density ⁇ g/ cm3 of the titanium material and the content c mass% of components other than titanium of the titanium material are related by the following formula I: ⁇ >0.007c+4.52 Formula I
  • c is a titanium material, which is 0 to 1.2.
  • FIG. 1 is a temperature-pressure phase diagram of titanium.
  • FIG. 2 is a coordinate system showing the relationship between the tensile strength ⁇ B and the fracture elongation ⁇ of a conventional titanium material and the titanium material of the first embodiment.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a high-pressure cell of an ultra-high pressure, high temperature generating apparatus used in the production of the titanium material of the present disclosure.
  • FIG. 4 is a coordinate system showing the relationship between the density ⁇ of the titanium material of each sample of the examples and the content c of components other than titanium in the titanium material.
  • the purpose of this disclosure is to provide a titanium material with high strength.
  • the titanium materials of the present disclosure can have high strength.
  • the titanium material of the present disclosure is a titanium material containing 98.8 mass% or more of titanium,
  • the density ⁇ g/ cm3 of the titanium material and the content c mass% of components other than titanium of the titanium material are related by the following formula I: ⁇ >0.007c+4.52 Formula I
  • c is a titanium material, which is 0 to 1.2.
  • the titanium material of the present disclosure can have high strength.
  • “the titanium material has high strength” means that the strength of the titanium material of the present disclosure is greater than the strength of a conventional titanium material having the same titanium content and in which the titanium is alpha titanium.
  • “strength” means tensile strength.
  • the titanium material may contain 49% by mass or more of titanium having an omega phase crystal structure. This allows the titanium material to have even higher strength.
  • the tensile strength ⁇ B MPa of the titanium material and the breaking elongation ⁇ % of the titanium material may have the relationship represented by the following formula II. ⁇ B ⁇ 1600 ⁇ 30 ⁇ Formula II In the above formula II, ⁇ B ⁇ 400 and ⁇ 20.
  • the average grain size of the crystal grains constituting the titanium material may be 1 ⁇ m or more and 1000 ⁇ m or less. This allows the titanium material to have high strength and high ductility.
  • the Vickers hardness of the titanium material may be 200 Hv or more. This allows the titanium material to have high hardness.
  • the heat resistance temperature of the titanium material may be 100°C or higher. This allows the titanium material to maintain high strength even at high temperatures of 100°C or higher.
  • the volume of the titanium material may be 0.001 mm3 or more.
  • the titanium material has a sufficient size as a biocompatible metal material, and can be used for various applications such as dental implant components and artificial joints. It can also be suitably used as a material for capsules for storing diamond sensors.
  • the titanium material contains at least one impurity element selected from the group consisting of hydrogen, carbon, nitrogen, oxygen, and iron;
  • the titanium material may have a total content of titanium and impurity elements of 99.99% by mass or more, which allows the titanium material to have excellent biocompatibility.
  • the ratio D90/D10 of the cumulative 90% particle diameter D90 from the small diameter side to the cumulative 10% particle diameter D10 from the small diameter side in the volume-based cumulative particle size distribution of the crystal grains constituting the titanium material may be 5 or more and 1000 or less. This homogenizes the strength and ductility of the titanium material, allowing the titanium material to have even higher strength and ductility.
  • the medical device of the present disclosure is a medical device that contains any of the titanium materials described above in (1) to (9).
  • the medical device of the present disclosure can have high strength.
  • the dental implant component of the present disclosure is a dental implant component containing any one of the titanium materials (1) to (9) above.
  • the dental implant component of the present disclosure can have high strength.
  • the capsule for storing a diamond sensor of the present disclosure is a capsule for storing a diamond sensor that contains any one of the titanium materials (1) to (9) above.
  • the capsule for storing a diamond sensor of the present disclosure can have high strength.
  • a ⁇ B means the upper and lower limits of a range (i.e., greater than or equal to A and less than or equal to B). If no unit is stated for A and only a unit is stated for B, the units of A and B are the same.
  • any one numerical value listed as the lower limit and any one numerical value listed as the upper limit is also considered to be disclosed.
  • a1 or more, b1 or more, and c1 or more are listed as the lower limit and a2 or less, b2 or less, and c2 or less are listed as the upper limit, a1 or more and a2 or less, a1 or more and b2 or less, a1 or more and c2 or less, b1 or more and a2 or less, b1 or more and b2 or less, b1 or more and c2 or less, c1 or more and a2 or less, c1 or more and b2 or less, and c1 or more and c2 or less are considered to be disclosed.
  • Embodiment 1 Titanium material
  • the titanium material according to one embodiment of the present disclosure (hereinafter also referred to as “embodiment 1”) is A titanium material containing 98.8% by mass or more of titanium,
  • the density ⁇ (g/cm 3 ) of the titanium material and the content c (mass %) of components other than titanium of the titanium material show the relationship of the following formula I: ⁇ >0.007c+4.52 Formula I
  • c is a titanium material, which is 0 to 1.2.
  • the titanium material of embodiment 1 can have high strength.
  • the slope is 0.007. This indicates that as the content rate c of components other than titanium in the titanium material increases, the density of the titanium material tends to increase, and the strength of the titanium material tends to improve.
  • the density ⁇ (g/cm 3 ) of the titanium material and the content c (mass %) of components other than titanium in the titanium material can show the relationship of the following formula IA or the following formula IB. ⁇ >0.007c+4.536 Formula I-A ⁇ >0.007c+4.552 Formula I-B In the above formulas IA and IB, c is 0 or more and 1.2 or less. Titanium materials satisfying the above formula IA or formula IB can have even higher strength.
  • the titanium material of the first embodiment contains titanium at 98.8% by mass or more.
  • the lower limit of the titanium content of the titanium material may be 98.80% by mass or more, 98.90% by mass or more, 98.955% by mass or more, 98.96% by mass or more, 99.0% by mass or more, 99.20% by mass or more, 99.205% by mass or more, 99.30% by mass or more, 99.325% by mass or more, 99.40% by mass or more, 99.495% by mass or more, 99.99% by mass or more, or 99.999% by mass or more, from the viewpoint of enhancing biocompatibility.
  • the upper limit of the titanium content of the titanium material may be 100% by mass or less.
  • the titanium material may also be made of 100% by mass of titanium.
  • the titanium content of the titanium material may be 98.8% by mass or more and 100% by mass or less, 98.955% by mass or more and 100% by mass or less, 99.0% by mass or more and 100% by mass or less, 99.205% by mass or more and 100% by mass or less, 99.325% by mass or more and 100% by mass or less, 99.495% by mass or more and 100% by mass or less, or 99.999% by mass or more and 100% by mass or less.
  • the upper limit of the titanium content of the titanium material of embodiment 1 may be, for example, 99.9999% by mass or less, or 99.999% by mass or less, when unavoidable impurities are taken into consideration.
  • the titanium content of the titanium material may be 98.8% by mass or more and 99.9999% by mass or less, 98.955% by mass or more and 99.9999% by mass or less, 99.0% by mass or more and 99.9999% by mass or less, 99.205% by mass or more and 99.9999% by mass or less, 99.325% by mass or more and 99.9999% by mass or less, 99.495% by mass or more and 99.9999% by mass or less, or 99.9990% by mass or more and 99.9999% by mass or less.
  • the content c of components other than titanium in the titanium material of embodiment 1 is 0% by mass or more and 1.2% by mass or less.
  • components other than titanium include common transition metal elements (scandium (Sc), chromium (Cr), manganese (Mn), iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), copper (Cu), yttrium (Y), zirconium (Zr), niobium (Nb), molybdenum (Mo), silver (Ag), hafnium (Hf), tantalum (Ta), tungsten (W), platinum (Pt), gold (Au), etc.) and inevitable impurities such as hydrogen (H), carbon (C), nitrogen (N), and oxygen (O).
  • the method for measuring the content c of components other than titanium in a titanium material is as follows. ICP analysis (inductively coupled plasma atomic emission spectroscopy) is performed on the titanium material to measure the total content c1 (mass%) of all metal elements other than titanium in the titanium material (Sc, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Y, Zr, Nb, Mo, Ag, Hf, Ta, W, Pt, Au, etc.). SIMS analysis (secondary ion mass spectrometry) is performed on the titanium material to measure the total content c2 (mass%) of all elements other than metal elements in the titanium material (carbon (C), nitrogen (N), oxygen (O), hydrogen (H), etc.).
  • the sum of the total content c1 and the total content c2 corresponds to the content c of components other than titanium in the titanium material.
  • the method for measuring the titanium content of a titanium material is to measure the content c of components other than titanium using the method described above, and then subtract the content c of components other than titanium from the titanium material, assuming it to be 100% by mass.
  • the titanium material contains 98.8% by mass or more of titanium, and the titanium material contains at least one impurity element selected from the group consisting of hydrogen, carbon, nitrogen, oxygen and iron, and the total content of titanium and impurity elements in the titanium material may be 99.99% by mass or more.
  • the titanium material does not contain components that are harmful to living organisms, such as vanadium (V) and aluminum (Al), which are contained in conventional titanium alloys, or if they do contain such components, they are in very small amounts, and therefore can have excellent biocompatibility.
  • the total content of titanium and the above impurity elements in the titanium material may be 99.99% by mass or more and 100% by mass or less, or 99.999% by mass or more and 100% by mass or less, or may be 100% by mass.
  • the lower limit of the density ⁇ of the titanium material of the first embodiment is more than 4.52 g/cm 3 , may be 4.536 g/cm 3 or more, may be 4.543 g/cm 3 or more, may be 4.544 g/cm 3 or more, or may be 4.552 g/cm 3 or more.
  • the upper limit of the density ⁇ of the titanium material may be 4.58 g/cm 3 or less, may be 4.57 g/cm 3 or less, or may be 4.56 g/cm 3 or less.
  • the density ⁇ of the titanium material may be more than 4.52 g/cm 3 and 4.58 g/cm 3 or less, may be 4.536 g/cm 3 or more and 4.570 g/cm 3 or less, or may be 4.552 g/cm 3 or more and 4.560 g/cm 3 or less.
  • the method for measuring the density of titanium material is as follows.
  • the volume (gas pycnometer) and mass of the measurement sample titanium material are measured by a dry gas replacement method using a Micromeritics dry automatic density meter (Accupyc II 1345 series).
  • the density of the titanium material is calculated based on the obtained volume and mass.
  • the replacement gas used in the gas pycnometer is helium, nitrogen, or other inert gas.
  • An electronic balance is used for mass measurement, and the measurement is performed with an accuracy of 5 significant digits or more.
  • volume measurement using the pycnometer is performed 10 or more times for the same measurement sample, and that there is almost no variation in the measurement results (e.g., within 0.02%) and that there is almost no variation in the density calculated from the mass and volume (e.g., within 0.02%).
  • the titanium material of the first embodiment can contain 49 mass % or more of titanium having an omega phase crystal structure, which allows the titanium material to have excellent strength and ductility.
  • omega titanium Previously, the presence of omega titanium at room temperature and pressure was confirmed as a trace precipitation of nanoparticles in the alpha titanium phase during the manufacturing process of alpha pure titanium, which contains approximately 99% by mass or more of alpha titanium. Omega titanium weakens alpha pure titanium. Therefore, it was previously thought to be preferable to reduce the content of omega titanium in alpha pure titanium.
  • the inventors working from a completely opposite perspective to the conventional technical idea of reducing the omega titanium content in alpha pure titanium, have, through trial and error, created a titanium material containing 49% or more by mass of omega titanium. It has been confirmed that titanium material containing 49% or more by mass of omega titanium has excellent strength and ductility.
  • the lower limit of the content of titanium having an omega phase crystal structure in a titanium material may be 49 mass% or more, 50 mass% or more, 55 mass% or more, 60 mass% or more, 65 mass% or more, 70 mass% or more, 75 mass% or more, 80 mass% or more, 85 mass% or more, 90 mass% or more, 95 mass% or more, 98.8 mass% or more, 98.955 mass% or more, 99 mass% or more, 99.2 mass% or more, 99.205 mass% or more, 99.325 mass% or more, 99.495 mass% or more, 99.5 mass% or more, or 99.999 mass% or more, from the viewpoint of improving strength and ductility.
  • the upper limit of the omega titanium content of the titanium material may be up to 100% by weight.
  • the titanium material may also consist of 100% by weight of omega titanium.
  • the omega titanium content of the titanium material may be 49% by mass or more and 100% by mass or less, 50% by mass or more and 100% by mass or less, 55% by mass or more and 100% by mass or less, 60% by mass or more and 100% by mass or less, 65% by mass or more and 100% by mass or less, 70% by mass or more and 100% by mass or less, 75% by mass or more and 100% by mass or less, 80% by mass or more and 100% by mass or less, 85% by mass or more and 100% by mass or less, 90% by mass or less and 100% by mass or less, 95% by mass or less and 100% by mass or less, 98.8% by mass or more and 100% by mass or less, 99% by mass or more and 100% by mass or less, 99.2% by mass or more and 100% by mass or less, or 99.999% by mass or more and 100% by mass or less.
  • the upper limit of the omega titanium content of the titanium material of embodiment 1, taking into account inevitable impurities, can be, for example, 99.9999 mass% or less.
  • the omega titanium content of the titanium material may be 49 mass% or more and 99.9999 mass% or less, 50 mass% or more and 99.9999 mass% or less, 55 mass% or more and 99.9999 mass% or less, 60 mass% or more and 99.9999 mass% or less, 65 mass% or more and 99.9999 mass% or less, 70 mass% or more and 99.9999 mass% or less, 75 mass% or more and 99.9999 mass% or less, 80 mass% or more and 99.
  • It may be 9999% by mass or less, 85% by mass or more and 99.9999% by mass or less, 90% by mass or more and 99.9999% by mass or less, 95% by mass or more and 99.9999% by mass or less, 98.8% by mass or more and 99.9999% by mass or less, 99% by mass or more and 99.9999% by mass or less, 99.2% by mass or more and 99.9999% by mass or less, or 99.9990% by mass or more and 99.9999% by mass or less.
  • the titanium material of embodiment 1 may contain, in addition to omega titanium, one or both of alpha titanium and beta titanium, within the scope of the effects of the present disclosure.
  • the total content of alpha titanium and beta titanium in the titanium material may be the titanium content of the titanium material minus the omega titanium content.
  • the mass percentage of omega titanium to the total of alpha titanium, beta titanium and omega titanium may be 50% or more and 100% or less, 55% or more and 100% or less, 60% or more and 100% or less, 65% or more and 100% or less, 70% or more and 100% or less, 75% or more and 100% or less, 80% or more and 100% or less, 85% or more and 100% or less, 90% or less and 100% or less, 95% or less and 100% or less, 98.8% or more and 100% or less, 99% or more and 100% or less, 99.2% or more and 100% or less, 99.999% or more and 100% or less, or 100%.
  • the percentage by mass of omega titanium to the sum of alpha titanium, beta titanium and omega titanium corresponds to the percentage by mass of omega titanium of titanium.
  • the omega titanium content (mass%) of a titanium material is measured using the following procedure. First, the content c of components other than titanium in the titanium material is measured using ICP analysis and SIMS analysis. The titanium material is taken as 100 mass%, and the content c of components other than titanium is subtracted from this to obtain the titanium content (mass%) of the titanium material. Next, X-ray diffraction measurements are performed on the titanium material to obtain an X-ray diffraction spectrum.
  • An example of an apparatus used for the X-ray diffraction measurement is "MiniFlex" (trademark) manufactured by Rigaku Corp.
  • the conditions for the X-ray diffraction measurement are as follows. ⁇ X-ray diffraction measurement conditions> Characteristic X-ray: Cu-K ⁇ (wavelength 1.54 ⁇ ) Filter: Multilayer mirror Optical system: Focusing method X-ray diffraction method: ⁇ -2 ⁇ method Temperature during measurement: 25°C
  • the intensities of omega titanium, alpha titanium, and beta titanium are measured.
  • the percentage (% by mass) of omega titanium of titanium is obtained by calculating the ratio I ⁇ /(I ⁇ + I ⁇ + I ⁇ ) of intensity I ⁇ to the total of intensity I ⁇ , intensity I ⁇ , and intensity I ⁇ .
  • the content (% by mass) of omega titanium of titanium material is calculated based on the content (% by mass) of titanium of the titanium material and the percentage (% by mass) of omega titanium of titanium.
  • the tensile strength ⁇ B MPa and the breaking elongation ⁇ % of the titanium material can show the relationship of the following formula II. ⁇ B ⁇ 1600 ⁇ 30 ⁇ Formula II In the above formula II, ⁇ B ⁇ 400 and ⁇ 20.
  • FIG. 2 is a coordinate system showing the relationship between the tensile strength ⁇ B and the fracture elongation ⁇ of titanium materials.
  • the X-axis shows the tensile strength ⁇ B (MPa)
  • the Y-axis shows the fracture elongation ⁇ (%).
  • Tensile strength is one of the indicators of the strength of a material, and the larger the value, the higher the strength.
  • Fracture elongation is one of the indicators of the ductility of a material, and the larger the value, the higher the ductility.
  • JIS-1 to JIS-4 refer to commercially pure titanium as described in JIS H 4600:2012 "Titanium and titanium alloys - Plate and strip.” Specifically, JIS-1 refers to JIS H 4600 Type 1, JIS-2 refers to JIS H 4600 Type 2, JIS-3 refers to JIS H 4600 Type 3, and JIS-4 refers to JIS H 4600 Type 4. JIS-1 to JIS-4 have a titanium content of approximately 99% by mass or more and have an alpha phase crystal structure. Hereinafter, pure titanium with an alpha phase crystal structure will also be referred to as alpha pure titanium.
  • the region that shows the relationship of formula II above is the shaded region.
  • the shaded region has high ductility with a breaking elongation of 20% or more, and high strength with a tensile strength of 400 MPa or more.
  • Titanium materials that satisfy the relationship of formula II above have high strength and high ductility.
  • Alpha pure titanium, a conventional titanium material has high breaking elongation (hereinafter also referred to as ductility), but low tensile strength (hereinafter also referred to as strength), and does not satisfy the relationship of formula II above.
  • the tensile strength ⁇ B MPa and the breaking elongation ⁇ % of a titanium material can show the relationship of the following formula II-A or the following formula II-B. ⁇ B>1875-30 ⁇ Formula II-A ⁇ B>1900-30 ⁇ Formula II-B In the above formula II-A and formula II-B, ⁇ B ⁇ 400 and ⁇ 20. Titanium materials that satisfy the relationship of Formula II-A or Formula II-B above can have even higher strength and higher ductility.
  • the lower limit of the tensile strength ⁇ B of the titanium material of the first embodiment can be 400 MPa or more. From the viewpoint of ensuring excellent strength, the lower limit of the tensile strength ⁇ B of the titanium material may be 500 MPa or more, 600 MPa or more, or 800 MPa or more.
  • the upper limit of the tensile strength ⁇ B of the titanium material is not particularly limited, but can be, for example, less than 1550 MPa.
  • the tensile strength ⁇ B of the titanium material may be 400 MPa or more and less than 1550 MPa, 500 MPa or more and less than 1550 MPa, 600 MPa or more and less than 1550 MPa, or 800 MPa or more and less than 1550 MPa.
  • the tensile strength ⁇ B of titanium material is measured in accordance with JIS Z 2241:2011 "Method of tensile testing of metallic materials.”
  • the test temperature is 23°C ⁇ 5°C.
  • the fracture elongation ⁇ of the titanium material of the first embodiment can be 20% or more.
  • the lower limit of the fracture elongation ⁇ of the titanium material may be 25% or more, 30% or more, or 35% or more, from the viewpoint of ensuring excellent ductility.
  • the upper limit of the fracture elongation ⁇ of the titanium material may be, for example, 50% or less, or 45% or less.
  • the fracture elongation ⁇ of the titanium material may be 20% or more and 50% or less, 25% or more and 50% or less, 30% or more and 50% or less, 35% or more and 50% or less, 20% or more and 45% or less, 25% or more and 45% or less, or 30% or more and 45% or less.
  • the fracture elongation ⁇ of titanium materials is measured in accordance with JIS Z 2241:2011 "Method of tensile testing of metallic materials.”
  • the test temperature is 23°C ⁇ 5°C.
  • the average grain size of the crystal grains constituting the titanium material of the first embodiment (hereinafter also referred to as the "average grain size of the titanium material”) can be set to 1 ⁇ m or more and 1000 ⁇ m or less, thereby further improving the strength and ductility of the titanium material.
  • the lower limit of the average particle size of the titanium material may be 1 ⁇ m or more, 3 ⁇ m or more, 5 ⁇ m or more, 10 ⁇ m or more, or 20 ⁇ m or more, from the viewpoint of improving strength.
  • the upper limit of the average particle size of the titanium material may be 1000 ⁇ m or less, 500 ⁇ m or less, 200 ⁇ m or less, 100 ⁇ m or less, or 50 ⁇ m or less, from the viewpoint of ensuring excellent strength.
  • the average particle size of the titanium material may be 1 ⁇ m or more and 1000 ⁇ m or less, 3 ⁇ m or more and 500 ⁇ m or less, 5 ⁇ m or more and 200 ⁇ m or less, 10 ⁇ m or more and 100 ⁇ m or less, 10 ⁇ m or more and 50 ⁇ m or less, or 20 ⁇ m or more and 50 ⁇ m or less.
  • the average grain size of the titanium material is measured by a cut-off method.
  • the specific measurement method is as follows: The surface of the titanium material is polished with SiC polishing paper and Al2O3 lapping film . The polished surface is imaged with an optical microscope at a magnification of 100 times to obtain an optical microscope image.
  • a circle with a diameter of 50 mm is drawn on the optical microscope image, and eight straight lines are drawn radially from the center of the circle to the circumference, and the number of times the straight lines cross grain boundaries within the circle is counted.
  • the average intercept length is then calculated by dividing the length of the straight lines by the number of crossings, and the average intercept length is multiplied by 1.128, the conversion coefficient for two-dimensional grain size, to obtain the average grain size.
  • the above measurements are performed at three locations on one measurement sample, and the average value of the average particle size at the three locations is regarded as the average particle size of the titanium material in this disclosure.
  • the grain size of the crystal grains that make up the titanium material preferably varies little from the viewpoint of homogenizing strength and ductility.
  • the ratio D90/D10 of the cumulative 90% particle size D90 from the small diameter side to the cumulative 10% particle size D10 from the small diameter side may be 5 or more and 1000 or less, or 10 or more and 1000 or less. The smaller the value of D90/D10, the smaller the variation in grain size of the crystal grains.
  • the grain size of each crystal grain for calculating the above D90/D10 is obtained by performing image processing using commercially available image analysis software on an optical microscope image taken under the same conditions as the above cutting method, and measuring the circle equivalent diameter of each crystal grain.
  • a measurement field of view of 50 mm x 50 mm is set in the optical microscope image, and a volume-based cumulative grain size distribution is created based on all the crystal grains observed in the measurement field. D90/D10 is calculated based on this cumulative grain size distribution.
  • the Vickers hardness of the titanium material of the first embodiment can be 200 Hv or more. This provides the titanium material with excellent hardness and improved wear resistance.
  • the lower limit of the Vickers hardness of the titanium material may be 200 Hv or more, or 220 Hv or more, from the viewpoint of ensuring excellent hardness.
  • the upper limit of the Vickers hardness of the titanium material is preferably as high as possible, so is not particularly limited, but can be, for example, 400 Hv or less.
  • the Vickers hardness of the titanium material may be 200 Hv or more and 400 Hv or less, or 220 Hv or more and 400 Hv or less.
  • the Vickers hardness of titanium materials is measured in accordance with JIS Z 2244:2009 "Vickers hardness test - Test method.”
  • the test temperature is 23°C ⁇ 5°C.
  • the heat resistance temperature of the titanium material of the first embodiment can be set to 100° C. or higher. This allows the titanium material to maintain excellent strength even at high temperatures of 100° C. or higher.
  • the lower limit of the heat resistance temperature of the titanium material of embodiment 1 may be 100°C or higher, 120°C or higher, or 140°C or higher, from the viewpoint of ensuring excellent strength.
  • the upper limit of the heat resistance temperature of the titanium material is not particularly limited, as the higher the better, but can be, for example, 190°C or lower.
  • the heat resistance temperature of the titanium material may be 100°C or higher and 190°C or lower, 120°C or higher and 190°C or lower, or 140°C or higher and 190°C or lower.
  • the heat resistance temperature of titanium materials is measured by X-ray diffraction analysis, comparing the X-ray diffraction pattern at 25°C with the X-ray diffraction pattern at a specified temperature.
  • the specific measurement method is as follows.
  • the surface of the titanium material is polished to prepare a measurement sample.
  • the measurement sample is irradiated with X-rays under the measurement conditions below to obtain an X-ray diffraction pattern.
  • 25°C and multiple temperatures above 25°C are appropriately selected, and an X-ray diffraction pattern is obtained at each temperature.
  • the X-ray diffraction pattern at 25°C is compared with the X-ray diffraction pattern at a specified temperature above 25°C (hereinafter also referred to as the "specified temperature"), and if the shapes of both X-ray diffraction patterns match, the measurement sample is determined to maintain its crystal structure at the specified temperature and to be heat resistant.
  • the two X-ray diffraction patterns match is confirmed by the fact that all of the diffraction peak positions match and the order of intensity of each diffraction peak also matches.
  • the above X-ray diffraction measurement is performed by increasing the temperature condition until the X-ray diffraction pattern at a specified temperature above 25°C has a different shape from the X-ray diffraction pattern at 25°C.
  • the X-ray diffraction pattern at the highest temperature that matches the X-ray diffraction pattern at 25°C is identified.
  • the highest temperature is determined to be the heat resistance temperature of the measurement sample.
  • the volume of the titanium material of the first embodiment can be 0.001 mm3 or more. Since the titanium material has a sufficient size as a biocompatible metal material, it can be used for various applications such as dental implant components and artificial joints. It can also be suitably used as a material for capsules for storing diamond sensors.
  • the lower limit of the volume of the titanium material may be 0.001 mm3 or more, 0.01 mm3 or more, 0.1 mm3 or more, 1 mm3 or more, 10 mm3 or more, or 100 mm3 or more.
  • the upper limit of the volume of the titanium material is not particularly limited because a larger upper limit is preferable, but is preferably 100,000 mm3 or less, for example.
  • the volume of the titanium material may be 0.001 mm3 or more and 100,000 mm3 or less, 10 mm3 or more and 100,000 mm3 or less, or 100 mm3 or more and 100,000 mm3 or less.
  • the volume of the titanium material is measured by Archimedes' method.
  • the 0.2% yield strength in a tensile test of the titanium material of embodiment 1 can be more than 180 MPa, which further improves the strength.
  • the lower limit of the 0.2% yield strength in a tensile test of a titanium material may be 250 MPa or more, 400 MPa or more, or 550 MPa or more, from the viewpoint of ensuring excellent strength.
  • the upper limit of the 0.2% yield strength in a tensile test of a titanium material is not particularly limited, since a larger upper limit is preferable.
  • the measurement of 0.2% yield strength in tensile tests of titanium materials is carried out in accordance with JIS Z 2241:2011 "Method of tensile testing of metallic materials.”
  • the test temperature is 23°C ⁇ 5°C.
  • the 0.2% yield strength in a compression test of the titanium material of the first embodiment can be 570 MPa or more, which further improves the strength.
  • the lower limit of the 0.2% yield strength in a compression test of a titanium material may be 600 MPa or more, 700 MPa or more, or 800 MPa or more, from the viewpoint of ensuring excellent strength.
  • the upper limit of the 0.2% yield strength in a compression test of a titanium material is preferably as high as possible, so is not particularly limited, but can be, for example, 5000 MPa or less.
  • the 0.2% yield strength in a compression test of a titanium material may be 570 MPa or more and 5000 MPa or less, 600 MPa or more and 5000 MPa or less, 700 MPa or more and 5000 MPa or less, or 800 MPa or more and 5000 MPa or less.
  • the measurement of 0.2% yield strength in compression testing of titanium materials is carried out in accordance with JIS R 1608:2003 "Test method for compressive strength of fine ceramics.”
  • the test temperature is 23°C ⁇ 5°C.
  • a medical device according to one embodiment of the present disclosure (hereinafter also referred to as “embodiment 2") is a medical device containing the titanium material described in embodiment 1.
  • the medical device of embodiment 2 can have high strength.
  • Examples of medical devices include dental implant components, artificial joints, and housings and components of implantable devices.
  • a dental implant component according to one embodiment of the present disclosure (hereinafter also referred to as "Embodiment 3") is a dental implant component including the titanium material described in Embodiment 1.
  • the dental implant component of Embodiment 3 can have high strength.
  • a capsule for storing a diamond sensor according to one embodiment of the present disclosure (hereinafter also referred to as “embodiment 4") is a capsule for storing a diamond sensor that contains the titanium material described in embodiment 1.
  • the titanium material of embodiment 1 has high strength, so it can be suitably used as a material for a capsule for storing a diamond sensor.
  • titanium materials are manufactured by subjecting pure titanium, ⁇ -titanium alloys, and ⁇ + ⁇ -titanium alloys to plastic processing with a processing strain of 0.5 or more under a pressure of 1.5 GPa or more.
  • the grain size of the crystal grains that make up the titanium material in Patent Document 1 is small, at around several hundred nanometers, and is therefore presumably low in ductility.
  • the titanium material is manufactured while applying processing strain to the raw material, a strain gradient exists between the center and ends of the titanium material, making it heterogeneous and unsuitable for measuring mechanical properties such as tensile strength.
  • Fig. 3 is a schematic cross-sectional view of a high-pressure cell of the ultra-high pressure and high temperature generator used in embodiment 5.
  • the high-pressure cell 10 comprises a pressure medium 1 having a regular octahedral shape, a sample container 2 placed inside the pressure medium 1, and a heating element 3 placed around the sample container 2.
  • the sample container 2 is made of hexagonal boron nitride.
  • the heating element 3 is made of graphite.
  • a raw material 4 is sealed inside the sample container 2.
  • the maximum load of the ultra-high pressure and high temperature generator used in embodiment 5 is, for example, 2800 tons.
  • the manufacturing method of the fifth embodiment since the synthesis pressure is 9 GPa to 11 GPa and the maximum load of the manufacturing equipment is 2,800 tons, it is possible to manufacture a large cylindrical titanium material having a diameter of 10 mm, a height of 6 mm, and a volume of 471 mm3 or more . Since the titanium material has a sufficient diameter, it is possible to manufacture a test piece for performing a tensile test.
  • lanthanum chromite oxide LaCr 2 O 3 , thermal conductivity: 5 W/(m ⁇ K) or less
  • magnesia MgO: 60 W/(m ⁇ K)
  • These materials have low thermal conductivity, so a temperature gradient is likely to occur around the raw material during high-pressure, high-temperature processing. In addition, these materials have high hardness, so a pressure gradient is likely to occur. Therefore, it is presumed that the grain size of the crystal grains of the obtained titanium material is likely to vary. From the above, it is presumed that the ⁇ -Ti produced in References 1 and 2 has a lower strength than the titanium material of the present disclosure.
  • the titanium materials obtained in References 1 and 2 were small (cylindrical with a diameter of 4 mm, a height of 3 mm, and a volume of 37.7 mm3 ), making it impossible to prepare test pieces for measuring mechanical properties such as tensile strength.
  • the manufacturing conditions in References 1 and 2 use a pressure of 12 GPa, making it difficult to enlarge the titanium materials.
  • the raw material of each sample was placed in a sample container made of hexagonal boron nitride polycrystal, and pressurized to 5 GPa at room temperature using a multi-anvil ultra-high pressure and high temperature generator (Voggenreiter's "mavo press LPR 1000-400/50", heating element made of graphite, maximum load 2800 tons), and then heated to 300°C. Thereafter, the pressure was further increased to the pressure shown in the "Pressure” column of Table 1, and the temperature was heated to the temperature shown in the "Temperature” column of Table 1, and the temperature was maintained for the time shown in the "Maintaining Time” column of Table 1 to obtain a titanium material.
  • the obtained titanium material was cylindrical with a diameter of 10 mm, a height of 6 mm, and a volume of 471 mm3.
  • Samples 101 to 107 correspond to alpha pure titanium, which is the raw material of samples 1 to 7, respectively.
  • Sample 102 corresponds to JIS-1
  • sample 103 corresponds to JIS-2
  • sample 104 corresponds to JIS-3
  • samples 105 and 107 correspond to JIS-4.
  • Samples 101 and 106 were prepared for this example. In sample 101, the total of the raw materials is 100.0001 mass%, but this is due to rounding.
  • the relationship between the density ⁇ (g/ cm3 ) of the titanium material of each sample and the content c (mass%) of components other than titanium in the titanium material is shown in the coordinate system of Figure 4.
  • the X-axis represents the content c (mass%) of components other than titanium
  • the Y-axis represents the density ⁇ (g/ cm3 ).
  • the region showing the relationship of formula I above is the region indicated by diagonal lines.
  • Sample 1 and sample 101 have the same titanium content. Sample 1 was confirmed to have higher strength (tensile strength) than sample 101.
  • Sample 2 and sample 102 have the same titanium content. Sample 2 was confirmed to have higher strength (tensile strength) than sample 102.
  • Sample 3 and sample 103 have the same titanium content. Sample 3 was confirmed to have higher strength (tensile strength) than sample 103.
  • Sample 4 and sample 104 have the same titanium content. Sample 4 was confirmed to have higher strength (tensile strength) than sample 104.
  • Sample 5 and sample 105 have the same titanium content. Sample 5 was confirmed to have higher strength (tensile strength) than sample 1051.
  • Sample 6 and sample 106 have the same titanium content. Sample 6 was confirmed to have higher strength (tensile strength) than sample 106.
  • Sample 7 and sample 107 have the same titanium content. Sample 7 was confirmed to have higher strength (tensile strength) than sample 107.

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Abstract

チタン材料は、チタンを９８．８質量％以上含むチタン材料であって、前記チタン材料の密度ρｇ／ｃｍ３および前記チタン材料のチタン以外の成分の含有率ｃ質量％は、下記式Ｉの関係を示す、　ρ＞０．００７ｃ＋４．５２　式Ｉ　上記式Ｉにおいて、ｃは０以上１．２以下である、チタン材料である。

Description

チタン材料、医療用部材、歯科インプラント構成部材およびダイヤセンサー収納用カプセル
　本開示は、チタン材料、医療用部材、歯科インプラント構成部材およびダイヤセンサー収納用カプセルに関する。
　チタン材料は高い比強度を有するため、航空宇宙産業や自動車産業などの分野で使用されてきた。また、生体適合性に優れているため、歯科用インプラント等の生体用金属材料としての需要も高まっている。
　図１のチタンの温度－圧力相図に示されるように、チタンには、アルファ相（図１においてαと示される相）の結晶構造を有するアルファチタン、ベータ相（図１においてβと示される相）の結晶構造を有するベータチタンおよびオメガ相（図１においてωと示される相）の結晶構造を有するオメガチタンの３つの相が存在する。アルファチタンは常温常圧での安定相であり、六方最密充填格子（ｈｃｐ）の結晶構造を有する。ベータチタンは高温側での安定相であり、体心立方格子（ｂｃｃ）の結晶構造を有する。オメガチタンは、ベータチタンからアルファチタンを晶出する際に生じる準安定の遷移相であり、単純六方晶の結晶構造を有する。
　特許文献１には、高い強度を有するチタン材料として、常温、常圧でα相とω相とが混在しているチタン材料が開示されている。
特開２００９－２２８０５３号公報
　本開示のチタン材料は、
　チタンを９８．８質量％以上含むチタン材料であって、
　前記チタン材料の密度ρｇ／ｃｍ３および前記チタン材料のチタン以外の成分の含有率ｃ質量％は、下記式Ｉの関係を示す、
　ρ＞０．００７ｃ＋４．５２　式Ｉ
　上記式Ｉにおいて、ｃは０以上１．２以下である、チタン材料である。
図１は、チタンの温度－圧力相図である。 図２は、従来のチタン材料および実施形態１のチタン材料の引張強度σＢと破断伸びδとの関係を示す座標系である。 図３は、本開示のチタン材料の製造に用いられる超高圧高温発生装置の高圧セルの模式的断面図である。 図４は、実施例の各試料のチタン材料の密度ρおよびチタン材料のチタン以外の成分の含有率ｃの関係を示す座標系である。
　[本開示が解決しようとする課題]
　近年、チタン材料の用途の広がりに伴い、より高い強度を有するチタン材料が求められている。
　本開示は、高い強度を有するチタン材料を提供することを目的とする。
　[本開示の効果]
　本開示のチタン材料は、高い強度を有することができる。
　［本開示の実施形態の説明］
　最初に本開示の実施態様を列記して説明する。
　（１）本開示のチタン材料は、チタンを９８．８質量％以上含むチタン材料であって、
　前記チタン材料の密度ρｇ／ｃｍ３および前記チタン材料のチタン以外の成分の含有率ｃ質量％は、下記式Ｉの関係を示す、
　ρ＞０．００７ｃ＋４．５２　式Ｉ
　上記式Ｉにおいて、ｃは０以上１．２以下である、チタン材料である。
　本開示のチタン材料は、高い強度を有することができる。本開示において、「チタン材料は、高い強度を有する」とは、本開示のチタン材料の強度が、同一のチタン含有率であり、かつ、チタンがアルファチタンである従来のチタン材料の強度よりも高いことを意味する。本開示において、「強度」とは引張強度を意味する。
　（２）上記（１）において、前記チタン材料は、オメガ相の結晶構造を有するチタンを４９質量％以上含んでもよい。これによると、チタン材料は更に高い強度を有することができる。
　（３）上記（１）または（２）において、前記チタン材料の引張強度σＢＭＰａおよび前記チタン材料の破断伸びδ％は、下記式ＩＩの関係を示してもよい。
　σＢ≧１６００－３０δ　式ＩＩ
　上記式ＩＩにおいて、σＢ≧４００、かつ、δ≧２０である。
　これによると、チタン材料は高い強度および高い延性を有することができる。
　（４）上記（１）から（３）のいずれかにおいて、前記チタン材料を構成する結晶粒の平均粒径は、１μｍ以上１０００μｍ以下であってもよい。これによると、チタン材料は高い強度および高い延性を有することができる。
　（５）上記（１）から（４）のいずれかにおいて、前記チタン材料のビッカース硬さは、２００Ｈｖ以上であってもよい。これによると、チタン材料は高い硬度を有することができる。
　（６）上記（１）から（５）のいずれかにおいて、前記チタン材料の耐熱温度は、１００℃以上であってもよい。これによると、チタン材料は、１００℃以上の高温でも高い強度を維持することができる。
　（７）上記（１）から（６）のいずれかにおいて、前記チタン材料の体積は、０．００１ｍｍ３以上であってもよい。これによると、チタン材料は、生体用金属材料として十分な大きさを有するため、歯科インプラント構成部材や人工関節等の様々な用途に使用することができる。また、ダイヤセンサー収納用カプセルの材料としても好適に用いることができる。
　（８）上記（１）から（７）のいずれかにおいて、前記チタン材料は、水素、炭素、窒素、酸素および鉄からなる群より選ばれる少なくとも１種の不純物元素を含み、
　前記チタン材料の前記チタンおよび前記不純物元素の合計含有率は、９９．９９質量％以上であってもよい。これによると、チタン材料は優れた生体適合性を有することができる。
　（９）上記（１）から（８）のいずれかにおいて、前記チタン材料を構成する結晶粒の体積基準の累積粒度分布における、小径側からの累積１０％粒子径Ｄ１０に対する、前記小径側からの累積９０％粒子径Ｄ９０の割合Ｄ９０／Ｄ１０は、５以上１０００以下であってもよい。これによると、チタン材料の強度および延性が均質化され、チタン材料は更に高い強度および高い延性を有することができる。
　（１０）本開示の医療用部材は、上記（１）から（９）のいずれかのチタン材料を含む医療用部材である。本開示の医療用部材は、高い強度を有することができる。
　（１１）本開示の歯科インプラント構成部材は、上記（１）から（９）のいずれかのチタン材料を含む歯科インプラント構成部材である。本開示の歯科インプラント構成部材は、高い強度を有することができる。
　（１２）本開示のダイヤセンサー収納用カプセルは、上記（１）から（９）のいずれかのチタン材料を含むダイヤセンサー収納用カプセルである。本開示のダイヤセンサー収納用カプセルは、高い強度を有することができる。
　［本開示の実施形態の詳細］
　本開示のチタン材料、医療用部材、歯科インプラント構成部材およびダイヤセンサー収納用カプセルの具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。本開示の図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表すものである。また、長さ、幅、厚さ、深さなどの寸法関係は図面の明瞭化と簡略化のために適宜変更されており、必ずしも実際の寸法関係を表すものではない。
　本開示において「Ａ～Ｂ」という形式の表記は、範囲の上限下限（すなわちＡ以上Ｂ以下）を意味し、Ａにおいて単位の記載がなく、Ｂにおいてのみ単位が記載されている場合、Ａの単位とＢの単位とは同じである。
　本開示において、数値範囲の下限及び上限として、それぞれ１つ以上の数値が記載されている場合は、下限に記載されている任意の１つの数値と、上限に記載されている任意の１つの数値との組み合わせも開示されているものとする。例えば、下限として、ａ１以上、ｂ１以上、ｃ１以上が記載され、上限としてａ２以下、ｂ２以下、ｃ２以下が記載されている場合は、ａ１以上ａ２以下、ａ１以上ｂ２以下、ａ１以上ｃ２以下、ｂ１以上ａ２以下、ｂ１以上ｂ２以下、ｂ１以上ｃ２以下、ｃ１以上ａ２以下、ｃ１以上ｂ２以下、ｃ１以上ｃ２以下が開示されているものとする。
　［実施形態１：チタン材料］
　本開示の一実施形態（以下、「実施形態１」とも記す。）に係るチタン材料は、
　チタンを９８．８質量％以上含むチタン材料であって、
　チタン材料の密度ρ（ｇ／ｃｍ３）およびチタン材料のチタン以外の成分の含有率ｃ（質量％）は、下記式Ｉの関係を示す、
　ρ＞０．００７ｃ＋４．５２　式Ｉ
　上記式Ｉにおいて、ｃは０以上１．２以下である、チタン材料である。
　実施形態１のチタン材料は、高い強度を有することができる。式Ｉにおいて、傾きは０．００７である。これは、チタン材料のチタン以外の成分の含有率ｃの増加に伴い、チタン材料の密度が増加しやすい傾向にあり、チタン材料の強度が向上しやすい傾向にあることを示している。
　チタン材料の密度ρ（ｇ／ｃｍ３）およびチタン材料のチタン以外の成分の含有率ｃ（質量％）は、下記式Ｉ－Ａまたは下記式Ｉ－Ｂの関係を示すことができる。
　ρ＞０．００７ｃ＋４．５３６　式Ｉ－Ａ
　ρ＞０．００７ｃ＋４．５５２　式Ｉ－Ｂ
　上記式Ｉ－Ａおよび式Ｉ－Ｂにおいて、ｃは０以上１．２以下である。
　上記式Ｉ－Ａまたは式Ｉ－Ｂを満たすチタン材料は、更に高い強度を有することができる。
　＜組成＞
　実施形態１のチタン材料は、チタンを９８．８質量％以上含む。チタン材料のチタンの含有率の下限は、生体適合性を高めるという観点から、９８．８０質量％以上でもよく、９８．９０質量％以上でもよく、９８．９５５質量％以上でもよく、９８．９６質量％以上でもよく、９９．０質量％以上でもよく、９９．２０質量％以上でもよく、９９．２０５質量％以上でもよく、９９．３０質量％以上でもよく、９９．３２５質量％以上でもよく、９９．４０質量％以上でもよく、９９．４９５質量％以上でもよく、９９．９９質量％以上でもよく、または、９９．９９９質量％以上でもよい。チタン材料のチタンの含有率の上限は、１００質量％以下でもよい。チタン材料はチタン１００質量％からなることもできる。チタン材料のチタンの含有率は、９８．８質量％以上１００質量％以下でもよく、９８．９５５質量％以上１００質量％以下でもよく、９９．０質量％以上１００質量％以下でもよく、９９．２０５質量％以上１００質量％以下でもよく、９９．３２５質量％以上１００質量％以下でもよく、９９．４９５質量％以上１００質量％以下でもよく、または、９９．９９９質量％以上１００質量％以下でもよい。
　実施形態１のチタン材料のチタンの含有率の上限は、不可避不純物を考慮した場合は、例えば、９９．９９９９質量％以下でもよく、または、９９．９９９質量％以下でもよい。チタン材料のチタンの含有率は、９８．８質量％以上９９．９９９９質量％以下でもよく、９８．９５５質量％以上９９．９９９９質量％以下でもよく、９９．０質量％以上９９．９９９９質量％以下でもよく、９９．２０５質量％以上９９．９９９９質量％以下でもよく、９９．３２５質量％以上９９．９９９９質量％以下でもよく、９９．４９５質量％以上９９．９９９９質量％以下でもよく、または、９９．９９９０質量％以上９９．９９９９質量％以下でもよい。
　実施形態１のチタン材料のチタン以外の成分の含有率ｃは、０質量％以上１．２質量％以下である。チタン以外の成分としては、例えば、一般的な遷移金属元素（スカンジウム（Ｓｃ）、クロム（Ｃｒ）、マンガン（Ｍｎ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、イットリウム（Ｙ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ニオブ（Ｎｂ）、モリブデン（Ｍｏ）、銀（Ａｇ）、ハフニウム（Ｈｆ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）等）や、不可避不純物としての水素（Ｈ）、炭素（Ｃ）、窒素（Ｎ）、酸素（Ｏ）が挙げられる。
　本開示において、チタン材料のチタン以外の成分の含有率ｃの測定方法は以下の通りである。チタン材料に対してＩＣＰ分析法（高周波誘導結合プラズマ発光分光分析法）を行うことにより、チタン材料のチタン以外の全ての金属元素（Ｓｃ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ａｇ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｐｔ、Ａｕなど）の合計含有率ｃ１（質量％）を測定する。チタン材料に対してＳＩＭＳ分析法（二次イオン質量分析法）を行うことにより、チタン材料の金属元素以外の全ての元素（炭素（Ｃ）、窒素（Ｎ）、酸素（Ｏ）、水素（Ｈ）など）の合計含有率ｃ２（質量％）を測定する。本開示において、合計含有率ｃ１と合計含有率ｃ２との合計が、チタン材料のチタン以外の成分の含有率ｃに該当する。
　本開示において、チタン材料のチタンの含有率の測定方法は、チタン以外の成分の含有率ｃを上記の方法で測定し、チタン材料を１００質量％として、これからチタン以外の成分の含有率ｃを減じて求められる。
　実施形態１において、チタン材料は、９８．８質量％以上のチタンを含み、チタン材料は、水素、炭素、窒素、酸素および鉄からなる群より選ばれる少なくとも１種の不純物元素を含み、チタン材料のチタンおよび不純物元素の合計含有率は、９９．９９質量％以上であってもよい。これによると、チタン材料は、従来のチタン合金に含まれているバナジウム（Ｖ）やアルミニウム（Ａｌ）などの生体に有害な成分を含まない、または、含んでいても非常に微量であるため、優れた生体適合性を有することができる。
　チタン材料のチタンおよび上記不純物元素の合計含有率は、９９．９９質量％以上１００質量％以下でもよく、９９．９９９質量％以上１００質量％以下でもよく、１００質量％でもよい。
　＜密度ρ＞
　実施形態１のチタン材料の密度ρの下限は、４．５２ｇ／ｃｍ３超であり、４．５３６ｇ／ｃｍ３以上でもよく、４．５４３ｇ／ｃｍ３以上でもよく、４．５４４ｇ／ｃｍ３以上でもよく、または、４．５５２ｇ／ｃｍ３以上でもよい。チタン材料の密度ρの上限は、４．５８ｇ／ｃｍ３以下でもよく、４．５７ｇ／ｃｍ３以下でもよく、４．５６ｇ／ｃｍ３以下でもよい。チタン材料の密度ρは、４．５２ｇ／ｃｍ３超４．５８ｇ／ｃｍ３以下でもよく、４．５３６ｇ／ｃｍ３以上４．５７０ｇ／ｃｍ３以下でもよく、または、４．５５２ｇ／ｃｍ３以上４．５６０ｇ／ｃｍ３以下でもよい。
　本開示において、チタン材料の密度の測定方法は、以下の通りである。マイクロメリティックス社製乾式自動密度計（アキュピックＩＩ　１３４５シリーズ）を用いた乾式の気体置換法により、測定試料であるチタン材料の体積測定（ガスピクノメーター）および質量測定を行う。得られた体積および質量に基づき、チタン材料の密度を算出する。ガスピクノメーターで使用する置換気体はヘリウム、窒素、または、その他の不活性ガスである。質量測定には電子天秤を使用し、有効数字５桁以上の精度で測定を行う。なお、同一の測定試料に対して、ピクノメーターを用いた体積測定を１０回以上実施し、測定結果のばらつきがほとんどない（例えば、０．０２％以内）こと、並びに、質量および体積から算出される密度のばらつきがほとんどない（例えば、０．０２％以内）ことが確認されている。
　＜オメガ相の結晶構造を有するチタン＞
　実施形態１のチタン材料は、オメガ相の結晶構造を有するチタンを４９質量％以上含むことができる。これによると、チタン材料は優れた強度および延性を有することができる。
　従来、常温常圧下でのオメガチタンの存在は、アルファチタンを約９９質量％以上含むアルファ純チタンの製造工程において、アルファチタン相中にナノ粒子として微量析出するものとして確認されていた。オメガチタンは、アルファ純チタンを脆弱化させる。よって、従来は、アルファ純チタン中のオメガチタンの含有量を低減させることが好ましいと考えられていた。
　本発明者等は、従来のアルファ純チタン中のオメガチタンの含有量を低減させるという技術的思想とは全く逆の発想の下、試行錯誤の結果、オメガチタンを４９質量％以上含むチタン材料を作製した。オメガチタンを４９質量％以上含むチタン材料は、優れた強度および延性を有することが確認された。
　チタン材料のオメガ相の結晶構造を有するチタンの含有率（以下、「オメガチタンの含有率」とも記す。）の下限は、強度および延性の向上の観点から、４９質量％以上でもよく、５０質量％以上でもよく、５５質量％以上でもよく、６０質量％以上でもよく、６５質量％以上でもよく、７０質量％以上でもよく、７５質量％以上でもよく、８０質量％以上でもよく、８５質量％以上でもよく、９０質量％以上でもよく、９５質量％以上でもよく、９８．８質量％以上でもよく、９８．９５５質量％以上でもよく、９９質量％以上でもよく、９９．２質量％以上でもよく、９９．２０５質量％以上でもよく、９９．３２５質量％以上でもよく、９９．４９５質量％以上でもよく、９９．５質量％以上でもよく、または、９９．９９９質量％以上でもよい。チタン材料のオメガチタンの含有率の上限は、１００質量％以下でもよい。チタン材料はオメガチタン１００質量％からなることもできる。チタン材料のオメガチタンの含有率は、４９質量％以上１００質量％以下でもよく、５０質量％以上１００質量％以下でもよく、５５質量％以上１００質量％以下でもよく、６０質量％以上１００質量％以下でもよく、６５質量％以上１００質量％以下でもよく、７０質量％以上１００質量％以下でもよく、７５質量％以上１００質量％以下でもよく、８０質量％以上１００質量％以下でもよく、８５質量％以上１００質量％以下でもよく、９０質量％以下１００質量％以下でもよく、９５質量％以下１００質量％以下でもよく、９８．８質量％以上１００質量％以下でもよく、９９質量％以上１００質量％以下でもよく、９９．２質量％以上１００質量％以下でもよく、または、９９．９９９質量％以上１００質量％以下でもよい。
　実施形態１のチタン材料のオメガチタンの含有率の上限は、不可避不純物を考慮した場合は、例えば、９９．９９９９質量％以下とすることができる。チタン材料のオメガチタンの含有率は、４９質量％以上９９．９９９９質量％以下でもよく、５０質量％以上９９．９９９９質量％以下でもよく、５５質量％以上９９．９９９９質量％以下でもよく、６０質量％以上９９．９９９９質量％以下でもよく、６５質量％以上９９．９９９９質量％以下でもよく、７０質量％以上９９．９９９９質量％以下でもよく、７５質量％以上９９．９９９９質量％以下でもよく、８０質量％以上９９．９９９９質量％以下でもよく、８５質量％以上９９．９９９９質量％以下でもよく、９０質量％以上９９．９９９９質量％以下でもよく、９５質量％以上９９．９９９９質量％以下でもよく、９８．８質量％以上９９．９９９９質量％以下でもよく、９９質量％以上９９．９９９９質量％以下でもよく、９９．２質量％以上９９．９９９９質量％以下でもよく、または、９９．９９９０質量％以上９９．９９９９質量％以下でもよい。
　実施形態１のチタン材料は、本開示の効果を示す範囲において、オメガチタンに加えて、アルファチタンおよびベータチタンの一方または両方を含んでいても構わない。チタン材料中のアルファチタンおよびベータチタンの合計含有率は、チタン材料のチタンの含有率からオメガチタンの含有率を減じた値とすることができる。
　実施形態１のチタン材料において、アルファチタン、ベータチタンおよびオメガチタンの合計に対するオメガチタンの質量基準の百分率は、５０％以上１００％以下でもよく、５５％以上１００％以下でもよく、６０％以上１００％以下でもよく、６５％以上１００％以下でもよく、７０％以上１００％以下でもよく、７５％以上１００％以下でもよく、８０％以上１００％以下でもよく、８５％以上１００％以下でもよく、９０％以下１００％以下でもよく、９５％以下１００％以下でもよく、９８．８％以上１００％以下でもよく、９９％以上１００％以下でもよく、９９．２％以上１００％以下でもよく、９９．９９９％以上１００％以下でもよく、１００％でもよい。アルファチタン、ベータチタンおよびオメガチタンの合計に対するオメガチタンの質量基準の百分率は、チタンのオメガチタンの質量基準の百分率に該当する。
　チタン材料のオメガチタンの含有率（質量％）は、以下の手順で測定される。まず、チタン材料のチタン以外の成分の含有率ｃをＩＣＰ分析法およびＳＩＭＳ分析法で測定する。チタン材料を１００質量％として、これからチタン以外の成分の含有率ｃを減じることにより、チタン材料のチタンの含有率（質量％）を得る。次に、チタン材料に対してＸ線回折測定を行い、Ｘ線回折スペクトルを得る。
　Ｘ線回折測定に用いる装置としては、株式会社リガク社製の「ＭｉｎｉＦｌｅｘ」（商標）が挙げられる。Ｘ線回折測定の条件は下記の通りである。
　≪Ｘ線回折測定条件≫
　特性Ｘ線：　Ｃｕ－Ｋα（波長１．５４Å）
　フィルター：　多層ミラー
　光学系：　集中法
　Ｘ線回折法：　θ－２θ法
　測定時の温度：２５℃
　得られたＸ線回折スペクトルにおいて、オメガチタン、アルファチタンおよびベータチタンのそれぞれの強度を測定する。オメガチタンの強度Ｉωは、２θ＝３８．８°～３９．２°の範囲の最大強度である。アルファチタンの強度Ｉαは、２θ＝３９．４°～４０．６°の範囲の最大強度である。ベータチタンの強度Ｉβは、２θ＝３８．２°～３８．７°の範囲の最大強度である。強度Ｉω、強度Ｉα、強度Ｉβの合計に対する、強度Ｉωの割合Ｉω／（Ｉω＋Ｉα＋Ｉβ）を算出することにより、チタンのオメガチタンの質量基準の百分率（％）を得る。チタン材料のチタンの含有率（質量％）、および、チタンのオメガチタンの質量基準の百分率（％）に基づき、チタン材料のオメガチタンの含有率（質量％）が算出される。
　＜引張強度σＢＭＰａおよび破断伸びδ％の関係＞
　実施形態１のチタン材料において、チタン材料の引張強度σＢＭＰａおよび破断伸びδ％は、下記式ＩＩの関係を示すことができる。
　σＢ≧１６００－３０δ　式ＩＩ
　上記式ＩＩにおいて、σＢ≧４００、かつ、δ≧２０である。
　上記式ＩＩの関係を示すチタン材料について、図２を用いて説明する。図２は、チタン材料の引張強度σＢと破断伸びδとの関係を示す座標系である。図２の座標系において、Ｘ軸は引張強度σＢ（ＭＰａ）を示し、Ｙ軸は破断伸びδ（％）を示す。引張強度は材料の強度を示す指標の一つであり、数値が大きいほど強度が高いことを示す。破断伸びは材料の延性を示す指標の一つであり、数値が大きいほど、延性が高いことを示す。図２において、従来のチタン材料は、ＪＩＳ－１～ＪＩＳ－４で示され、これらの引張強度および破断伸びのデータは、藤井秀樹、前田尚志（２０１３）「新日鐵住金（株）の独自チタン合金」、新日鐵住金技法第３９６号、ｐｐ．１６－２２の図１を参考にして作成された。
　ＪＩＳ－１～ＪＩＳ－４は、ＪＩＳ　Ｈ　４６００：２０１２「チタンおよびチタン合金－板および条」に記載される工業用純チタンを意味する。具体的には、ＪＩＳ－１はＪＩＳ　Ｈ　４６００　１種を意味し、ＪＩＳ－２はＪＩＳ　Ｈ　４６００　２種を意味し、ＪＩＳ－３はＪＩＳ　Ｈ　４６００　３種を意味し、ＪＩＳ－４はＪＩＳ　Ｈ　４６００　４種を意味する。ＪＩＳ－１～ＪＩＳ－４は、チタンの含有率が約９９質量％以上であり、アルファ相の結晶構造を有している。以下、アルファ相の結晶構造を有する純チタンを、アルファ純チタンとも記す。
　図２において、上記式ＩＩの関係を示す領域は、斜線で示される領域である。斜線で示される領域は、破断伸びが２０％以上であり延性が高く、引張強度が４００ＭＰａ以上であり強度が高い。上記式ＩＩの関係を満たすチタン材料は、高い強度および高い延性を有する。従来のチタン材料であるアルファ純チタンは、高い破断伸び（以下、延性とも記す。）を有するが、引張強度（強度とも記す。）が小さく、上記式ＩＩの関係を満たさない。
　チタン材料の引張強度σＢＭＰａおよび破断伸びδ％は、下記式ＩＩ－Ａまたは下記式ＩＩ－Ｂの関係を示すことができる。
　σＢ＞１８７５－３０δ　式ＩＩ－Ａ
　σＢ＞１９００－３０δ　式ＩＩ－Ｂ
　上記式ＩＩ－Ａおよび式ＩＩ－Ｂにおいて、σＢ≧４００、かつ、δ≧２０である。
　上記式ＩＩ－Ａまたは式ＩＩ－Ｂの関係を満たすチタン材料は、更に高い強度および高い延性を有することができる。
　＜引張強度σＢ＞
　実施形態１のチタン材料の引張強度σＢの下限は４００ＭＰａ以上とすることができる。チタン材料の引張強度σＢの下限は、優れた強度を確保する観点から、５００ＭＰａ以上でもよく、６００ＭＰａ以上でもよく、または、８００ＭＰａ以上でもよい。チタン材料の引張強度σＢの上限は特に制限されないが、例えば１５５０ＭＰａ未満とすることができる。チタン材料の引張強度σＢは、４００ＭＰａ以上１５５０ＭＰａ未満でもよく、５００ＭＰａ以上１５５０ＭＰａ未満でもよく、６００ＭＰａ以上１５５０ＭＰａ未満でもよく、または、８００ＭＰａ以上１５５０ＭＰａ未満でもよい。
　チタン材料の引張強度σＢの測定は、ＪＩＳ　Ｚ　２２４１：２０１１「金属材料引張試験方法」に準拠して行われる。試験温度は２３℃±５℃とする。
　＜破断伸びδ＞
　実施形態１のチタン材料の破断伸びδは、２０％以上とすることができる。チタン材料の破断伸びδの下限は、優れた延性を確保する観点から、２５％以上でもよく、３０％以上でもよく、または、３５％以上でもよい。チタン材料の破断伸びδの上限は、例えば、５０％以下でもよく、または、４５％以下でもよい。チタン材料の破断伸びδは、２０％以上５０％以下でもよく、２５％以上５０％以下でもよく、３０％以上５０％以下でもよく、３５％以上５０％以下でもよく、２０％以上４５％以下でもよく、２５％以上４５％以下でもよく、または、３０％以上４５％以下でもよい。
　チタン材料の破断伸びδの測定は、ＪＩＳ　Ｚ　２２４１：２０１１「金属材料引張試験方法」に準拠して行われる。試験温度は２３℃±５℃とする。
　＜平均粒径＞
　実施形態１のチタン材料を構成する結晶粒の平均粒径（以下、「チタン材料の平均粒径」とも記す。）は、１μｍ以上１０００μｍ以下とすることができる。これによると、チタン材料の強度および延性が更に向上する。
　チタン材料の平均粒径の下限は、強度向上の観点から、１μｍ以上でもよく、３μｍ以上でもよく、５μｍ以上でもよく、１０μｍ以上でもよく、または、２０μｍ以上でもよい。チタン材料の平均粒径の上限は、優れた強度を確保する観点から、１０００μｍ以下でもよく、５００μｍ以下でもよく、２００μｍ以下でもよく、１００μｍ以下でもよく、または、５０μｍ以下でもよい。チタン材料の平均粒径は、１μｍ以上１０００μｍ以下でもよく、３μｍ以上５００μｍ以下でもよく、５μｍ以上２００μｍ以下でもよく、１０μｍ以上１００μｍ以下でもよく、１０μｍ以上５０μｍ以下でもよく、または、２０μｍ以上５０μｍ以下でもよい。
　本開示において、チタン材料の平均粒径は切断法で測定される。具体的な測定方法は以下の通りである。チタン材料の表面をＳｉＣ研磨紙およびＡｌ２Ｏ３ラッピングフィルムで研磨する。研磨面を、光学顕微鏡を用いて倍率１００倍で撮像し、光学顕微鏡画像を得る。
　光学顕微鏡画像に直径５０ｍｍの円を書き、円の中心から８本の直線を放射状に円の外周まで引き、円の中で直線が粒子の粒界を横切る数を数える。そして、直線の長さをその横切る数で割ることで平均切片長さを求め、該平均切片長さに２次元粒径への変換係数１．１２８を掛けた値が平均粒径である。
　１つの測定試料に対して上記の測定を３箇所で行い、該３箇所における平均粒径の平均値を、本開示におけるチタン材料の平均粒径とする。
　なお、出願人が測定した限りでは、同一の試料において測定する限りにおいては、チタン材料の平均粒径の測定を、測定個所を変更して複数回行っても、測定結果のばらつきはほとんどないことが確認された。
　チタン材料を構成する結晶粒の粒径は、強度および延性の均質化の観点から、ばらつきが小さいことが好ましい。チタンを構成する結晶粒の体積基準の累積粒度分布における、小径側からの累積１０％粒子径Ｄ１０に対する、小径側からの累積９０％粒子径Ｄ９０の割合Ｄ９０／Ｄ１０は、５以上１０００以下でもよく、または、１０以上１０００以下でもよい。Ｄ９０／Ｄ１０の値が小さいほど、結晶粒の粒径のばらつきが小さいことを示す。
　上記Ｄ９０／Ｄ１０を算出するための各結晶粒の粒径は、上記の切断法と同一の条件で撮像された光学顕微鏡画像に対して市販の画像解析ソフトウエアを用いて画像処理を行い、各結晶粒の円相当径を測定することにより求められる。該光学顕微鏡画像中に５０ｍｍ×５０ｍｍの測定視野を設定し、該測定視野中に観察される全結晶粒に基づき、体積基準の累積粒度分布を作成する。該累積粒度分布に基づき、Ｄ９０／Ｄ１０を算出する。
　＜ビッカース硬さ＞
　実施形態１のチタン材料のビッカース硬さは、２００Ｈｖ以上とすることができる。これによると、チタン材料は優れた硬度を有し、耐摩耗性が向上する。
　チタン材料のビッカース硬さの下限は、優れた硬度を確保する観点から、２００Ｈｖ以上でもよく、または、２２０Ｈｖ以上でもよい。チタン材料のビッカース硬さの上限は大きい方が好ましいため、特に限定されないが、例えば、４００Ｈｖ以下とすることができる。チタン材料のビッカース硬さは、２００Ｈｖ以上４００Ｈｖ以下でもよく、または、２２０Ｈｖ以上４００Ｈｖ以下でもよい。
　チタン材料のビッカース硬さの測定は、ＪＩＳ　Ｚ　２２４４：２００９「ビッカース硬さ試験－試験方法」に準拠して行われる。試験温度は２３℃±５℃とする。
　なお、出願人が測定した限りでは、同一の試料において測定する限りにおいては、チタン材料におけるビッカース硬さの測定を、測定個所を変更して複数回行っても、測定結果のばらつきはほとんどないことが確認された。
　＜耐熱温度＞
　実施形態１のチタン材料の耐熱温度は、１００℃以上とすることができる。これによると、チタン材料は、１００℃以上の高温でも優れた強度を維持することができる。
　実施形態１のチタン材料の耐熱温度の下限は、優れた強度を確保する観点から、１００℃以上でもよく、１２０℃以上でもよく、または、１４０℃以上でもよい。チタン材料の耐熱温度の上限は、高いほど好ましいため、特に限定されないが、例えば、１９０℃以下とすることができる。チタン材料の耐熱温度は、１００℃以上１９０℃以下でもよく、１２０℃以上１９０℃以下でもよく、または、１４０℃以上１９０℃以下でもよい。
　チタン材料の耐熱温度は、Ｘ線回折分析により、２５℃におけるＸ線回折パターンと、所定温度におけるＸ線回折パターンとを比較することにより測定される。具体的な測定の測定方法は、以下の通りである。
　チタン材料の表面を研磨して測定用試料を準備する。Ｘ線回折装置を用いて、下記の測定条件で測定用試料にＸ線を照射し、Ｘ線回折パターンを得る。測定時の温度は、２５℃および２５℃超える温度を適宜複数選択し、それぞれの温度においてＸ線回折パターンを得る。
　≪Ｘ線回折測定条件≫
特性Ｘ線：　Ｃｕ－Ｋα（波長１．５４Å）
フィルター：　多層ミラー
光学系：　集中法
Ｘ線回折法：　θ－２θ法
　２５℃におけるＸ線回折パターンと、２５℃超の所定の温度（以下、「所定温度」とも記す。）におけるＸ線回折パターンと、を比較し、両方のＸ線回折パターンの形状が一致している場合、該測定用試料は、該所定温度において結晶構造が維持されており、耐熱性を有すると判断される。ここで、「両方のＸ線回折パターンが一致」していることは、全ての回折ピーク位置が全て一致しており、かつ各回折ピークの強度の順番も一致することにより確認される。
　上記のＸ線回折測定は、２５℃超の所定温度のＸ線回折パターンが、２５℃における線回折パターンと異なる形状となるまで、温度条件を上昇させて行う。得られた複数のＸ線回折パターンのうち、２５℃におけるＸ線回折パターンと一致する、最も高い温度におけるＸ線回折パターンを特定する。最も高い温度を、測定用試料の耐熱温度とする。
　＜体積＞
　実施形態１のチタン材料の体積は、０．００１ｍｍ３以上とすることができる。該チタン材料は、生体用金属材料として十分な大きさを有するため、歯科インプラント構成部材や人工関節等の様々な用途に使用することができる。また、ダイヤセンサー収納用カプセルの材料としても好適に用いることができる。
　チタン材料の体積の下限は、０．００１ｍｍ３以上でもよく、０．０１ｍｍ３以上でもよく、０．１ｍｍ３以上でもよく、１ｍｍ３以上でもよく、１０ｍｍ３以上でもよく、または、１００ｍｍ３以上でもよい。チタン材料の体積の上限は大きい方が好ましいため、特に限定されないが、例えば、１０００００ｍｍ３以下が好ましい。チタン材料の体積は、０．００１ｍｍ３以上１０００００ｍｍ３以下でもよく、１０ｍｍ３以上１０００００ｍｍ３以下でもよく、または、１００ｍｍ３以上１０００００ｍｍ３以下でもよい。チタン材料の体積は、アルキメデス法により測定される。
　＜引張試験における０．２％耐力＞
　実施形態１のチタン材料の引張試験における０．２％耐力は１８０ＭＰａ超とすることができる。これによると、強度が更に向上する。
　チタン材料の引張試験における０．２％耐力の下限は、優れた強度を確保する観点から、２５０ＭＰａ以上でもよく、４００ＭＰａ以上でもよく、または、５５０ＭＰａ以上でもよい。チタン材料の引張試験における０．２％耐力の上限は大きい方が好ましいため、特に限定されない。
　チタン材料の引張試験における０．２％耐力の測定は、ＪＩＳ　Ｚ　２２４１：２０１１「金属材料引張試験方法」に準拠して行われる。試験温度は２３℃±５℃とする。
　＜圧縮試験における０．２％耐力＞
　実施形態１のチタン材料の圧縮試験における０．２％耐力は、５７０ＭＰａ以上とすることができる。これによると、強度が更に向上する。
　チタン材料の圧縮試験における０．２％耐力の下限は、優れた強度を確保する観点から、６００ＭＰａ以上でもよく、７００ＭＰａ以上でもよく、または、８００ＭＰａ以上でもよい。チタン材料の圧縮試験における０．２％耐力の上限は大きい方が好ましいため、特に限定されないが、例えば、５０００ＭＰａ以下とすることができる。チタン材料の圧縮試験における０．２％耐力は、５７０ＭＰａ以上５０００ＭＰａ以下でもよく、６００ＭＰａ以上５０００ＭＰａ以下でもよく、７００ＭＰａ以上５０００ＭＰａ以下でもよく、または、８００ＭＰａ以上５０００ＭＰａ以下でもよい。
　チタン材料の圧縮試験における０．２％耐力の測定は、ＪＩＳ　Ｒ　１６０８：２００３「ファインセラミックスの圧縮強さ試験方法」に準拠して行われる。試験温度は２３℃±５℃とする。
　［実施形態２：医療用部材］
　本開示の一実施形態（以下、「実施形態２」とも記す。）に係る医療用部材は、実施形態１に記載のチタン材料を含む医療用部材である。実施形態２の医療用部材は、高い強度を有することができる。医療用部材としては、例えば、歯科インプラント構成部材、人工関節、体内埋込型デバイスの筐体および構成部材が挙げられる。
　［実施形態３：歯科インプラント構成部材］
　本開示の一実施形態（以下、「実施形態３」とも記す。）に係る歯科インプラント構成部材は、実施形態１に記載のチタン材料を含む歯科インプラント構成部材である。実施形態３の歯科インプラント構成部材は、高い強度を有することができる。
　［実施形態４：ダイヤセンサー収納用カプセル］
　本開示の一実施形態（以下、「実施形態４」とも記す。）に係るダイヤセンサー収納用カプセルは、実施形態１に記載のチタン材料を含むダイヤセンサー収納用カプセルである。実施形態１のチタン材料は高い強度を有するため、ダイヤセンサー収納用カプセルの材料として好適に用いることができる。
　［実施形態５：チタン材料の製造方法］
　実施形態１のチタン材料の製造方法（以下、「実施形態５」とも記す。）について以下に説明する。
　実施形態５のチタン材料の製造方法の理解を深めるために、従来のチタン材料の製造方法について説明する。
　特許文献１では、純チタン、αチタン合金、α＋βチタン合金に１．５ＧＰａ以上の圧力下で加工歪０．５以上の塑性加工を施すことによりチタン材料を製造する。特許文献１のチタン材料を構成する結晶粒の粒径は数百ナノメートル程度と小さいため延性が低いと推察される。また、該チタン材料は、原料に加工歪を与えながら作製されるため、チタン材料の中心部と端部との間に歪勾配が存在し、不均質であり、引張強度などの機械的性質の測定対象として不適切である。
　本発明者らは、鋭意検討の結果、高い強度を有する本開示のチタン材料の製造方法を新たに見出した。以下、実施形態５のチタン材料の製造方法の詳細について説明する。
　＜超高温高圧発生装置＞
　実施形態５のチタン材料の製造に用いる超高圧高温発生装置について、図３を用いて説明する。図３は、実施形態５で用いられる超高圧高温発生装置の高圧セルの模式的断面図である。高圧セル１０は、正八面体の形状を有する圧力媒体１と、圧力媒体１の内部に配置される試料容器２と、試料容器２の周囲に配置される発熱体３とを備える。試料容器２は、六方晶窒化硼素からなる。発熱体３はグラファイトからなる。試料容器２の内部に原料４が封入される。実施形態５で用いられる超高圧高温発生装置の最大荷重は、例えば２８００トンである。
　≪原料の準備≫
　原料として、チタンを９８．８質量％以上含む従来のアルファ純チタンを準備する。アルファ純チタン中のチタンは、アルファ相の結晶構造を有するアルファチタンである。
　≪高圧高温処理≫
　上記の原料を六方晶窒化硼素多結晶体製の試料容器に入れ、超高圧高温発生装置を使用して、５ＧＰａまで室温で加圧した後、３００℃まで加熱する。その後、さらに９ＧＰａ～１１ＧＰａまで加圧した後、５００℃～７００℃まで加熱し、４５分～６０分間保持する。これにより、本開示のチタン材料が得られる。
　実施形態５の製造方法では、合成圧力９ＧＰａ～１１ＧＰａ、かつ、製造装置の最大荷重が２８００トンであるため、例えば、直径１０ｍｍ、高さ６ｍｍ、体積４７１ｍｍ３以上の円筒状の大型のチタン材料を作製可能である。該チタン材料は十分な直径を有するために、引張試験を行うための試験片を作製可能である。
　なお、「澤幡ら（２０１８）、高圧下におけるω－Ｔｉ，ω－Ｚｒの単相多結晶体の合成およびその力学特性評価　高圧力の科学と技術　２８　特別号」（以下、「参考文献１」とも記す。）、および、「澤幡ら（２０１９）、高圧下におけるω－Ｔｉ単相多結晶体の合成およびその曲げ特性評価　高圧力の科学と技術　２９　特別号，９３」（以下、「参考文献２」とも記す。）には、マルチアンビル高圧発生装置（最大荷重１０００トン）を用いて、市販のα－Ｔｉを１２ＧＰａおよび４００℃で３時間処理してω－Ｔｉを作製したことが開示されている。参考文献１および参考文献２では、超高圧高温装置の発熱体としてランタンクロマイト酸化物（ＬａＣｒ２Ｏ３、熱伝導率：５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下）、および、試料容器としてマグネシア（ＭｇＯ：６０Ｗ／（ｍ・Ｋ））を用いている。これらの材料は、熱伝導率が小さいため、高圧高温処理時に、原料周辺に温度勾配が生じやすい。また、これらの材料は硬度が高いため、圧力勾配も生じやすい。よって、得られたチタン材料の結晶粒の粒径にばらつきが生じやすいと推察される。上記より、参考文献１および参考文献２で作製されたω－Ｔｉは、本開示のチタン材料に比べて、強度が低いと推察される。
　更に、参考文献１および参考文献２で得られるチタン材料は小さく（直径４ｍｍ、高さ３ｍｍ、体積３７．７ｍｍ３の円筒状）、引張強度などの機械的性質を測定するための試験片を作製することが不可能であった。参考文献１および参考文献２の製造条件は、１２ＧＰａという圧力を使用するため、チタン材料の大型化は困難であった。
　本実施の形態を実施例によりさらに具体的に説明する。ただし、これらの実施例により本実施の形態が限定されるものではない。
　［試料１～試料７］
　＜チタン材料の製造＞
　各試料の原料として、表１の「原料組成」欄に記載の組成を有するアルファ純チタンを準備した。各試料の原料に含まれるチタンはアルファチタン（α－Ｔｉ）である。
　各試料の原料を六方晶窒化硼素多結晶体製の試料容器に入れ、マルチアンビル超高圧高温発生装置（Ｖｏｇｇｅｎｒｅｉｔｅｒ社製の「ｍａｖｏ　ｐｒｅｓｓ　ＬＰＲ　１０００－４００／５０」、発熱体はグラファイト製、最大荷重２８００トン）を使用して、５ＧＰａまで室温で加圧した後、３００℃まで加熱した。その後、さらに表１の「圧力」欄に記載の圧力まで加圧した後、表１の「温度」欄に記載の温度まで加熱し、表１の「保持時間」に記載の時間保持して、チタン材料を得た。得られたチタン材料の大きさは、直径１０ｍｍ、高さ６ｍｍ、体積４７１ｍｍ３の円筒状であった。
　［試料１０１～試料１０７］
　試料１０１～試料１０７は、それぞれ試料１～試料７の原料であるアルファ純チタンに該当する。試料１０２はＪＩＳ－１に該当し、試料１０３はＪＩＳ－２に該当し、試料１０４はＪＩＳ－３に該当し、試料１０５および試料１０７はＪＩＳ－４に該当する。試料１０１および試料１０６は、本実施例用に準備したものである。試料１０１では、原料の合計が１００．０００１質量％となるが、これは四捨五入の関係によるものである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　＜評価＞
　各試料のチタン材料について、チタン（Ｔｉ）の含有率、チタンのオメガチタンの質量基準の百分率（表２において「ω－Ｔｉ／Ｔｉ」欄に示す。）、チタン材料のチタン以外の成分の含有率ｃ、不純物元素の種類、チタン材料のチタンおよび不純物元素の合計含有率（Ｔｉ＋不純物元素合計含有率）、密度ρ、引張強度σＢ、破断伸びδ、チタン材料を構成する結晶粒の平均粒径、Ｄ９０／Ｄ１０、ビッカース硬さ、耐熱温度（試料１～試料７のみ）、体積、引張試験における０．２％耐力および圧縮試験における０．２％耐力を測定した。それぞれの測定項目の測定方法は、実施形態１に記載の通りである。結果を表２～表４に示す。
　各試料のチタン材料について、下記式Ｉの関係を満たすか否かを確認した。
　ρ＞０．００７ｃ＋４．５２　式Ｉ
　上記式Ｉにおいて、ｃは０以上１．２以下である。
　各試料のチタン材料の密度ρ（ｇ／ｃｍ３）およびチタン材料のチタン以外の成分の含有率ｃ（質量％）の関係を図４の座標系に示す。図４の座標系において、Ｘ軸はチタン以外の成分の含有率ｃ（質量％）を示し、Ｙ軸は密度ρ（ｇ／ｃｍ３）を示す。図４において、上記式Ｉの関係を示す領域は、斜線で示される領域である。
　試料１～試料７のチタン材料は、式Ｉの関係を満たし、試料１０１～試料１０７のアルファ純チタンは式Ｉの関係を満たさないことが確認される。
　各試料のチタン材料について、下記式ＩＩの関係を満たすか否かを確認した。
　σＢ≧１６００－３０δ　式ＩＩ
　上記式ＩＩにおいて、σＢ≧４００、かつ、δ≧２０である。
　表２の「式Ｉ」欄において、「Ｙｅｓ」とは式Ｉの関係を満たすことを示し、「Ｎｏ」とは式Ｉの関係を満たさないことを示す。表３の「式ＩＩ」欄において、「Ｙｅｓ」とは式ＩＩの関係を満たすことを示し、「Ｎｏ」とは式ＩＩの関係を満たさないことを示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
　＜考察＞
　試料１～試料７のチタン材料は実施例に該当し、試料１０１～試料１０７のアルファ純チタンは比較例に該当する。
　試料１と試料１０１とは、チタン含有率が同一である。試料１は、試料１０１に比べて、高い強度（引張強度）を有することが確認された。
　試料２と試料１０２とは、チタン含有率が同一である。試料２は、試料１０２に比べて、高い強度（引張強度）を有することが確認された。
　試料３と試料１０３とは、チタン含有率が同一である。試料３は、試料１０３に比べて、高い強度（引張強度）を有することが確認された。
　試料４と試料１０４とは、チタン含有率が同一である。試料４は、試料１０４に比べて、高い強度（引張強度）を有することが確認された。
　試料５と試料１０５とは、チタン含有率が同一である。試料５は、試料１０５１に比べて、高い強度（引張強度）を有することが確認された。
　試料６と試料１０６とは、チタン含有率が同一である。試料６は、試料１０６に比べて、高い強度（引張強度）を有することが確認された。
　試料７と試料１０７とは、チタン含有率が同一である。試料７は、試料１０７に比べて、高い強度（引張強度）を有することが確認された。
　上記の結果から、試料１～試料７のチタン材料の強度は、同一のチタン含有率であり、かつ、チタンがアルファチタンであるチタン材料の強度よりも高く、試料１～試料７のチタン材料は、高い強度を有することが確認された。
　以上のように本開示の実施の形態および実施例について説明を行なったが、上述の各実施の形態および実施例の構成を適宜組み合わせたり、様々に変形したりすることも当初から予定している。
　今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態および実施例ではなく請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
　１　圧力媒体、　２　試料容器、　３　発熱体、　４　原料、　１０　高圧セル。

Claims (12)

  1. 　チタンを９８．８質量％以上含むチタン材料であって、
    　前記チタン材料の密度ρｇ／ｃｍ３および前記チタン材料のチタン以外の成分の含有率ｃ質量％は、下記式Ｉの関係を示す、
    　ρ＞０．００７ｃ＋４．５２　式Ｉ
    　上記式Ｉにおいて、ｃは０以上１．２以下である、チタン材料。
  2. 　前記チタン材料は、オメガ相の結晶構造を有するチタンを４９質量％以上含む、請求項１に記載のチタン材料。
  3. 　前記チタン材料の引張強度σＢＭＰａおよび前記チタン材料の破断伸びδ％は、下記式ＩＩの関係を示す、
    　σＢ≧１６００－３０δ　式ＩＩ
    　上記式ＩＩにおいて、σＢ≧４００、かつ、δ≧２０である、請求項１または請求項２に記載のチタン材料。
  4. 　前記チタン材料を構成する結晶粒の平均粒径は、１μｍ以上１０００μｍ以下である、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のチタン材料。
  5. 　前記チタン材料のビッカース硬さは、２００Ｈｖ以上である、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のチタン材料。
  6. 　前記チタン材料の耐熱温度は、１００℃以上である、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のチタン材料。
  7. 　前記チタン材料の体積は、０．００１ｍｍ３以上である、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のチタン材料。
  8. 　前記チタン材料は、水素、炭素、窒素、酸素および鉄からなる群より選ばれる少なくとも１種の不純物元素を含み、
    　前記チタン材料の前記チタンおよび前記不純物元素の合計含有率は、９９．９９質量％以上である、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のチタン材料。
  9. 　前記チタン材料を構成する結晶粒の体積基準の累積粒度分布における、小径側からの累積１０％粒子径Ｄ１０に対する、前記小径側からの累積９０％粒子径Ｄ９０の割合Ｄ９０／Ｄ１０は、５以上１０００以下である、請求項１から請求項８のいずれか１項に記載のチタン材料。
  10. 　請求項１から請求項９のいずれか１項に記載のチタン材料を含む医療用部材。
  11. 　請求項１から請求項９のいずれか１項に記載のチタン材料を含む歯科インプラント構成部材。
  12. 　請求項１から請求項９のいずれか１項に記載のチタン材料を含むダイヤセンサー収納用カプセル。
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