DE10223102A1

DE10223102A1 - Glasig-kristallines Material mit geringer Löslichkeit und Verfahren zu seiner Herstellung

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Publication number: DE10223102A1
Application number: DE10223102A
Authority: DE
Inventors: Georg Berger; Ute Ploska
Original assignee: Bundesanstalt fuer Materialforschung und Pruefung BAM
Current assignee: Bundesanstalt fuer Materialforschung und Pruefung BAM
Priority date: 2001-06-15
Filing date: 2002-05-17
Publication date: 2003-04-03
Also published as: DE50201070D1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein im neutralen bzw. leicht sauren Milieu chemisch langzeitstabiles Material, das sowohl als bioaktiver Knochenersatzwerkstoff, so z. B. als Beschichtung von metallischen Prothesenstielen durch thermisches Spritzen, als auch als Substratmaterial in der Biotechnologie, z. B. als keramische Folie, Anwendung finden kann. Erfindungsgemäß besteht dieser Werkstoff aus 15-45% CaO, 40-45% P¶2¶O¶5¶, 10-40% ZrO¶2¶ und Fluorid und aus den beiden kristallinen Phasen Apatit und Calciumzirconiumphosphat und einer Restglasphase. Der Werkstoff verfügt im Vergleich zu vorbekannten Materialien, die sich ebenfalls über den Schmelzzustand herstellen lassen, über eine sehr hohe chemische Langzeitstabilität.

Description

Die Erfindung betrifft ein glasig-kristallines Material mit geringer Löslichkeit, das sowohl als bioaktiver Knochenersatzwerkstoff, so z. B. als Beschichtung von metallischen Prothesenstielen durch thermisches Spritzen, als auch als Substratmaterial in der Biotechnologie, z. B. als keramische Folie oder Formkörper Anwendung finden kann. Die Erfindung betrifft auch ein Herstellungsverfahren.

Anorganische Materialien mit Langzeitstabilität sind an sich bekannt. Auch Werkstoffe, die ihren speziellen Einsatz als bioaktive Knochenersatzwerkstoffe finden und eine ausreichende Langzeitstabilität besitzen, sind in der Literatur beschrieben. Beispielsweise wurde ständig über den erfolgreichen klinischen Einsatz von Glaskeramiken bzw. Sinterglaskeramiken mit den Hauptkristallphasen Apatit und Wollastonit berichtet [Rokubo, T., Biomaterials, 12 (1991), 155-163; Berger, G. et al.: Long-term stable bioactive glass ceramics an implant material - ten years of clinical experience, Forth World Biomaterial Congress, Berlin, April 24-28, 1992, Transactions p. 33]. Übertroffen wurde deren chemische Stabilität durch ebenfalls bioaktive Werkstoffe auf der Basis von Calcium-Zirconium/Titan-Phosphat (Biomaterials 18 (1997), 1671-1675), die sich nur durch keramische Verfahren herstellen lassen, jedoch keine Schmelze bei in der Glasindustrie üblichen Temperaturen (etwa 1650°C) bilden, was bekanntermaßen Nachteile bei der mechanischen Stabilität von derartigen Granulaten und insbesondere daraus hergestellten Formkörpern bewirkt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein glasig-kristallines Material bereitzustellen, das einen direkten, bindegewebsfreien Knochenverbund ermöglicht und dennoch chemisch langzeitstabil ist.

Erfindungsgemäß besteht das glasig-kristalline Material auf Basis von CaO, P₂O₅, ZrO₂ und Fluorid aus 15-45 Gew-% CaO, 40-45 Gew-% P₂O₅, 10-40 Gew-% ZrO₂ und 0,7-3,5 Gew-% Fluorid und enthält als Hauptkristallphasen Apatit und Calciumzirconiumphosphat und als Nebenbestandteil eine Glasphase, wobei die Hauptkristallphasen zusammen wenigstens 35 Gew-% betragen und die Nebenbestandteile 5 bis 15 Gew-% betragen, und wobei alle Prozentangaben auf das Gesamtgewicht des glasig-kristallinen Materials bezogen sind.

Ein bevorzugtes glasig-kristallines Material enthält 23-39 Gew-% CaO, 40-45 Gew-% P₂O₅, 20-35 Gew-% ZrO₂ und 1-3 Gew-% Fluorid und enthält als Hauptkristallphasen Apatit und Calciumzirconiumphosphat und als Nebenbestandteil eine Glasphase, wobei die Hauptkristallphasen zusammen wenigstens 35 Gew-% betragen und die Nebenbestandteile 5 bis 15 Gew-% betragen.

Ein ebenfalls bevorzugtes glasig-kristallines Material enthält 20-35 Gew-% CaO, 40-45 Gew-% P₂O₅, 20-35 Gew-% ZrO₂ und 1-3 Gew-% Fluorid sowie zusätzlich 0,1 bis 6 Gew-% Na₂O, und es enthält als Hauptkristallphasen Apatit und Calciumzirconiumphosphat und als Nebenbestandteil eine Glasphase und zusätzlich als Nebenbestandteil eine Natriumzirconiumphosphat-Phase.

Dabei beträgt der Anteil der Hauptkristallphasen zusammen wenigstens 35 Gew-%, und die Nebenbestandteile können jeweils 5 bis 15 Gew-% betragen.

Weiterhin kann das erfindungsgemäße glasig-kristalline Material zusätzlich 0,1 bis 6 Gew-% Magnesiumoxid und/oder Kaliumoxid enthalten und gegebenenfalls auch die entsprechenden Phasen als Nebenbestandteile.

Der Gehalt an Na₂O, MgO und/oder K₂O liegt vorzugsweise im Bereich von 1 bis 6 Gew-%. Der Anteil der entsprechenden Nebenkristallphase Natriumzirconiumphosphat liegt vorzugsweise im Bereich von 5 bis 10 Gew-%.

In einer vorteilhaften Ausführungsform können in das zu schmelzende Gemenge bis zu 15 Gew-% eines gemahlenen Glases eingebracht werden, das aus SiO₂, Al₂O₃ und MgO und gegebenenfalls CaO besteht und in seiner Zusammensetzung und seinen Eigenschaften einem Cordierit-Glas entspricht, wodurch die Sinterfähigkeit des erfindungsgemäßen glasig-kristallinen Materials deutlich verbessert wird. Ein solches zugesetztes Glas ist besonders hochschmelzend (> 1500°C) und chemisch stabil gegen Wasser, Säuren und Laugen.

Die hier verwendeten Begriffe "Glaskeramik" und "glasig-kristallines Material" sind im Allgemeinen nicht immer eindeutig definierbar. Es liegen sowohl kristalline als auch glasige bzw. röntgenamorphe Phasen innig vermischt vor. Für die vorliegende Erfindung ist es ohne Belang, ob eine Phase neben der anderen vorliegt oder ob eine Phase die andere umhüllt.

Als "Hauptkristallphase" wird hier eine kristalline Phase bezeichnet, deren Mengenanteil wenigstens doppelt so groß ist, wie die einer Nebenphase, wobei Konzentrationen um 15 Gew-% und darunter, vorzugsweise unter 10 Gew-% als Nebenphasen bezeichnet werden.

Überraschend wurde nun gefunden, daß der Werkstoff, obwohl er Apatit enthält, auch im leicht sauren Medium, wie es bei Entzündungsreaktionen beobachtet wird, nämlich pH = 6,0 [Berger et al., Hydroxyapatite's solubility may cause loosening of coated implants, Bioceramics Vol. 13, edited by Santro Giannini and Antonio Moroni (Proceedings of the 13^th International Symposium on Ceramics in Medicine); Trans Tech Publ. Ltd, Swiss, 2000, 111-114], sehr lösungsstabil ist.

Ferner wurde überraschenderweise gefunden, daß nach Lagerung in deionisiertem Wasser der Werkstoff (das glasig-kristalline Material) nach anfänglich alkalischer Reaktion seine Oberflächeneigenschaften in Richtung physiologische pH-Werte (7,4) zu verändert, was ihn auch für die Biotechnologie interessant macht.

Daß eine Verarbeitung des erfindungsgemäßen Werkstoffes zu geeigneten Schlickern zur Herstellung von spongiosa-artigen Formkörpern und keramischen Folien überraschenderweise möglich ist, kann man zunächst ebenfalls nicht erwarten, da es hinreichende Beispiele von in der Literatur bekannten Werkstoffen gibt, die diese Eigenschaften nicht aufweisen.

Der thermische Ausdehnungskoeffizient des neuen Materials liegt zwischen 27°C und 300, 400, 600 oder 800°C im Bereich von 1,4 und 6.10^-6 grad^-1. Er liegt im Bereich von 1,4 und 8.10^-6 grad^-1 zwischen 27°C und 300, 400, 600 und 800°C, wenn die Herstellung des Materials über Haltestufen beim Abkühlen der Schmelze erfolgt, wie weiter unten beschrieben.

Ein weiteres Merkmal des Materials besteht darin, daß es eine Gesamtlösung von 4 bis 5,5 mg/L hat, wenn die Prüfung in 0,2 M TRIS-HCl-Puffer-Lösung bei pH = 7,4, T = 37°C, an einer Kornfraktion von 315-400 µm, 120 h lang bei einem Oberflächen(Probe)- zu-Volumen(Lösungsmittel)-Verhältnis von 5 cm^-1 erfolgt.

Ein weiteres Merkmal des Materials besteht darin, daß es bereits nach Wasserlagerung (144 h) bei 37°C die Oberfläche des Werkstoffes so einstellt, daß physiologische pH-Werte um 7,4 bestimmt werden können. Erhöht man die Wasserbadtemperatur, so wird die Oberflächenveränderung dementsprechend beschleunigt herbeigeführt.

Wenn in einer weiter unten beschriebenen Ausführungsform bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Werkstoffes ein oder mehrere Haltestufen beim Abkühlen der Schmelze im Ofen zwischen 800 und 1100°C eingelegt werden, können Glaskeramiken mit folgenden Eigenschaften erhalten werden:

- Gesamtlösung von 0,2 bis 2,0 mg/L, wenn die Prüfung in 0,2 M TRIS-HCl-Puffer-Lösung bei pH 7,4, T = 37°C, an einer Kornfraktion von 315-400 µm, 120 h lang bei einem Oberflächen(Probe)-zu-Volumen(Lösungsmittel)-Verhältnis von 5 cm^-1 erfolgt,
- thermischer Ausdehnungskoeffizient zwischen 1,4 und 8.10^-6 grad^-1 zwischen 27°C und 300, 400, 600 und 800°C,
- Stabilität im pH-Bereich zwischen 7,0 und 7,5.

Bei einem solchen Material liegt somit die chemische Beständigkeit um den Faktor 3-10 höher als die des Materials ohne Haltestufen, da die Gesamtlösung im Bereich von 0,2-2,0 mg/l liegt.

Erfindungsgemäß wird der Werkstoff hergestellt, indem die für die Gemengebildung geeignete Substanzen 15-45 Gew-% CaO, 40-45 Gew-% P₂O₅, 10-40 Gew-% ZrO₂ und 0,7-3,5 Gew-% Fluorid kombiniert werden, und in geeigneten meist mehrstufigen Temperaturbehandlungsprogrammen (Haltestufen im Bereich von 400 bis 1500°C) in einem geeigneten Tiegelmaterial, zum Beispiel bestehend aus einer Pt/Rh-Legierung, bei 1550 bis 1650°C zum Schmelzen gebracht werden. Die Schmelze wird vergossen, und die erstarrte Schmelze wird je nach Verwendungszweck an der Luft (spontane Abkühlung) oder im Kühlofen auf Raumtemperatur abgekühlt, gegebenenfalls unter Einhaltung von Haltestufen.

Haltestufen im Temperaturbehandlungsprogramm von jeweils ca. 1 h bei 400, 800 und 1000°C können die Reproduzierbarkeit der Einschmelzreaktion verbessern.

Das Fluorid wird vorteilhaft als CaF₂ eingebracht mit Konzentrationen von 1,5-7 Gew-%. Es kann auch als ZrF₂ oder gegebenenfalls als NaF, KF oder MgF₂ eingebracht werden.

In einer weiteren Ausführungsform ist das Verfahren dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Gemenge aus 15-45 Gew-% CaO, 40-45 Gew-% P₂O₅, 10-40 Gew-% ZrO₂ und 0,7-3,5 Gew-% Fluorid mit mehreren Haltestufen im Bereich von 400 bis 1500°C bei 1550 bis 1650°C aufgeschmolzen und kontrolliert im Ofen mit einer Geschwindigkeit von 60°C/h bis 300°C/h mit zwei Haltestufen zwischen 1000 bis 1100°C und 800 bis 1000°C für 2 bis 10 h abgekühlt wird.

Nach der Abkühlung wird der Werkstoff beispielsweise aufgemahlen, mit üblichen Sinterhilfsmitteln versetzt und sodann zu Formkörpern verpreßt, um nach dem Sintern einen möglichst dicht gebrannten keramischen Scherben zu erhalten.

Der erfindungsgemäß hergestellte Werkstoff kann auch beispielsweise aufgemahlen, mit üblichen Sinterhilfsmitteln versetzt und zu Schlicker verarbeitet werden, dieser auf einen Polyurethanschwamm aufgebracht und in mehreren Sinterstufen so hoch gesintert werden, daß der Polyurethanschwamm und die Sinterhilfsmittel ausgebrannt werden und ein spongiosa-artiger Formkörper mit den kristallinen Hauptbestandteilen an Apatit und Calciumzirconiumphosphat erhalten wird.

Eine weitere Verarbeitungsmöglichkeit besteht darin, den Werkstoff aufzumahlen, mit üblichen Sinterhilfsmitteln zu versetzen und den so erhaltenen Schlicker zu einer Folie zu verarbeiten, die nach dem Brennprozeß eine offenporige Struktur vorweist.

Die Verwendung des erfindungsgemäßen glasig-kristallinen Materials zur Herstellung von Granulaten, keramischen Formkörpern oder keramischen Folien ist ebenfalls Gegenstand der Erfindung.

Die Erfindung wird nachstehend durch Beispiele näher erläutert. Alle Prozentangaben sind auf das Gewicht bezogen, sofern nicht anderes angegeben ist.

Beispiel 1

Es wird ein Gemenge bereitet, das folgender Zusammensetzung entspricht (Code: Apatit/CZP1):
25,88 CaO,
28,44 ZrO₂,
43,68 P₂O₅,
5,00 CaF₂.
Dabei erweist es sich als praktikabel, den CaO-Anteil in Form von 62,79 CaHPO₄ einzusetzen und den noch notwendigen P₂O₅- Anteil in Form von 10,51 ml einer 85%igen H₃PO₄. Zunächst wird CaHPO₄, ZrO₂ und CaF₂ gut vermischt, danach mit der Phosphorsäure versetzt, nach Reaktion gemörsert und in einen Trockenschrank gebracht. Dort werden insgesamt 4 h Trockenhaltestufen im Bereich von 120°C und 170°C eingelegt. Das Reaktionsgemisch wird entnommen und in einen Pt/Rh-Tiegel gefüllt und über die 1 h Haltestufen 400 und 800°C erhitzt, abgekühlt und anschließend gemörsert. Das so vorbehandelte Material wird nunmehr im Pt/Rh-Tiegel mit jeweils 15 min Haltezeit in den Stufen 800, 1000, 1300, 1500 und schließlich 1600°C zum Schmelzen gebracht und sodann auf eine Stahlplatte (Raumtemperatur) gegossen.
Ein Teil der abgekühlten Schmelze wurde durch Mahlen in einer Achatmühle zerkleinert, unter 43 µm abgesiebt und sodann einer röntgendiffraktographischen Untersuchung unterzogen. Das Ergebnis (vergl. Fig. 1) zeigt, daß in dem glasig-kristallinen Produkt die Kristallphasen Apatit (Fluorapatit/Hydroxylapatit) und Calciumzirconiumphosphat [CaZr₄(PO₄)₆] deutlich nachweisbar sind.

Beispiel 2

Es wird ein Gemenge nach der Vorschrift des Beispiels 1 hergestellt mit dem Unterschied, daß hier als zusätzliche Komponente Natriumoxid eingebracht wird (Code: Apatit/CZP2). Der Ansatz sieht die Verwendung folgender Gemengebestandteile vor:
59,93 CaHPO₄,
27,10 ZrO₂,
3,42 Na₂O,
5,00 CaF₂ und
9,56 ml einer 85%igen H₃PO₄-Säure.
Es wurde wie im Beispiel 1 gearbeitet. Nach der letzten Temperaturhaltestufe wurde die Schmelze aus dem Tiegel auf eine Stahlplatte gegossen.
Ein Teil der Schmelze wurde durch Mahlen in einer Achatmühle zerkleinert, unter 43 µm abgesiebt und sodann einer röntgendiffraktographischen Untersuchung unterzogen. Das Ergebnis (vergl. Fig. 2) zeigt, das in dem glasig-kristallinen Produkt die Kristallphasen Apatit (Fluorapatit/Hydroxylapatit) und Calciumzirconiumphosphat [CaZr₄(PO₄)₆] und Natriumzirconiumphosphat [NaZr₂(PO₄)₃] nachweisbar sind.

Beispiel 3

Es erfolgte die Herstellung eines glasig-kristallinen Materials nach Beispiel 1 (Apatit/CZP1). Das Material wird durch Mahlen in einer mit Zirconiumoxid ausgekleideten Mühle zerkleinert, so daß sich ein D₅₀-Wert von 8 µm ergab. Das gemahlene Gut wird mit einer 5%igen Polyvinylalkohol(PVA)-Lösung im Verhältnis Mahlgut zu PVA-Lösung von 90 : 10 Masse-% versetzt und zu einem Stab mit 4,7 kN in einem Pressgesenk verpreßt.
Dieser Rohkörper wird gesintert bei einer Temperatur von 1050°C.
An dem auf diese Weise erhaltenen relativ dichten Formkörper wird der thermische Ausdehnungskoeffizient (AK) bestimmt:
AK im Bereich von 27-400°C: 1,90.10^-6 grd Celsius^-1,
AK im Bereich von 50-400°C: 1,86.10^-6 grd Celsius^-1,
AK im Bereich von 30-300°C: 1,45.10^-6 grd Celsius^-1,
AK im Bereich von 30-400°C: 1,88.10^-6 grd Celsius^-1,
AK im Bereich von 30-600°C: 2,6.10^-6 grd Celsius^-1,
AK im Bereich von 30-800°C: 3,2.10^-6 grd Celsius^-1.

Beispiel 4

Es erfolgt die Herstellung eines glasig-kristallinen Materials nach Beispiel 1 (Apatit/CZP1). Sodann wird das Material gemörsert und eine Kornfraktion von 315-400 µm daraus hergestellt.
Das auf diese Weise erhaltene Granulat wird im Vergleich zu einem Grundglas (Ap40_Glas) und einer aus diesem Grundglas hergestellten Glaskeramik auf der Basis von Apatit und Wollastonit (Ap40_krist.) chemische Zusammensetzung also identisch zu (Gewichts-%): 44,3 SiO₂; 11,3 P₂O₅; 31,9 CaO; 4,6 Na₂O; 0,19 K₂O; 2,82 MgO und 4,99 CaF₂, hergestellt gemäß Patent DD 247 574] hinsichtlich seiner chemischen Beständigkeit verglichen.
Zu diesem Zweck wurden zunächst die spezifischen Oberflächen nach BET mit Krypton als Meßgas bestimmt zu:
Apatit/CZP1: 0,364 m²/g,
Ap40_Glas: 0,018 m²/g,
Ap40_krist.: 0,055 m²/g.
Hier zeigt sich, daß das erfindungsgemäße Material eine gewisse offene Porosität im Vergleich zum Grundglas und der daraus hergestellten Glaskeramik aufweist. Diesen Unterschieden wird bei den Lösungsuntersuchungen dadurch Rechnung getragen, indem das Oberflächen(Proben) zu Lösungsmittelvolumen(TRIS-HCl-Puffer-Lösung) konstant auf 5 cm^-1 eingestellt wird.
Als Lösungsmittel wurde eine 0,2 M TRIS-HCl-Puffer-Lösung mit pH = 7,4 bei 37°C verwendet. Die Lagerung erfolgte bei 37°C über eine Zeitdauer von 120 h. Danach wurde die Gesamtlöslichkeit durch Bestimmung der Einzelionen (Ca, P, Zr) in der Lösung mit Hilfe einer ICP-Messung bestimmt zu:
Apatit/CZP1: 4,1-5,1 mg/L,
Ap40_Glas: 318-320 mg/L,
Ap40_krist.: 75,2-82,0 mg/L.
Die Werte belegen eindrucksvoll die hohe chemische Beständigkeit des erfindungsgemäßen Werkstoffes unter simulierten physiologischen Bedingungen, einer bekannten Methode zur Bestimmung der Langzeitbeständigkeit in vitro.

Beispiel 5

Es wird vorgegangen wie im Beispiel 4, jedoch wird eine 0,2 M TRIS-HCl-Puffer-Lösung mit dem pH-Wert von 6,0 bei 37°C zur Messung verwendet. Auf diese Weise läßt sich der Fall simulieren, daß infolge einer Wundheilungs- oder Spätinfektion der pH-Wert von den physiologischen 7,4 in den sauren Bereich abgleitet.
Mit Hilfe der ICP wurden nun folgende Werte der Gesamtlösung (Ca, P, Zr) bestimmt:
Apatit/CZP1: 16-19 mg/L,
Ap40_Glas: 505-518 mg/L,
Ap40_krist.: 117-125 mg/L.
Die Werte belegen eindrucksvoll die hohe chemische Beständigkeit des erfindungsgemäßen Werkstoffes unter simulierten Bedingungen, wie sie bei einer Entzündungsreaktion vorliegen. Demzufolge ist die Erhöhung der absoluten Werte der Löslichkeit für den erfindungsgemäßen Werkstoff wesentlich geringer im Vergleich zu der doch dramatischen Erhöhung im Falle des Grundglases bzw. der Glaskeramik auf Apatit/Wollastonit-Basis.

Beispiel 6

Es erfolgt die Herstellung eines glasig-kristallinen Materials nach Beispiel 2 (Apatit/CZP2). Das Material wird durch Mahlen in einer mit Zirconiumoxid ausgekleideten Mühle zerkleinert, so daß sich ein D₅₀-Wert von 8 µm ergibt. Von diesem gemahlenen Gut werden 100 g mit 45 g eines Gemisches, bestehend aus 90 Gew-% Polyethylenglykol und 10 Gew-% eines handelsüblichen Netzmittels, unter Zugabe von 5 ml Isopropylalkohol zu einem Schlicker versetzt. Dieser Schlicker wird auf PUR-Schwämme mit offener Porosität mit 80 bis 20 ppi (Poren pro Inch) durch mehrmaliges Eintauchen und Ausdrücken aufgebracht, im Trockenschrank über Nacht bei 120°C getrocknet und dann langsam mit 1°C pro Minute auf 1050°C erhitzt. Im Ergebnis ist ein spongiosa-artiges Material mit dem Ausgangsschwamm ähnlichem Aufbau vorhanden, und der PUR-Schwamm ist rückstandslos ausgebrannt.

Beispiel 7

Es erfolgt die Herstellung eines glasig-kristallinen Materials nach Beispiel 1 (Apatit/CZP1). Das Material wird durch Mahlen in einer mit Zirconiumoxid ausgekleideten Mühle zerkleinert, so daß sich ein D₅₀-Wert von 8 µm ergibt. Von diesem frisch gemahlenen Gut werden 1 g in 100 ml eines deionisierten Wassers nach ISO 3696 eingebracht und die pH-Wert-Änderung über 144 h gemessen.
Überraschenderweise wurde nun gefunden, daß der pH-Wert von 8,8 nach einer Stunde Lagerung in deionisierten Wasser nach 144 h auf den physiologischen Wert von 7,4 zurückgeht, was den Werkstoff insbesondere für die Biotechnologie interessant macht.

Beispiel 8

Es wird ein Gemenge nach der Vorschrift des Beispiels 1 hergestellt mit dem Unterschied, daß hier folgende Komponenten- Zusammensetzung gewählt wurde (Code: Apatit/CZP3):
80,79 g CaHPO₄,
19,42 g ZrO₂,
4,87 g CaF₂ und
0,62 ml einer 85%igen Phosphorsäure.
Es wurde wie im Beispiel 1 gearbeitet mit dem Unterschied, daß die Schmelze nicht auf eine Stahlplatte gegossen wurde, sondern definiert im Ofen abkühlte mit jeweils zwei Haltestufen bei 1050°C (6 h) und 950°C (6 h). Die Gesamtlösung diese Materials beträgt 0,81 mg/l, wenn die Prüfung in 0,2 M TRIS-HCl-Puffer-Lösung bei pH 7,4, T = 37°C, an einer Kornfraktion von 315-400 µm, 120 h lang bei einem Oberflächen(Probe)-zu-Volumen(Lösungsmittel)-Verhältnis von 5 cm^-1 erfolgt.

Beispiel 9

Es wird ein Gemenge nach der Vorschrift des Beispiels 8 (Apatit/CZP3) hergestellt wobei hier folgende Komponenten-Zusammensetzung zur Anwendung kam:
37,38 Gew.-% CaO,
14,45 Gew.-% ZrO_2,
42,64 Gew.-% P₂O₅,
5,53 Gew.-% CaF₂.
Ferner wurde diesem gesinterten und gemahlenen Material zur Verbesserung der Sinterfähigkeit 10 Gew-% eines aufgemahlenen Glases (D₅₀ = 4,6 µm) der Zusammensetzung:
12,05 Gew.-% MgO,
1,00 Gew.-% CaO,
38,00 Gew. % Al₂O₃,
48,95 Gew.-% SiO₂
zugesetzt.
Sodann wurde dieses Materialgemisch nach Beispiel 6 weiterverarbeitet mit dem Unterschied, daß die Temperung wie im Folgenden dargestellt durchgeführt wurde:
Mit dem Schlicker benetzter PUR-Schwamm wurde mit 700°C/h auf 1300°C erhitzt, wobei als Ergebnis ein spongiosa-artiger Formkörper erhalten wurde.

Claims

1. Glasig-kristallines Material mit geringer Löslichkeit auf Basis von CaO, P₂O₅, ZrO₂ und Fluorid, dadurch gekennzeichnet, daß es 15-45 Gew-% CaO, 40-45 Gew-% P₂O₅, 10-40 Gew-% ZrO₂ und 0,7-3,5 Gew-% Fluorid enthält und als Hauptkristallphasen Apatit und Calciumzirconiumphosphat und als Nebenbestandteil eine Glasphase enthält, wobei die Hauptkristallphasen zusammen wenigstens 35 Gew-% betragen und die Nebenbestandteile 5 bis 15 Gew-% betragen, und wobei alle Prozentangaben auf das Gesamtgewicht des glasig-kristallinen Materials bezogen sind.

2. Material nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es 23-39 Gew-% CaO, 40-45 Gew-% P₂O₅, 20-35 Gew-% ZrO₂ und 1-3 Gew-% Fluorid enthält.

3. Material nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es zusätzlich 0,1 bis 6 Gew-% Na₂O, MgO und/oder K₂O enthält und entsprechende Phasen als zusätzlichen Nebenbestandteil.

4. Material nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es zusätzlich eine Natriumzirconiumphosphat-Phase enthält.

5. Material nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es als Granulat oder als keramisch verarbeiteter dichter oder poröser Formkörper oder als keramische Folie vorliegt.

6. Material nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es eines oder mehrere der folgenden Parameter aufweist
Gesamtlösung von 0,2 bis 5,5 mg/L, wenn die Prüfung in 0,2 M TRIS-HCl-Puffer-Lösung bei pH = 7,4, T = 37°C, an einer Kornfraktion von 315-400 µm, 120 h lang bei einem Oberflächen(Probe)- zu-Volumen(Lösungsmittel)-Verhältnis von 5 cm^-1 erfolgt,
thermischer Ausdehnungskoeffizient zwischen 1,4 und 8.10^-6 grad^-1 zwischen 27°C und 300, 400, 600 und 800°C,
Stabilität im pH-Bereich zwischen 7,0 und 7,5.

7. Verfahren zur Herstellung eines glasig-kristallinen Materials nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gemenge aus 15-45 Gew-% CaO, 40-45 Gew-% P₂O₅, 10-40 Gew-% ZrO₂ und 0,7-3,5 Gew-% Fluorid mit mehreren Haltestufen im Bereich von 400 bis 1500°C bei 1550 bis 1650°C aufgeschmolzen und das glasig-kristalline Material als spontan abgekühlte oder stufenweise abgekühlte Schmelze gewonnen wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß dem Gemenge zusätzlich 0,1 bis 3 Gew-% Na₂O, MgO und/oder K₂O zugesetzt werden.

9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß bis zu 15 Gew-% eines gemahlenen Glases eingebracht werden, das aus SiO₂, Al₂O₃ und MgO und gegebenenfalls CaO besteht und in seiner Zusammensetzung und seinen Eigenschaften einem Cordierit-Glas entspricht.

10. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gemenge aus 15-45 Gew-% CaO, 40-45 Gew-% P₂O₅, 10-40 Gew-% ZrO₂ und 0,7-3,5 Gew-% Fluorid mit mehreren Haltestufen im Bereich von 400 bis 1500°C bei 1550 bis 1650°C aufgeschmolzen und kontrolliert im Ofen mit einer Geschwindigkeit von 60°C/h bis 300°C/h mit zwei Haltestufen zwischen 1000 bis 1100°C und 800 bis 1000°C für 2 bis 10 h abgekühlt wird.

11. Verwendung eines glasig-kristallinen Materials nach Anspruch 1 zur Herstellung von Granulaten; oder von keramischen Formkörpern oder keramischen Folien mit dichter oder offenporiger Struktur.