JP2019500300A - 主要な結晶相としてSiO2を有するガラスおよびガラスセラミックを調製する方法 - Google Patents

主要な結晶相としてSiO2を有するガラスおよびガラスセラミックを調製する方法 Download PDF

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Abstract

本発明は、セリウムイオンを含み、かつその蛍光特性が天然歯のものにほぼ相当する歯科修復物の調製に特に適した、ガラスセラミックまたはガラスを調製する方法に関する。本発明は、本発明による方法を使用して得ることができるガラスセラミックおよびガラス、その歯科材料としての使用、特に歯科修復物を調製するための使用、ならびに本発明による方法で使用するのに適切なガラス形成組成物にも関する。好ましい実施形態によれば、出発ガラスの溶融物は、SiO2、Li2O、任意選択で成核剤、セリウム化合物、および少なくとも1種の還元剤を含む、ガラス形成組成物から形成される。

Description

本発明は、セリウムイオンを含有し、かつその蛍光特性が天然歯のものにほぼ相当する歯科修復物の調製に特に適した、ガラスまたはガラスセラミックを調製する方法に関する。本発明は、本発明による方法を使用して得ることができるガラスおよびガラスセラミック、ならびに、その歯科材料としての使用、特に歯科修復物を調製するための使用にも関する。
石英の様な結晶を備えたガラスセラミックは、最先端技術から既に公知である。それは通常、いわゆる高温型石英混合結晶を備えたガラスセラミックである。こうした結晶は、異なる追加イオンをSiO骨格ケイ酸塩中に含み、これによってこの特別なタイプの結晶が室温においてさえも準安定に存在することが可能になる。これらのイオンがガラスセラミック中に含まれないなら、ガラスセラミック中で高温において形成された高温型石英は、573℃で低温型石英に変わる。HoelandおよびBeallは、高温型石英構造の結晶を備えたガラスセラミックは、広い温度範囲内で低熱膨張またはゼロ膨張でさえ、ある特別な性質を有すると記載している(「Glass−Ceramic Technology」第2版、Wiley、2012年、272〜273頁)。こうしたガラスセラミックに対して、(20〜700℃の温度範囲内で)1.5×10−6−1未満の線熱膨張係数(CTE)が通常測定される。高温型石英構造の助けを借りて、負の膨張係数を備えたガラスセラミックさえ、提供することができる。
さらに、欧州特許出願公開第0916625A1号から二ケイ酸リチウムガラスセラミックが公知で、それは主要な結晶相として二ケイ酸リチウムを含み、その高い半透明性および非常に良好な機械的性質により、特に歯科分野、主にクラウンおよびブリッジの調製に使用される。
W.Buchalla、「Comparative Fluorescence Spectroscopy Shows Differences in Non-Cavitated Enamel Lesions」、Caries Res.、2005年、39巻、150〜156頁から、天然歯が、紫外光下で400〜650nmの範囲にある波長を有する青−白色蛍光を呈することは公知である。
Rukmaniら、J.Am.Ceram.Soc.2007年、90巻、706〜711頁には、Ceがドープされた二ケイ酸リチウムガラスセラミックの結晶化挙動および光学特性に対する、VおよびMn着色剤の影響が記載されている。ガラスセラミックを調製するために、出発材料SiO、ZrO、LiCO、KCO、MgCOおよびAl(POの混合物は、CeO、VおよびMnOと混合され、混合物は白金るつぼ中1500℃で溶融され、冷却され、次に空気を供給しながら、管状炉で数回熱処理に供される。
しかしながら、最先端技術から公知のガラスセラミックは、不十分な蛍光特性を有し、特にUV光の下で十分な程度まで天然歯材料の蛍光特性を模倣できないことが示されてきた。その結果、こうしたガラスセラミックから調製された歯科修復物は、特にUV光の影響下で修復物として認識できるか、または歯の隙間もしくは欠陥として知覚される。
本発明の目的は、高強度および高い熱膨張率に加えて天然歯材料と同等の蛍光を呈し、かつ特にUV光の下でさえ天然歯材料の色および蛍光特性をほぼ模倣することができる歯科修復物の調製に適した、ガラスセラミックを提供することである。ガラスセラミックは、特に機械加工によって加工されて歯科修復物を形成することがさらに容易であり、したがって優れた方法において修復用歯科材料として適切であるべきである。ホットプレスによっても、ガラスセラミックに所望の形状を与えることができれば、望ましいであろう。
欧州特許出願公開第0916625A1号明細書
「Glass−Ceramic Technology」第2版、Wiley、2012年、272〜273頁 W.Buchalla、「Comparative Fluorescence Spectroscopy Shows Differences in Non-Cavitated Enamel Lesions」、Caries Res.、2005年、39巻、150〜156頁 Rukmaniら、J.Am.Ceram.Soc.2007年、90巻、706〜711頁
この目的は、主要な結晶相としてSiOを有するガラスセラミック、またはSiOの結晶化のための核を含むガラスを調製する方法であって、セリウムイオンを含む出発ガラスの溶融物が還元条件に曝露されるステップを含む、方法によって、本発明により達成される。
特にUV光の作用下で、最先端技術と比較して改良された蛍光特性を呈するガラスセラミックおよびガラスを、本発明による方法によって調製できることが、意外にも示された。
特別な理論に限定されることなく、セリウムイオンを含有するガラス溶融物中で、Ce3+イオンとCe4+イオンの間の平衡が確立されると想定される。本発明による方法で、出発ガラスが曝露される還元条件によって、この比がCe3+イオン優先に移り、これが5d→4f遷移によって320〜500nmの波長領域で蛍光を呈すると、さらに想定される。この蛍光は、天然歯材料の蛍光特性を模倣するのに、特に適切である。
通常、本発明による方法は、出発ガラスの溶融物を少なくとも1種の還元剤と反応させることを含む。原則として、本発明による方法の条件下で、Ce4+イオンをCe3+イオンに還元することができる全ての剤が、還元剤として考慮される。還元後に、ガラス溶融物から残留物無く除去され得るそれらの還元剤が、好ましい。
特に、ガス状の還元剤、および本発明による方法の条件下で、還元後にガラス溶融物から焼失される還元剤が好ましい。ガス状の還元剤の例は、水素、好ましくは水素と窒素の混合物を含むガスである。還元剤の例は、さらに、少なくとも1つの酸化可能な炭素原子を含む物質、特に、例えば黒鉛、有機塩、炭水化物および穀粉のような炭素である。
図1は、実施例1によって得られたガラスセラミック試料に対する、励起波長366nmでの発光スペクトル、ならびに430nmおよび541nmでの発光の励起スペクトルを示す。発光スペクトルは420nmで広範な最大値を呈し、これはCe3+の5d→4f遷移に起因するものである。430nmでの発光に対応する励起スペクトルは、340nmで励起最大値を呈した。さらに発光スペクトルは483、541、585および619nmで最大値を呈し、これらは、Tb3+および遷移に起因するものである。541nmでの発光に対する関連する広範な励起スペクトルは、310nmで励起最大値を呈した。図1の発光スペクトルで示される蛍光発光は、ヒトの目によって白−青色蛍光として全体的に知覚される。
図2は、ショ糖の添加による還元条件下で調製した実施例11による試料、および酸素含有雰囲気中の通常の条件下で溶融した実施例11aによる同じ組成の対応する参照試料に対する、366nmの励起波長で得られた発光スペクトルを示す。約420nmでのCe3+の広範な発光最大値、ならびに483、541、549、585および619nmでのTb3+の発光バンドが見られ得る。スペクトルの比較は、実施例2による試料に対する還元条件下での溶融を原因とする、個々の発光バンドの強度の明瞭な上昇を示している。375〜700nm(全測定範囲)の範囲にわたる発光曲線下の面積分計算によって決定された全体の光の発光の比較は、2.0倍の上昇を示している。
図3は、実施例1〜6、9、11および12による試料の発光強度を示す。
好ましい実施形態によれば、出発ガラスの溶融物は、SiO、LiO、任意選択で成核剤、セリウム化合物、および少なくとも1種の還元剤を含む、ガラス形成組成物から形成される。少なくとも1つの酸化可能な炭素原子を含み、好ましくは、有機塩、炭水化物および穀粉からなる群から選択される化合物は、少なくとも1種の還元剤として好ましい。特に適切な有機塩の例は、アセチルアセトネートである。
特に好ましい実施形態では、セリウムアセチルアセトネート、特にセリウム(III)アセチルアセトネートが、還元剤として使用される。この実施形態によれば、セリウム化合物は、少なくとも1種の還元剤を同時に表す。
さらに好ましい実施形態によれば、少なくとも1種の還元剤は還元ガスであり、そのガスは好ましくは水素を含み、好ましくは水素と窒素を含む。約5vol%の水素を含み、フォーミングガスとも称される、水素と窒素の混合物が特に適切である。還元の程度は、供給するガスの量によって、特にガスの供給の流量および持続時間によって、制御され得る。還元ガスの活性成分、好ましくは水素の量は、10〜180分、特に20〜120分、好ましくは30〜90分の間で、好ましくは0.05〜5l/分、特に0.1〜1l/分、好ましくは0.2〜0.5l/分である。
本発明によれば、出発ガラスは、CeOとして計算して、0.1〜7.0wt%、特に0.5〜5.0wt%、好ましくは1.0〜4.0wt%のセリウムイオンを含むことが好ましい。
特に好ましい実施形態によれば、出発ガラスの溶融物は、少なくとも1種のセリウム(III)化合物および少なくとも1種のセリウム(IV)化合物を含む、ガラス形成組成物から形成される。得られるガラスまたはガラスセラミック中のCe3+イオンとCe4+イオンの比は、セリウム(III)化合物とセリウム(IV)化合物の比を変更することによってさらに調整され得る。さらに、Ce4+イオンは、ガラスまたはガラスセラミック材料の黄変をもたらす。したがって、天然歯材料の蛍光および色特性の特に良好な模倣が可能になる。特に好ましい実施形態では、ガラス形成組成物は、0.1〜5.0wt%、特に0.5〜3.0、好ましくは1.5〜2.0wt%の、Ceとして計算したセリウム(III)化合物、および0.1〜5.0wt%、特に0.5〜3.0、好ましくは1.5〜2.0wt%の、CeOとして計算したセリウム(IV)化合物を含む。Ceとして計算したセリウム(III)化合物と、CeOとして計算したセリウム(IV)化合物の質量比は、5:1〜1:5、特に2:1〜1:2、好ましくは1.25:1〜1:1.25の範囲にあることがさらに好ましい。
特別な実施形態では、出発ガラスはさらにテルビウムイオンを含む。出発ガラスは、0.05〜2.0、特に0.1〜1.5、好ましくは0.2〜1.0、特に好ましくは0.3〜0.7wt%の、Tbとして計算したテルビウムイオンを好ましくは含む。本発明によれば、セリウムイオンとテルビウムイオンを組み合わせることによって、その蛍光および色特性が天然歯材料のものに特によく模倣できる、ガラスおよびガラスセラミックが得られることが、意外にも示された。最先端技術において、セリウムイオンによってもたらされる蛍光の減少または完全な消失が、d−ブロック元素の存在下で観察されたが、本発明によるガラスおよびガラスセラミックの場合、セリウムイオンによってもたらされる蛍光が、テルビウムイオンの存在下でさえほぼ維持されることは、特に意外である。
出発ガラスは、SiO結晶相を形成するために必要な、少なくともSiO成分をさらに含む。
出発ガラスは通常、以下の成分を含む。
この出発ガラスから調製されたガラスセラミックは意外にも、修復用歯科材料として望ましい機械的および光学的性質の有利な組合せを呈し、かつ歯科材料として望ましい方法で所望の形状を与えることもできる。
出発ガラスは、60.0〜90.0、好ましくは70.0〜83.0wt%、特に好ましくは71.0〜78.0wt%のSiOを好ましくは含む。
出発ガラスが2.8〜9.5、特に5.0〜9.0、特に好ましくは7.0〜7.8wt%のLiOを含むことはさらに好ましい。LiOは出発ガラスの溶融性の改善に役立つ。さらに、それはまたガラスマトリックス中でのイオンの易動性を促進し、いくつかの結晶相、例えば低温型石英およびケイ酸リチウムの結晶化にプラスの効果を有すると考えられる。
出発ガラスがLiOに加えて、さらなるアルカリ金属酸化物Me Oを、0〜13.0、特に1.0〜13.0、特に好ましくは2.0〜13.0wt%の量で含むこともまた好ましい。「さらなるアルカリ金属酸化物Me O」という用語は、LiOを除いたアルカリ金属酸化物を表し、このMe OはKO、NaO、CsOおよび/またはRbOから特に選択される。出発ガラスは、特に好ましくは、以下のさらなるアルカリ金属酸化物Me Oの少なくとも1つ、とりわけ全てを下記所定の量で含む。
特に好ましい実施形態では、出発ガラスは、1.0〜4.0wt%のKOを含む。
さらに、出発ガラスが、0〜11.0、特に1.0〜7.0wt%の二価元素の酸化物MeIIOを含むことが好ましく、この酸化物MeIIOは、MgO、CaO、SrOおよび/またはZnOから特に選択される。出発ガラスは、特に好ましくは、以下の二価元素の酸化物MeIIOの少なくとも1つ、とりわけ全てを下記所定の量で含む。
特に好ましい実施形態では、出発ガラスは、0.5〜7.0、好ましくは1.0〜5.0、特に好ましくは1.0〜3.0wt%のMgOおよび/または1.0〜5.0、好ましくは1.0〜4.0、特に好ましくは2.0〜4.0wt%のCaOを含む。
さらに、0〜10.0、特に2.0〜9.0wt%の三価元素の酸化物MeIII を含む出発ガラスが好ましく、このMeIII はAl、Y、La、B、Gaおよび/またはInから特に選択される。出発ガラスは、特に好ましくは、以下の三価元素の酸化物MeIII の少なくとも1つ、とりわけ全てを下記所定の量で含む。
特に好ましい実施形態では、出発ガラスは、1.0〜8.0、特に2.0〜7.0、特に好ましくは3.0〜6.0wt%のAlを含む。
さらに、四価元素のさらなる酸化物MeIVを0〜21.0wt%の量で含む出発ガラスが好ましい。「四価元素のさらなる酸化物MeIV」という用語は、SiOおよびCeOを除いた四価酸化物を表し、このMeIVは、ZrO、GeO、TiOおよび/またはSnOから特に選択される。出発ガラスは、特に好ましくは、以下の四価元素のさらなる酸化物MeIVの少なくとも1つ、とりわけ全てを下記所定の量で含む。
さらに好ましい実施形態では、出発ガラスは0〜7.0、特に0〜6.5%、特に好ましくは1.0〜6.5%、実に特に好ましくは2.0〜5.0wt%のPを含む。
は成核剤として作用し得る。しかしながら、成核剤の存在は、主要な結晶相としてのSiOの形成にとって必要とは限らない。
さらに、五価元素のさらなる酸化物Me を、0〜6.0、特に0〜5.0wt%の量で含む出発ガラスが好ましい。「五価元素のさらなる酸化物Me 」という用語は、Pを除いた五価酸化物を表し、このMe は、V、Taおよび/またはNbから特に選択される。出発ガラスは、特に好ましくは、以下の五価元素のさらなる酸化物Me の少なくとも1つ、とりわけ全てを下記所定の量で含む。
0〜6.0wt%の六価元素の酸化物MeVIを含む出発ガラスもまた好ましく、このMeVIはWOおよび/またはMoOから特に選択される。出発ガラスは、特に好ましくは、以下の酸化物MeVIの少なくとも1つ、とりわけ全てを下記所定の量で含む。
さらに、0〜5.0、特に0〜1.0wt%のフッ素を含む出発ガラスが好ましい。
以下の成分の少なくとも1つ、好ましくは全てを下記所定の量で含む出発ガラスが特に好ましく、
ここで、Me O、MeIIO、MeIII 、MeIV、Me およびMeVIは、上で規定した意味を有する。
さらに好ましい実施形態では、出発ガラスは以下の成分の少なくとも1つ、好ましくは全てを含む。
上で指定された成分のいくつかは、着色剤および/または蛍光剤として役立つことができる。出発ガラスは、さらなる着色剤および/または蛍光剤をさらに含むこともでき、それは、無機顔料および/または、Sc、Mn、Fe、Co、Pr、Nd、Er、Dy、Gd、EuおよびYbの酸化物などのd−ブロック元素およびf−ブロック元素の酸化物から特に選択することができる。成核剤としてさらに作用し得る、例えばAg、AuおよびPdなどの金属コロイドは、さらなる着色剤として使用され得る。これらの金属コロイドは、例えば、溶融および結晶化プロセス中に、対応する酸化物、塩化物またはニトレートの還元によって形成され得る。
出発ガラスの溶融物は好ましくは、特に1500〜1800℃の温度で形成される。その手順は特に、カーボネート、酸化物、ホスフェートおよびフッ化物などの適切な出発材料の混合物が、1500〜1800℃の温度で0.5〜10時間溶融されることである。ガスを還元剤として使用する場合、ガスがこうして得られたガラス溶融物に通過される。特に高い均質性を達成するために、粒状ガラス材料を形成する目的で、得られたガラス溶融物が次に水中へ注ぎ入れられ得、得られた粒状材料が次に再度溶融され得る。
出発ガラスのブランク、いわゆる固形ガラスブランクまたはモノリシックブランクを生成するために、次に溶融物が型へ注ぎ入れられ得る。これらのモノリシックブランクは、例えば450〜600℃で5〜120分間保持することによって、通常は最初に応力除去される。所定の温度範囲でのこの応力除去によって、通常はSiO結晶相、特に低温型石英結晶相の結晶化のための核の形成がもたらされる。
同様に、粒状材料を調製するために、溶融物を再度水中に入れることが可能である。ブランク、いわゆる粉末成形体を形成するために、次に、この粒状材料は粉砕および任意選択でさらなる成分の添加の後、プレス加工され得る。最終的に、造粒の後に粉末を形成するために、出発ガラスは加工され得る。
同様に、フリット、すなわち粒状材料を調製するために、溶融物を再度水に入れることは可能である。ブランク、いわゆる粉末成形体を形成するために、このフリットは、粉砕ならびに、任意選択で、結合剤および/または着色剤および蛍光剤などのさらなる成分の添加の後、プレス加工され得る。
最終的に、ガラスフリットの生成後に、粉末を形成するために出発ガラスは加工され得る。
次に熱処理によって出発ガラスから、核を有するガラスは生成され得る。これは核生成プロセスとも称される。
SiO、特に低温型石英の結晶化のための核を有するガラスを調製する好ましい実施形態では、出発ガラスは、450〜600℃、特に500〜550℃の温度で、特に5〜120分、好ましくは10〜40分の間、熱処理に供される。
次に、熱処理によって、核を有するガラスから、本発明によるガラスセラミックは形成され得る。
本発明によるガラスセラミックの調製の好ましい実施形態では、出発ガラスまたは特に核を有するガラスは、700〜950℃の温度で、特に5〜40分、好ましくは10〜30分の間、少なくとも1回熱処理に供される。
出発ガラスまたは核を有するガラスは、例えば固形ガラスブランクまたは粉末成形体の形態で、少なくとも1回熱処理に供され得る。
少なくとも1回の熱処理が、特に固形ガラスブランクのホットプレス加工中に、または特に粉末の焼結中に行われ得る。
本発明によるガラスセラミックの調製の好ましい実施形態は、したがって、
(a)出発ガラスの粉末または核を有するガラスの粉末が、任意選択でプレス加工助剤、着色剤および/または蛍光剤などのさらなる成分の添加の後に、プレス加工されて粉末成形体を形成し、
(b)粉末成形体が、700〜950℃の温度で特に5〜40分の間、熱処理に供されるという方法を表す。
本発明によるガラスセラミックの調製のさらに好ましい実施形態は、
(a’)出発ガラスの溶融物が、特に型に注ぎ入れることにより、成形されてガラスブランクを形成し、
(b’)ガラスブランクが、700〜900℃の温度で特に5〜40分の間、熱処理に供されるという方法を表す。
方法の好ましい両実施形態では、上で述べたさらなる核生成が、ステップ(b)または(b’)における熱処理の前に実施され得る。
ガラスセラミックの性質は、主要な結晶相から、実質的に影響を受ける。本発明によるガラスセラミックは、主要な結晶相としてSiOを含む。好ましい実施形態では、本発明によるガラスセラミックは、低温型石英、クリストバライトまたはそれらの混合物を、好ましくは低温型石英またはクリストバライトを、特に好ましくは低温型石英を、主要な結晶相として含む。
「主要な結晶相」という用語は、ガラスセラミック中に存在する全結晶相の中で、最も高い質量割合を有する結晶相を表す。結晶相の質量は、特にリートベルト方法を使用して決定される。リートベルト方法を使用する結晶相の定量的な分析の適切な方法は、例えばM.Dittmerの博士論文「Glaeser und Glaskeramiken im System MgO−Al−SiO mit ZrO als Keimbildner」[Glasses and glass ceramics in the MgO−Al−SiO system with ZrO as nucleating agent]、University of Jena 2011年に記載されている。
本発明によるガラスセラミックが、5.0〜50.0、特に10.0〜30.0wt%のSiOを、結晶相として、特に低温型石英、クリストバライトまたはそれらの混合物の形態で含むことはさらに好ましい。
本発明によるガラスセラミックは、主要な結晶相としてのSiOに加えて、特にリン酸リチウムおよび/またはケイ酸リチウムなどの、さらなる結晶相をも含むことができる。アモルファスまたは結晶の形態の、まださらなるナノスケール相も、本発明によるガラスセラミック中に同様に存在することができる。
本発明によるガラスセラミックは、5.0〜30.0、特に10.0〜25.0wt%の二ケイ酸リチウムを含むことが好ましい。
形成される結晶相のタイプおよび量は、出発ガラスの組成、および出発ガラスからガラスセラミックを調製するのに利用される熱処理によって、特に制御され得る。このことを、組成および使用される熱処理を変えることにより、実施例において説明する。
本発明によるガラスセラミックは、少なくとも5.0×10−6−1、好ましくは10.0〜20.0×10−6−1、特に好ましくは13.0〜18.0×10−6−1の熱膨張係数CTE(100〜500℃の範囲で測定)を通常有する。CTEはISO6872(2008)に従って決定する。
本発明によるガラスセラミックは、非常に良好な耐薬品性により特徴付けられる。耐薬品性を決定するために、ISO規格6872(2008)に従って、酢酸水溶液に保存中の質量損失を決定することにより、ガラスセラミックは試験された。本発明によるガラスセラミックは、好ましいことに30μg/cm未満の質量損失を示した。
さらに、本発明によるガラスセラミックは、ガラスセラミックを例えば歯科修復物の形に導くために、特に簡単で迅速な機械加工を可能にする機械的性質によって、特に特徴付けられる。
ガラスセラミックは、好ましくは少なくとも200MPa、特に好ましくは200〜500MPaの二軸破断強度を有する。二軸破断強度は、ISO6872(2008)(ピストン−オン−スリーボール試験)に従って決定された。
ガラスセラミックの半透明性は、英国規格BS5612によるコントラスト値(CR値)の形で決定され、それは好ましくは35〜80であった。
本発明はさらに、本発明による方法を使用して得られ得る、SiOの結晶化のための核を含むガラス、および主要な結晶相としてSiOを有するガラスセラミックに関する。SiOの結晶化を形成するのに適切な核を有するガラス、および主要な結晶相としてSiOを有するガラスセラミックの好ましい実施形態は、上に記載する本発明による方法の好ましい実施形態に由来する。
本発明はさらに、420nmおよび/または380〜460nmの波長範囲(曲線下の領域)で、参照試料の対応する蛍光強度の少なくとも1.5倍、特に少なくとも2倍、好ましくは少なくとも4倍、特に好ましくは少なくとも6倍の蛍光強度を有する、SiOの結晶化のための核を含むガラス、および主要な結晶相としてSiOを有するガラスセラミックであって、参照試料は、74.3wt%のSiO、7.7wt%のLiO、3.4wt%のKO、1.8wt%のMgO、3.3wt%のCaO、4.0wt%のAl、3.6wt%のP、1.5wt%のCeOおよび0.4wt%のTbの組成を有する出発ガラスを、適切な原料から200gの規模で白金ロジウムるつぼ中で、1650℃で1時間溶融し、ガラスブロックを生成するために予熱した型へ30gのガラス溶融物を注ぎ入れ、530℃で20分および800℃で30分の逐次温度処理であって、前記温度処理間の加熱速度がそれぞれの場合30K/分である逐次温度処理によって、ガラスブロックをガラスセラミックに変換することによって得ることができる、ガラスセラミックまたはガラスに関する。
好ましくは、ガラスおよびガラスセラミックはさらに、Tb3+遷移の最大値の波長、特に541nm、および/または535〜650nmの波長範囲、好ましくは535〜555nmの波長範囲(曲線下の領域)で、参照試料の対応する蛍光強度の、少なくとも1.5倍、特に少なくとも2倍、好ましくは少なくとも3倍、特に好ましくは少なくとも4倍の蛍光強度を有し、ここで参照試料は上で記載のように得ることができる。
特に好ましいのは、375〜700nmの波長領域(曲線下の領域)で参照試料の対応する蛍光強度の、少なくとも1.5倍、特に少なくとも2倍、好ましくは少なくとも3倍、特に好ましくは少なくとも4倍の蛍光強度を有するガラスおよびガラスセラミックであり、ここで参照試料は上で記載のように得ることができる。
蛍光は典型的には、17.9mm×15.9mm×2mmの寸法を有し、その表面はAPEX砥石車(0.5μm)で研磨された小板を使用し、450Wキセノンランプ、励起モノクロメーター(ギャップ幅1nm、励起波長366nm)、発光モノクロメーター(ギャップ幅1.5nm、走査範囲372〜700nm、増分1nm)を有するFL1039型(Horiba Jobin Yvon GmbH)蛍光分光計、およびPMT 1424M型(Horiba Jobin Yvon GmbH)光電子増倍管検出器(積分時間1秒)によって測定される。小板は、典型的には励起モノクロメーターに対して30°の角度に配置されq、発光は、光学的5%ニュートラルデンシティーフィルター(Neutral Density Filter)を有する励起モノクロメーターに対して、90°の角度で測定される。
本発明はさらに、CIE色空間において白みがかった青の蛍光色を有する、SiOの結晶化のための核を含むガラス、および主要な結晶相としてSiOを有するガラスセラミックに関する。
本発明によるガラスセラミック、および本発明によるガラスは、粉末、粒状材料、またはモノリシックブランクのような任意の形状もしくは大きさのブランク(例えば小板、直方体もしくは円筒など)、あるいは未焼結、部分焼結または高密度焼結の形態の粉末成形体の形態で特に存在する。それらは、例えば歯科修復物を形成するようなこうした形態に容易にさらに加工され得る。しかしながらそれらはまた、インレー、アンレー、クラウン、ベニヤ、ファセットまたはアバットメントなどの歯科修復物の形態で存在することもできる。
ブリッジ、インレー、アンレー、クラウン、ベニヤ、ファセットまたはアバットメントなどの歯科修復物は、本発明によるガラスセラミックおよび本発明によるガラスから調製され得る。したがって本発明は、歯科材料としてのそれらの使用、および特に歯科修復物の調製のためのそれらの使用に関する。ガラスセラミックまたはガラスが、プレス加工または機械加工によって、所望の歯科修復物の形状を与えられることが好ましい。
プレス加工は通常、高い圧力および高い温度の下で実施される。プレス加工は700〜1200℃の温度で実施されることが好ましい。プレス加工は10〜30バールの圧力で実施されることがさらに好ましい。プレス加工中、使用する材料の粘性流により、形状における所望の変更が達成される。出発ガラス、および本発明による核を有するガラス、ならびに好ましくは本発明によるガラスセラミックが、プレス加工用に使用され得る。本発明によるガラスおよびガラスセラミックは、例えば固形ブランクなどの任意の形状もしくは大きさのブランク、または、例えば未焼結、部分焼結もしくは高密度焼結形態の粉末成形体の形態で、特に使用され得る。
機械加工は通常、材料除去プロセスにより、特にミリング加工および/または研磨加工により実施される。CAD/CAMプロセスの一部として機械加工が実施されることが特に好ましい。出発ガラス、および本発明による核を有するガラス、ならびに本発明によるガラスセラミックは機械加工に使用され得る。例えば固形ブランクなどのブランク、または例えば未焼結、部分焼結もしくは高密度焼結形態の粉末成形体の形態で、本発明によるガラスおよびガラスセラミックが特に使用され得る。本発明によるガラスセラミックが、好ましくは機械加工に使用される。本発明によるガラスセラミックはまた、低温での熱処理によって生成されたまだ十分結晶化していない形態で、使用され得る。これは、より容易な機械加工、およびしたがって機械加工用のより簡単な装置の使用が可能であるという利点を有する。こうした部分結晶化材料を機械加工した後、結晶相としてのSiOのさらなる結晶化をもたらすために、後者は通常さらなる熱処理に供される。
しかしながら、本発明によるガラスセラミックおよび本発明によるガラスは、例えばセラミック、ガラスセラミックおよび金属の被覆材料としても適している。したがって同様に本発明は、本発明によるガラスまたは本発明によるガラスセラミックの、特にセラミック、ガラスセラミックおよび金属の被覆への使用を対象とする。
本発明は、セラミック、ガラスセラミックおよび金属を被覆する方法にも関し、この方法において、本発明によるガラスセラミックまたは本発明によるガラスが、セラミック、ガラスセラミックまたは金属に付与され、少なくとも600℃の温度に曝露される。
これは、特に焼結、および好ましくはプレス加工によって行うことができる。焼結にあっては、ガラスセラミックまたはガラスは、セラミック、ガラスセラミックまたは金属などの被覆される材料に、例えば粉末として、通常の方法で付与され、次に焼結される。好ましいプレス加工にあっては、本発明によるガラスセラミックまたは本発明によるガラスは、例えば粉末成形体またはモノリシックブランクの形態で、例えば700〜1200℃の高温で、例えば10〜30バールの加圧することで、プレス加工される。このために、特に欧州特許出願公開231773号に記載の方法、およびそこに開示のプレス炉が、使用され得る。適切な市販の炉は、Ivoclar Vivadent AG(リヒテンシュタイン)からのProgramatタイプの炉である。
本発明によるガラスセラミックおよび本発明によるガラスの上記性質に起因して、特に歯科で使用するのにこれらは適切である。したがって本発明の主題は、本発明によるガラスセラミックまたは本発明によるガラスの、歯科材料としての、特に歯科修復物の調製のための、またはクラウン、ブリッジおよびアバットメントなどの歯科修復物のための被覆材料としての、使用でもある。
したがって本発明は、歯科修復物、特にブリッジ、インレー、アンレー、ベニヤ、アバットメント、部分クラウン、クラウンまたはファセットの調製方法にも関し、この方法において、本発明によるガラスセラミックまたは本発明によるガラスは、プレス加工、焼結、または特にCAD/CAMプロセスの一部としての機械加工により、所望の歯科修復物の形状が与えられる。
本発明は、非限定的実施例によって以下でさらに詳細に説明される。
表Iに与えられる組成を有する本発明による合計12のガラスおよびガラスセラミックを、対応する出発ガラスを溶融し、続いて、制御された核生成および結晶化のための表IIによる熱処理によって、調製した。表Iで、所定の酸化物の酸化状態は、出発ガラスを溶融するために使用する原料の酸化状態を意味する。表IIでは、以下の意味を適用する。
ガラス転移温度
およびt 溶融に使用した温度および時間
およびt 核生成に使用した温度および時間
およびt 結晶化に使用した温度および時間
SintおよびtSint 焼結に使用した温度および時間
(実施例1〜10)
還元剤としての還元性セリウム化合物の使用
還元剤としてセリウム化合物を使用してガラスおよびガラスセラミックを調製するために、最初に表Iで与えられる組成に対応する出発ガラスを、白金るつぼ中で通常の原料混合物から、表IIで与えられる温度Tで時間tの間、溶融した。ここで、所定のCe含量のための原料として、セリウム(III)アセチルアセトネートを使用した。出発ガラスを水中に注ぎ入れることによって、ガラスフリットを調製し、乾燥オーブン中150℃で乾燥した。
実施例1〜8では、乾燥したガラスフリットを、次に温度Tで時間tの間、均質化のために2回目の溶融をした。次に得られたガラス溶融物を、予熱した黒鉛型へ注ぎ入れ、ガラスブロックを生成した。次にガラスブロックを、熱処理によって、核含有ガラスおよびガラスセラミックに変換した。制御された核生成および制御された結晶化に使用する熱処理を、表IIに与える。
実施例9および10では、乾燥したガラスフリットを、レッチェミルで<90μmの粒径に粉砕した。ブランクを形成するためにガラス粉末をプレス加工し、次に焼結した。焼結ステップは、材料の圧密化に加えて、高密度のガラスセラミック成形物体の形成を伴うガラスの結晶化も、もたらした。焼結に使用した熱処理を、表IIに与える。
(実施例11)
還元剤としての有機化合物の使用
還元剤として有機化合物を使用してガラスおよびガラスセラミックを調製するために、表Iに与えられる組成に対応する出発ガラスを、通常の原料混合物から1.5wt%ショ糖を添加して、白金るつぼ中で表IIに与えられる温度Tで時間tの間、最初に溶融した。出発ガラスを水中へ注ぎ入れることによって、ガラスフリットを調製し、これを150℃の乾燥オーブンで乾燥し、次に均質化のために、温度Tで時間tの間、2回目の溶融をした。次にガラスブロックを生成するために、得られたガラス溶融物を、予熱した黒鉛型へ注ぎ入れた。
次に、熱処理によってガラスブロックを、核含有ガラスおよびガラスセラミックに変換した。制御された核生成および制御された結晶化のために使用する熱処理を、表IIに与える。
(実施例11a)
還元剤を添加しない、実施例11の再現(比較)
実施例11を、ショ糖を添加せずに再現した。こうして得られた試料の蛍光は、実施例11よりはるかに低い。
(実施例12)
還元剤としてのフォーミングガスの使用
還元剤としてフォーミングガスを使用してガラスおよびガラスセラミックを調製するために、表Iに与えられる組成に対応する出発ガラスを、通常原料の混合物から、白金るつぼ中で表IIに与えられる温度Tで時間tの間、最初に溶融した。出発ガラスを水中へ注ぎ入れることによって、ガラスフリットを調製し、これを150℃の乾燥オーブンで乾燥した。乾燥したガラスフリットを、温度Tで再度溶融し、約3l/分のフォーミングガス(95%N、5%H)を、石英ガラス浸漬チューブによって60分間ガラス溶融物に通過させた。次に浸漬チューブを溶融物から取り去り、再酸化を防ぐために溶融物表面をフォーミングガスで約30分間すすいだ。次に、ガラス溶融物を予熱した鋼型へ注ぎ入れ、ガラスブロックを生成した。
次に、通常のオーブン雰囲気中での熱処理によって、ガラスブロックを核含有ガラスおよびガラスセラミックに変換した。制御された核生成および制御された結晶化に使用する熱処理を、表IIに与える。フォーミングガスの下で溶融することによる、結晶化および/または結晶構造への影響は、観察されなかった。
(実施例13)
蛍光測定
核生成後に得られたブロックから、適切な鋸(Buehler Isomet 5000)を用いて、小板を鋸で切り出し、表面をAPEX砥石車(0.5μm)で研磨した。次に、結晶化のために小板をProgramat炉(Ivoclar Vivadent AG)中で、表IIによる温度処理に供した。さらなる加工ステップでは、小板を、寸法17.9mm×15.9mm×2mmに研削し、表面をAPEX砥石車(0.5μm)で研磨した。
蛍光特性を測定するために、励起モノクロメーターおよび発光モノクロメーターを有するFL1039型(Horiba Jobin Yvon GmbH)蛍光分光計を使用した。試料の励起は、450Wのキセノンランプによって実施した。発光強度は、PMT1424M型(Horiba Jobin Yvon GmbH)光電子増倍管検出器(PMT)を使用して、1秒当たりのパルス数(1秒当たりのカウント数、cps)として決定した。励起モノクロメーターの較正は、集積シリコンフォトダイオードによって実施した。発光モノクロメーターは、水ラマンピークの位置によって較正した。測定範囲内での検出器の線形性は、装置特有の補正データセットによって確実にした。励起強度の線形性は、測定された発光強度のランプ強度による数学的補正(測定された信号を、ランプ強度を直接決定する集積シリコンフォトダイオードの参照信号で割ること)によって、励起スペクトルの測定中に確実にした。検出器を保護するために、かつ飽和範囲に到達しないようにするために、5%ニュートラルデンシティーフィルターを発光ビーム経路で使用した。
試料を、固形試料ホルダに直角モードでクランプ固定した。励起光の反射を防ぐために、試料を励起ビームに対して30°回転させ、その結果、拡散的に散乱した発光のみが検出された。全ての試料を、同一の分光計の設定(ギャップ幅1nm(励起モノクロメーター)および1.5nm(発光モノクロメーター)、走査範囲372〜700nm、増分1nm、積分時間1秒、励起波長366nm)を使用して測定した。

Claims (20)

  1. 主要な結晶相としてSiOを有するガラスセラミック、またはSiOの結晶化のための核を含むガラスを調製する方法であって、セリウムイオンを含む出発ガラスの溶融物が還元条件に曝露されるステップを含む、方法。
  2. 前記出発ガラスの前記溶融物が、少なくとも1種の還元剤と反応される、請求項1に記載の方法。
  3. 前記出発ガラスの前記溶融物が、SiO、LiO、セリウム化合物および少なくとも1種の還元剤を含むガラス形成組成物から形成される、請求項2に記載の方法。
  4. 前記少なくとも1種の還元剤が、少なくとも1つの酸化可能な炭素原子を含む化合物であり、好ましくは有機塩、炭水化物および穀粉からなる群から選択される、請求項2または3に記載の方法。
  5. 前記少なくとも1種の還元剤が、アセチルアセトネート、特にセリウムアセチルアセトネート、好ましくはセリウム(III)アセチルアセトネートである、請求項4に記載の方法。
  6. 前記少なくとも1種の還元剤が、還元ガスであり、前記ガスが好ましくは水素を含み、好ましくは水素および窒素を含む、請求項2に記載の方法。
  7. 前記出発ガラスが、CeOとして計算して、0.1〜7.0wt%、特に0.5〜5.0wt%、好ましくは1.0〜4.0wt%のセリウムイオンを含む、請求項1から6のいずれか一項に記載の方法。
  8. 前記出発ガラスが、テルビウムイオンをさらに含み、Tbとして計算して、好ましくは0.05〜2.0、特に0.1〜1.5、好ましくは0.2〜1.0、特に好ましくは0.3〜0.7wt%のテルビウムイオンを含む、請求項1から7のいずれか一項に記載の方法。
  9. 前記出発ガラスが、0〜11.0wt%、特に1.0〜7.0wt%のアルカリ土類金属酸化物を含み、前記アルカリ土類金属酸化物が、特にMgO、CaO、SrO、BaOまたはこれらの混合物である、請求項1から8のいずれか一項に記載の方法。
  10. 前記出発ガラスが、以下の成分の少なくとも1種、好ましくは全てを所定の量で含み、
    ここで、
    Me Oは、NaO、KO、RbOおよび/またはCsOから選択され、
    MeIIOは、MgO、CaO、SrOおよび/またはZnOから選択され、
    MeIII は、Al、B、Y、La、Gaおよび/またはInから選択され、
    MeIVは、ZrO、GeO、TiOおよび/またはSnOから選択され、
    Me は、V、Taおよび/またはNbから選択され、
    MeVIはWOおよび/またはMoOから選択される、
    請求項1から8のいずれか一項に記載の方法。
  11. SiO、特に低温型石英、クリストバライトまたはこれらの混合物、好ましくは低温型石英またはクリストバライト、特に好ましくは低温型石英を形成するのに適切な核を有するガラスを調製するための、請求項1から10のいずれか一項に記載の方法。
  12. 主要な結晶相として、SiO、特に低温型石英、クリストバライトまたはこれらの混合物、好ましくは低温型石英またはクリストバライト、特に好ましくは低温型石英を有するガラスセラミックを調製するための、請求項1から10のいずれか一項に記載の方法。
  13. 結晶相として、特に低温型石英、クリストバライトまたはこれらの混合物の形態で、5.0〜50.0、特に10.0〜30.0wt%のSiOを含むガラスセラミックを調製するための、請求項1から10または12のいずれか一項に記載の方法。
  14. 前記出発ガラスが、700〜950℃の範囲にある少なくとも1回の熱処理に供される、請求項1から13のいずれか一項に記載の方法。
  15. 前記ガラスセラミックまたは前記ガラスが、粉末、ブランクまたは歯科修復物の形態で存在する、請求項1から14のいずれか一項に記載の方法。
  16. 請求項1から15のいずれか一項に記載の方法を使用して得ることができる、主要な結晶相としてSiOを有するガラスセラミック、またはSiOの結晶化のための核を含むガラス。
  17. 420nmで、参照試料の対応する蛍光強度の少なくとも1.5倍、特に少なくとも2倍、好ましくは少なくとも4倍、特に好ましくは少なくとも6倍の蛍光強度を有する、主要な結晶相としてSiOを有するガラスセラミック、またはSiOの結晶化のための核を含むガラスであって、
    前記参照試料は、74.3wt%のSiO、7.7wt%のLiO、3.4wt%のKO、1.8wt%のMgO、3.3wt%のCaO、4.0wt%のAl、3.6wt%のP、1.5wt%のCeOおよび0.4wt%のTbの組成を有する出発ガラスを、適切な原料から200gの規模で白金ロジウムるつぼ中で、1650℃で1時間溶融し、ガラスブロックを生成するために予熱した型へ30gのガラス溶融物を注ぎ入れ、530℃で20分および800℃で30分の逐次温度処理であって、前記温度処理間の加熱速度がそれぞれの場合30K/分である逐次温度処理によって、前記ガラスブロックをガラスセラミックに変換することによって得ることができる、
    ガラスセラミックまたはガラス。
  18. 541nmで、参照試料の対応する蛍光強度の少なくとも1.5倍、特に少なくとも2倍、好ましくは少なくとも3倍、特に好ましくは少なくとも4倍の蛍光強度を有する、主要な結晶相としてSiOを有するガラスセラミック、またはSiOの結晶化のための核を含むガラスであって、
    前記参照試料は請求項17のように得ることができる、
    ガラスセラミックまたはガラス。
  19. 歯科材料としての、特に歯科修復物を調製するための、請求項16から18のいずれか一項に記載のガラスセラミックまたはガラスの使用。
  20. 所望の歯科修復物、特に、インレー、アンレー、ベニヤ、部分クラウン、クラウンまたはファセットを形成するために、プレス加工または機械加工によって前記ガラスセラミックまたは前記ガラスが成形される、請求項19に記載の使用。
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