JP3170593B2 - 水熱ホットプレスによるガラスセラミックス固化体の製造方法 - Google Patents
水熱ホットプレスによるガラスセラミックス固化体の製造方法Info
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- JP3170593B2 JP3170593B2 JP31481390A JP31481390A JP3170593B2 JP 3170593 B2 JP3170593 B2 JP 3170593B2 JP 31481390 A JP31481390 A JP 31481390A JP 31481390 A JP31481390 A JP 31481390A JP 3170593 B2 JP3170593 B2 JP 3170593B2
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-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C10/00—Devitrified glass ceramics, i.e. glass ceramics having a crystalline phase dispersed in a glassy phase and constituting at least 50% by weight of the total composition
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、水熱ホットプレスによるガラスセラミック
ス固化体の製造方法に関する。
ス固化体の製造方法に関する。
「水熱」条件とは、100℃より高い温度で水が存在す
るような条件を言い、水熱ホットプレスとは、第１図に
示すような装置内に「水を混合した試料」を充填し、こ
れを２つのピストンで挟んで加圧し、同時に100℃より
高い温度に加熱し、それにより試料を物理的又は化学的
に変質又は変化させて固化させる方法を言う。固化した
塊は固化体と呼ばれ、新たな用途に使用される。
るような条件を言い、水熱ホットプレスとは、第１図に
示すような装置内に「水を混合した試料」を充填し、こ
れを２つのピストンで挟んで加圧し、同時に100℃より
高い温度に加熱し、それにより試料を物理的又は化学的
に変質又は変化させて固化させる方法を言う。固化した
塊は固化体と呼ばれ、新たな用途に使用される。
ところで、粉末から固化した塊を製造する方法として
焼結法がある。水熱ホットプレスは焼結法に比べ低温で
固化した塊を製造できる利点がある。
焼結法がある。水熱ホットプレスは焼結法に比べ低温で
固化した塊を製造できる利点がある。
本発明者らの一部は、他の発明者と共に、先に、試料
として、放射性廃棄物をガラス粉体に混合したものを使
用し、これに更に水を混合して水熱ホットプレスにより
固化し、得られた固化体を廃棄物として貯蔵する試みを
提案した。
として、放射性廃棄物をガラス粉体に混合したものを使
用し、これに更に水を混合して水熱ホットプレスにより
固化し、得られた固化体を廃棄物として貯蔵する試みを
提案した。
その後、本発明者らは、試料として、ガラス粉体だけ
を使用し、これに水を混合して水熱ホットプレスにより
固化させる方法で１個のガラス状の固化体を製造し、こ
れを新規で有用な用途に使用しようとする試験を行なっ
た。
を使用し、これに水を混合して水熱ホットプレスにより
固化させる方法で１個のガラス状の固化体を製造し、こ
れを新規で有用な用途に使用しようとする試験を行なっ
た。
しかしながら、得られたガラス状固化体は、圧縮強度
が満足されないという問題点を有していた。圧縮強度が
不足していると、ガラス状固化体に新規で有用な用途は
見出せない。
が満足されないという問題点を有していた。圧縮強度が
不足していると、ガラス状固化体に新規で有用な用途は
見出せない。
本発明者らは、鋭意研究の結果、試料として下記に示
す特定の組成を有するガラス粉体を使用すると、得られ
たガラス状固化体は、内部に結晶化した部分を有するガ
ラスセラミックスの１種であり、これが高い圧縮強度を
有することを見出し、本発明を成すに至った。
す特定の組成を有するガラス粉体を使用すると、得られ
たガラス状固化体は、内部に結晶化した部分を有するガ
ラスセラミックスの１種であり、これが高い圧縮強度を
有することを見出し、本発明を成すに至った。
よって、本発明は、 「次の組成： SiO2 40〜72mol％（40〜60mol％） CaO 0〜50mol％（15〜30mol％） Na2O 5〜43mol％（ 5〜30mol％） P2O5 1〜 6mol％ （かっこ内の数値は好ましい範囲）を有するガラスの粉
体と水との混合物を、水熱ホットプレスにより固化させ
る、ことを特徴とするガラスセラミックス固化体の製造
方法」を提供する。
体と水との混合物を、水熱ホットプレスにより固化させ
る、ことを特徴とするガラスセラミックス固化体の製造
方法」を提供する。
本発明で使用する上述の特定の組成（場合によっ、本
発明の目的を損なわない限り、少量の他の成分を含んで
いても差し支えない）を有するガラスは、生体活性材料
として公知である。従って、本発明の製法で得られる固
化体は、生体活性を示すので、骨内インプラントに有用
である。
発明の目的を損なわない限り、少量の他の成分を含んで
いても差し支えない）を有するガラスは、生体活性材料
として公知である。従って、本発明の製法で得られる固
化体は、生体活性を示すので、骨内インプラントに有用
である。
しかも、既述のように、本発明の固化体は、圧縮強度
が高いので、骨内インプラントに加工した場合、十分に
その役目を果たすことができる。
が高いので、骨内インプラントに加工した場合、十分に
その役目を果たすことができる。
本発明を実施するには、特定の組成を有するガラスを
入手した後、10〜200μｍ程度の粉体に粉砕する。
入手した後、10〜200μｍ程度の粉体に粉砕する。
この粉体100重量％を試料とし、これに５〜30重量％
程度の水を混合し、得られた混合物をホットプレス装置
に充填する。水は中性のものに限らず、pH4〜10程度の
水でも構わない。
程度の水を混合し、得られた混合物をホットプレス装置
に充填する。水は中性のものに限らず、pH4〜10程度の
水でも構わない。
水熱ホットプレスの適当な条件は、次の通りである。
圧力は20〜100MPa程度で十分である。温度は120〜400℃
程度で十分であり、400℃より上げても無駄であり、好
ましくは300〜350℃である。昇温速度は、１℃／分〜70
℃／分程度で十分であり、好ましくは１℃／分〜10℃／
分である。時間は10分〜５時間程度十分であり、５時間
より長く実行しても無駄である。
圧力は20〜100MPa程度で十分である。温度は120〜400℃
程度で十分であり、400℃より上げても無駄であり、好
ましくは300〜350℃である。昇温速度は、１℃／分〜70
℃／分程度で十分であり、好ましくは１℃／分〜10℃／
分である。時間は10分〜５時間程度十分であり、５時間
より長く実行しても無駄である。
これらの条件を選択することによって、析出する結晶
の大きさと形をコントロールすることができる。例え
ば、昇温速度を遅くすると、結晶が大きくなり、針状結
晶の長さが長くなる。そうすると、固化体の機械的強度
は向上する。反対に昇温速度を速くすると、析出する結
晶は小さくなり、形状は多面体又は球状になる。
の大きさと形をコントロールすることができる。例え
ば、昇温速度を遅くすると、結晶が大きくなり、針状結
晶の長さが長くなる。そうすると、固化体の機械的強度
は向上する。反対に昇温速度を速くすると、析出する結
晶は小さくなり、形状は多面体又は球状になる。
以下、実施例により本発明をより具体的に説明する
が、本発明はこれに限られるものではない。
が、本発明はこれに限られるものではない。
〔実施例１〕 生体活性ガラス（出発原料）として市販されている次
の組成： SiO2 46.1mol％ CaO 26.9 Na2O 24.4 P2O5 2.6 を有するガラス（商品名：ニコンSE51）を用意し、これ
を75μ（200メッシュ）以下の粒径になるまで粉砕し
た。
の組成： SiO2 46.1mol％ CaO 26.9 Na2O 24.4 P2O5 2.6 を有するガラス（商品名：ニコンSE51）を用意し、これ
を75μ（200メッシュ）以下の粒径になるまで粉砕し
た。
得られたガラス粉体4.0gに対し20重量％の蒸留水を加
えて十分に混合し、これを試料とし、この試料を第１図
に示す水熱ホットプレス装置に充填し、圧力＝50MPa、
温度＝200〜350℃、昇温速度＝２℃／分、時間＝２時間
の条件で、水熱ホットプレスを行ない、固化体を製造し
た。
えて十分に混合し、これを試料とし、この試料を第１図
に示す水熱ホットプレス装置に充填し、圧力＝50MPa、
温度＝200〜350℃、昇温速度＝２℃／分、時間＝２時間
の条件で、水熱ホットプレスを行ない、固化体を製造し
た。
尚、第１図の装置は、試料ケース（３）中の試料から
放出された水を空間（４）内に保存できる構造になって
いる。
放出された水を空間（４）内に保存できる構造になって
いる。
〔比較例１〕 出発原料として、瓶ガラスなどに使用される最も汎用
的なソーダライムガラス（組成は下記の通り）を用意し
た。
的なソーダライムガラス（組成は下記の通り）を用意し
た。
SiO2 74.0mol％ CaO 1.9 Na2O 18.5 P2O5 0.0（ゼロ） B2O3 1.2 MgO 1.3 Al2O3 3.1 ニコンSE51の代わりにこのガラスを使用する外は実施
例１と全く同様にして、固化体を製造した。
例１と全く同様にして、固化体を製造した。
実施例１及び比較例１で製造した固化体について、嵩
密度（単位はｇ・cm-3）の測定、析出相の同定、微構造
の観察を行なった後、マイクロビッカース硬度計により
硬度（単位はGPa）を、万能試験機により圧縮強度（単
位はMPa）をそれぞれ測定した。
密度（単位はｇ・cm-3）の測定、析出相の同定、微構造
の観察を行なった後、マイクロビッカース硬度計により
硬度（単位はGPa）を、万能試験機により圧縮強度（単
位はMPa）をそれぞれ測定した。
この結果を次の第１表に示す。
更に実施例１の固化体について粉末Ｘ線回折法（XR
D）で分析したところ、固化体はガラスセラミックであ
り、Na2Ca2（SiO3）３或いはNaCa2HSi3O9（ペクトライ
ト）の結晶体を含むことが認められた。また、350℃で
ホットプレスした実施例１の固化体について、破断面を
走査型電子顕微鏡で観察したところ、約0.3×３μｍの
針状結晶が認められた。この針状結晶は上記結晶体と推
定される。
D）で分析したところ、固化体はガラスセラミックであ
り、Na2Ca2（SiO3）３或いはNaCa2HSi3O9（ペクトライ
ト）の結晶体を含むことが認められた。また、350℃で
ホットプレスした実施例１の固化体について、破断面を
走査型電子顕微鏡で観察したところ、約0.3×３μｍの
針状結晶が認められた。この針状結晶は上記結晶体と推
定される。
それに対して、比較例１の固化体には、そのような結
晶体又は針状結晶は認められなかった。
晶体又は針状結晶は認められなかった。
従って、実施例１の固化体の圧縮強度が比較例１に比
べて高いのは、上記結晶体又は針状結晶の存在によるも
のと推定される。
べて高いのは、上記結晶体又は針状結晶の存在によるも
のと推定される。
〔実施例２〕 次の組成:SiO2 52.1mol％ CaO 23.8 Na2O 21.5 P2O5 2.6 を有するガラスを用意し、以下、実施例１と同様にして
固化体を製造したところ、ほぼ同等の機械的特性を有す
るガラスセラミックス固化体が得られた。
固化体を製造したところ、ほぼ同等の機械的特性を有す
るガラスセラミックス固化体が得られた。
〔発明の効果〕 以上の通り、本発明に従って、特定の組成を有するガ
ラスを試料として使用することにより、圧縮強度の高い
固化体が得られる。
ラスを試料として使用することにより、圧縮強度の高い
固化体が得られる。
また、水熱ホットプレスの条件を選択することによ
り、得られる固化体の物性をコントロールすることがで
きる。
り、得られる固化体の物性をコントロールすることがで
きる。
更に、本発明により製造された固化体は、生体活性を
示すことから、骨内インプラント材料として有用であ
る。
示すことから、骨内インプラント材料として有用であ
る。
第１図は、代表的な水熱ホットプレス装置の縦断面を示
す概念図である。 〔主要部分の符号の説明〕 １……試料 ２……ピストン ３……試料ケース ４……水の逃げ空間 ５……ヒーター ６……測温用熱電対孔 ７……ピストン押し棒 ８……グランドパッキング
す概念図である。 〔主要部分の符号の説明〕 １……試料 ２……ピストン ３……試料ケース ４……水の逃げ空間 ５……ヒーター ６……測温用熱電対孔 ７……ピストン押し棒 ８……グランドパッキング
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 柳沢 和道 高知県高知市中万々256番地４ (72)発明者 山崎 仲道 高知県高岡郡佐川町甲107番地 (56)参考文献 特開 昭61−141660（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−261673（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−197446（ＪＰ，Ａ) 井奥洪二 他，“水熱ホットプレス法 により作成したバイオガラスセラミック ス”，日本セラミックス協会1990年年会 講演予稿集，日本セラミックス協会, 1990年５月23日，ｐ．318 甲斐登喜雄 他，“水熱ホットプレス 法によるバイオガラスセラミックスのコ ンポジット化”，日本セラミックス協会 1990年第３回秋季シンポジウム講演予稿 集，日本セラミックス協会，1990年９月 26日，ｐ．140 山崎仲道 他，“各種無機粉末の水熱 固化体”，ニューセラミックス，1989 年，第２巻，第12号，ｐ．67−71 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C03C 1/00 - 14/00 C04B 35/14 C04B 35/00
Claims (1)
- 【請求項１】下記組成を有するガラスの粉体と水との混
合物を、水熱ホットプレスにより固化させる、ことを特
徴とするガラスセラミックス固化体の製造方法。 記 SiO2 40〜72 mol％ CaO 0〜50 Na2O 5〜43 P2O5 1〜 6
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31481390A JP3170593B2 (ja) | 1990-11-20 | 1990-11-20 | 水熱ホットプレスによるガラスセラミックス固化体の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31481390A JP3170593B2 (ja) | 1990-11-20 | 1990-11-20 | 水熱ホットプレスによるガラスセラミックス固化体の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04187542A JPH04187542A (ja) | 1992-07-06 |
| JP3170593B2 true JP3170593B2 (ja) | 2001-05-28 |
Family
ID=18057911
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31481390A Expired - Fee Related JP3170593B2 (ja) | 1990-11-20 | 1990-11-20 | 水熱ホットプレスによるガラスセラミックス固化体の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3170593B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2019014006A1 (en) * | 2017-07-14 | 2019-01-17 | Owens-Brockway Glass Container Inc. | CERAMIC GLASS BASED ON SODOCALCIUM SILICA |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4606539B2 (ja) * | 2000-02-22 | 2011-01-05 | 株式会社アドバンス | 歯科用ブロックの製造方法 |
| JP2014083504A (ja) * | 2012-10-24 | 2014-05-12 | Ohara Inc | 光触媒部材及びその製造方法 |
| CN106430985B (zh) * | 2016-08-09 | 2019-01-18 | 桂林电子科技大学 | 一种微晶玻璃粉的水热制备方法 |
| RU2705805C2 (ru) * | 2017-12-20 | 2019-11-12 | Андрей Викторович Пугач | Костный имплантат |
| JP7121676B2 (ja) * | 2019-03-07 | 2022-08-18 | Ｕｂｅ三菱セメント株式会社 | 廃ガラス処理方法及び処理装置 |
-
1990
- 1990-11-20 JP JP31481390A patent/JP3170593B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| 井奥洪二 他，"水熱ホットプレス法により作成したバイオガラスセラミックス"，日本セラミックス協会１９９０年年会講演予稿集，日本セラミックス協会，１９９０年５月２３日，ｐ．３１８ |
| 山崎仲道 他，"各種無機粉末の水熱固化体"，ニューセラミックス，１９８９年，第２巻，第１２号，ｐ．６７−７１ |
| 甲斐登喜雄 他，"水熱ホットプレス法によるバイオガラスセラミックスのコンポジット化"，日本セラミックス協会１９９０年第３回秋季シンポジウム講演予稿集，日本セラミックス協会，１９９０年９月２６日，ｐ．１４０ |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2019014006A1 (en) * | 2017-07-14 | 2019-01-17 | Owens-Brockway Glass Container Inc. | CERAMIC GLASS BASED ON SODOCALCIUM SILICA |
| US10273183B2 (en) | 2017-07-14 | 2019-04-30 | Owens-Brockway Glass Container Inc. | Soda-lime-silica glass-ceramic |
| US10995031B2 (en) | 2017-07-14 | 2021-05-04 | Owens-Brockway Glass Container Inc. | Soda-lime-silica glass-ceramic |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04187542A (ja) | 1992-07-06 |
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