JPS61141641A - β−リン酸三カルシウム結晶とアノ−サイト結晶を含有する高強度結晶化ガラスおよびその製造法 - Google Patents

β−リン酸三カルシウム結晶とアノ−サイト結晶を含有する高強度結晶化ガラスおよびその製造法

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JPS61141641A
JPS61141641A JP59260037A JP26003784A JPS61141641A JP S61141641 A JPS61141641 A JP S61141641A JP 59260037 A JP59260037 A JP 59260037A JP 26003784 A JP26003784 A JP 26003784A JP S61141641 A JPS61141641 A JP S61141641A
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glass
crystals
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tricalcium phosphate
crystal
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Toshihiro Kasuga
敏宏 春日
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は人工歯根及び人工骨などのインブラント材料
として有用な高強度結晶化ガラスに関するものであって
、さらに詳しくはβ−リン酸三カルシウム結晶と7ノー
サイ1〜結晶を含有する高強度結晶化ガラスとその製造
法に係る。
[従来の技術] 生体材料用結晶化ガラスとしては、例えばMgO含吊が
7重M%以下のfvlO−CaO−8i 02−P20
s系ガラスを微粉砕し、その粉末を成形後焼結させ、さ
らに熱処理によってアパタイト結晶[Caη(PO4)
60]どウオラストナイト結晶[CaCl5i021を
析出させた結晶化ガラスが知られている。また、MQO
含量が8重量%以上のM(JO−CaO−s i 02
−P205系ガラスから得られる結晶化ガラスとしては
、上と同様な方法でアパタイト結晶とジオプサイド[C
aO−MgO・2Sio2]、フォルステライト[2M
QO−8102]、アカマナイト[2CaO−Mg0・
2Sio2]などの各アルカリ土類ケイ酸塩結晶を析出
させたものが知られている。これらの結晶化ガラスはア
パタイト結晶を含有している点で共通し、これが結晶化
ガラスに生体親和性を与えている。
一方、リン酸三カルシウム結晶は生体内で吸収され、骨
形成を誘導する成分であることが知られており、この焼
結体をポリメチルメタクリレートの表面に配列させたも
のは人工歯根として、またリン酸三カルシウム結晶の多
孔質焼結体は骨@挽材として使用されている。
[発明が解決しようとする問題点] リン酸三カルシウム結晶は上記の如く生体内に吸収され
て骨形成を誘導するという特性を有している反面、その
特性故に、この結晶の焼結体をインブラント材料として
実際に使用する場合には、生体内への吸収速度と骨形成
速度を勘案してその形状などを設計しなければならない
面倒がある。
この発明は結晶化ガラスの機械的速度に寄与するアノ−
ナイト結晶[Ca0−A I203 ・2SiOz]を
、リン酸三カルシウム結晶と共存させることにより、リ
ン酸三カルシウム結晶が生体内に吸収されても、結晶化
ガラスの外形を実質的に不変に保持することができ、従
ってインブラント材料の設計に際しても、リン酸三カル
シウム結晶の吸収速度と骨形成速度の兼合いを考慮する
必要のない結晶化ガラスとその製造法を提供せんとする
ものである。
L問題点を解決するための手段] この発明の結晶化ガラスは、Ift百分率でMqOを8
〜26%、CaOヲ18〜43%、5tOzヲ25〜4
0%、P2O5 ヲ10〜25%、Al2O3を10〜
25%、Li2Oを0〜10%、Na2oを0〜10%
、K2Oを0〜10%、B203を0〜10%、TiO
2を0〜10%、ZrO2を0〜10%、SrOを0〜
10%、Nb2O5を0〜10%、−1”azQsを0
〜10%の各範囲で含有し、前記のIV!gO,Cab
、S i 02 、P2O5及びA I 203の含量
合計が90%以上である組成を有し、ジオプサイド、フ
ォルスプライト及び7カマナイトの各結晶の1種又は2
種以上と、β−リン酸三カルシウム結晶[β−Ca3 
(PO4)2 ]及び]アノーサイ1〜結を含有してい
ることを特徴と覆る。
そして、このような結晶化ガラスは、重量百分率でMg
Oを8〜26%、CaOを18〜43%、SiO2を2
5〜40%、P2O5を10〜25%、Al2O3を1
0〜25%、Li2Oを0〜10%、NazOを0〜1
0%、K2Oを0〜10%、B203 ヲo〜10%、
’r i 02 ヲ0〜10%、ZrO2を0〜10%
、SrOを0〜10%、Nb2O5を0〜10%、Ta
205を0〜10%の各範囲で含有し、前記のMacS
Cab、S I02 、P2O5及びAl2O3の含量
合計が90%以上である組成を有する200メツシユ以
下のガラス粉末を成形し、これをガラス粉末の焼結温度
域で熱処理し、次いでβ−リン酸三カルシウム結晶及び
アノーサイト結晶の生成温度域で熱処理することによっ
て製造することができる。この場合、前記両結晶の生成
温度域での熱処理によって、本発明の結晶化ガラスには
ジオプサイド結晶、フォルステライト結晶及びアノ−ナ
イト結晶の1種又は2種以上が析出する。
本発明に係る結晶化ガラスの組成に関する量的限定理由
は次の通りである。
Mhoが8%以下でガラス粉末の焼結温度域と結晶生成
温度が接近し、焼結により気孔が消失以前に結晶化が起
って緻密な組織の結晶化ガラスを得ることができない。
またMGIOが26%以上ではβ−リン酸三カルシウム
結晶の生成量が少なくなって好ましくない。従って、M
gOの含量は8〜26%に限定される。CaOが18%
以下ではβ−リン酸三カルシウム結晶の生成間が少なく
なり、43%以上ではガラスの失透傾向が著しくなるの
で、CaOの含量は18〜43%に限定される。5tO
2が25%以下ではガラスが失透しやすく、アルミニウ
ム、カルシウム及びマグネシウムのケイ酸塩結晶の生成
量も低下するので、結晶化ガラスに高強度を付与できな
い。また40%JXJ:ではガラスが相分離するように
なり、均質のガラスを得ることができない。よって、S
 f O2の含量は25〜40%に限定される。P20
sが10%以下ではβ−リン酸三カルシウム結晶の前駆
物たるアパタイト結晶の生成量が少なり、25%以上で
はガラスが相分離を起すので、P2O5の金員は10〜
25%に限定される。Al2O3が10%以下ではアノ
ーサイト結晶を生成させることが難しい関係で、結晶化
ガラスに所期の強度を具備させることができず、25%
以上ではβ−リン酸三カルシウム結晶の生成量が減少す
る。従ってAl2O3の含量は10〜25%に限定され
る。
上記した必須5成分に加えて、本発明の結晶化ガラスは
人体に有害でないLizO1Na20、K2O、SrO
,B203 、T io2、Nb2O3、Ta205及
びZr’02の1種又は2種以上を10%以内の範囲で
含有することができる。しかし、これら任意成分の含量
合計がガラス組成の10%を越えると、β−リン酸三カ
ルシウム結晶及びアルカリ土類ケイ!i!塩結晶の生成
mが低下するので、Mac、CaO13i02、P2O
5及びAl2O3の必須5成分の含量合計は90%以上
でなければならない。
本発明に係る結晶化ガラスを製造するにあたっ    
□ては、上に規定した組成範囲の親ガラスを、一旦20
Gメツシュ以下の粒直に粉砕後、得られたガラス粉末を
所望の形状に成形し、しかる後その成形体を焼結させて
からこれに結晶化処理を施すことが肝要である。ちなみ
に、上記の親ガラスを粉砕することなく溶融状態から直
接所望の形状に成形し、これを熱処理した場合にはアノ
ーサイト、ジオプサイド、7カマナイト、フォルステラ
イトなどの各アルカリ土類ケイ酸塩結晶がガラス表面か
ら析出し、内部にキレンが生じるため、強度の大きい結
晶化ガラスを得ることができない。また、親ガラスを粉
砕しても、その粒度が200メツシュ以上であると、結
晶化ガラス中に気孔が残存しゃすく、この場合にも機械
的強度の大きい結晶化ガラスを得ることができない。つ
まり、気孔が少なく、β−リン酸三カルシウム結晶とア
ノーサイト、ジオプサイド、フォルステライト、アヵマ
ナイト等のケイ酸塩結晶の微粒子が均一に析出した高強
度結晶化ガラスを得るためには、粒度2GGメツシユ以
下の微細な親ガラス粉末を用いることが重要である。
本発明の方法によれば、粒度200メツシユ以下の親ガ
ラス粉末は、任意の公知手段で所望の形状に成形され、
しかる後その成形体は前記ガラス粉末の焼結温度域で熱
処理され、次いでβ−リン酸三カルシウム結晶及びアル
カリ土類ケイ酸塩結晶の生成温度域で熱処理される。ガ
ラス粉末の焼結温度域での熱処理は、気孔のない機械的
強度が大きい結晶化ガラスを得るのに重要であって、こ
の焼結温度域はガラス粉末の成形体を一定の昇温速度で
加熱し、成形体の焼結に起因する熱収縮を測定すること
によって求めることができる。熱収縮の開始温度から終
了温度までが焼結温度域である。
β−リン酸三カルシウム結晶の生成温度域で熱処理する
ことは、骨形成の誘導作用を有するβ−リン酸三カルシ
ウム結晶を多量に生成させるために重要である。また、
アノーサイト、ジオプサイド、アカマナイト、フォルス
テライトなどのケイ酸塩結晶の生成1度域で熱処理する
ことは、これらケイ酸塩結晶を多量に析出させ、結晶化
ガラスの機械的強度を増大させるうえで重要である。こ
れら各結晶の生成温度域は、ガラス粉末の示差熱分析に
より求められる。示差熱分析曲線に於ける発熱ピークの
温度で熱処理したガラス粉末のX線回折f−タを解析す
ることにより、それぞれの発熱ピークに対応する析出結
晶を同定し、その発熱開始温度から発熱終了温度までを
それぞれの結晶の生成温度域とする。一般に各結晶の生
成温度域は1000〜1100℃の範囲にある。
[実施例] 酸化物、炭酸塩、リン酸塩、水和物などを原料に用いて
、次表に示す組成に相当するガラスのバッチを調合し、
これを白金ルツボに入れて1400〜1550℃で30
〜60分間溶融した。次いで溶融状態のガラスを水中に
投入して急冷し、乾燥後ボットミルに入れて300メツ
シユ以下の粒度に粉砕した。
このガラス粉末に結合剤として5wt%のパラフィンを
加え、金型に入れて500kg/cm2の圧力で加圧成
形した。
得られた成形体を電気炉に収め、室温から1000〜1
100℃の範囲の一定温度まで一定の昇温速度3℃/分
で加熱し、その一定温度で2時間保持して成形体の焼結
と結晶化を行なった。しかる後、炉内で室温まで冷却し
、結晶化ガラスを得た。
こうして製造された各結晶化ガラスの破面をSEMrl
l察したところ、いずれも気孔の少ない緻密な組織であ
った。また、これら結晶化ガラスを粉砕し、X線回折に
より析出結晶を同定した。
その結果をガラス組成と共に次表に示す。なお、一部の
結晶化ガラスについては、300番のダイヤモンド砥石
で直径約5mlの丸棒に加工し、その曲げ強度を測定し
た。この結果も次表に併記した。
表から明らかな通り、本発明の結晶化ガラスは1700
〜2300kQ/ C1という高い値の曲げ強度を有し
ている。(以下余白) [発明の効果] 本発明の結晶化ガラスは骨形成を誘導づるβ−リン酸三
カルシウム結晶を多量に含み、しかも1700〜230
0ka/ clという非常に高い曲げ強度を有している
ので、人工骨用及び人工歯根用生体材料として極めて有
用である。
出 願 人 ホーヤ株式会社

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 重量百分率でMgOを8〜26%、CaOを18〜
    43%、SiO_2を25〜40%、P_2O_5を1
    0〜25%、Al_2O_3を10〜25%、Li_2
    Oを0〜10%、Na_2Oを0〜10%、K_2Oを
    0〜10%、B_2O_3を0〜10%、TiO_2を
    0〜10%、ZrO_2を0〜10%、SrOを0〜1
    0%、Nb_2O_5を0〜10%、Ta_2O_5を
    0〜10%の各範囲で含有し、前記のMgO、CaO、
    SiO_2、P_2O_5及びAl_2O_3の含量合
    計が90%以上である組成を有し、ジオプサイド、フォ
    ルステライト及びアカマナイトの各結晶の1種又は2種
    以上と、β−リン酸三カルシウム結晶及びアノーサイト
    結晶を含有していることを特徴とする高強度結晶化ガラ
    ス。 2 重量百分率でMgOを8〜26%、CaOを18〜
    43%、SiO_2を25〜40%、P_2O_5を1
    0〜25%、Al_2O_3を10〜25%、Li_2
    Oを0〜10%、Na_2Oを0〜10%、K_2Oを
    0〜10%、B_2O_3を0〜10%、TiO_2を
    0〜10%、ZrO_2を0〜10%、SrOを0〜1
    0%、Nb_2O_5を0〜10%、Ta_2O_5を
    0〜10%の各範囲で含有し、前記のMgO、CaO、
    SiO_2、P_2O_5及びAl_2O_3の含量合
    計が90%以上である組成を有する200メッシュ以下
    のガラス粉末を成形し、これをガラス粉末の焼結温度域
    で熱処理し、次いでβ−リン酸三カルシウム結晶及びア
    ノーサイト結晶の生成温度域で熱処理することを特徴と
    する高強度結晶化ガラスの製造法。 3 前記の結晶生成温度域が1000〜1100℃の範
    囲にある特許請求の範囲第2項記載の方法。
JP59260037A 1984-12-05 1984-12-11 β−リン酸三カルシウム結晶とアノ−サイト結晶を含有する高強度結晶化ガラスおよびその製造法 Granted JPS61141641A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2609018A1 (fr) * 1986-12-26 1988-07-01 Central Glass Co Ltd Procede de production d'une ceramique de verre au phosphate de calcium transmettant la lumiere

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2609018A1 (fr) * 1986-12-26 1988-07-01 Central Glass Co Ltd Procede de production d'une ceramique de verre au phosphate de calcium transmettant la lumiere
US4820660A (en) * 1986-12-26 1989-04-11 Central Glass Company, Limited Light transmitting calcium phosphate glass-ceramics

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