JPS61251532A - アパタイトと多量のウオラストナイトを含有する高強度結晶化ガラスとその製造方法 - Google Patents

アパタイトと多量のウオラストナイトを含有する高強度結晶化ガラスとその製造方法

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JPS61251532A
JPS61251532A JP60090886A JP9088685A JPS61251532A JP S61251532 A JPS61251532 A JP S61251532A JP 60090886 A JP60090886 A JP 60090886A JP 9088685 A JP9088685 A JP 9088685A JP S61251532 A JPS61251532 A JP S61251532A
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03CCHEMICAL 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
    • C03C10/00Devitrified 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
    • C03C10/0036Devitrified 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 containing SiO2, Al2O3 and a divalent metal oxide as main constituents
    • C03C10/0045Devitrified 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 containing SiO2, Al2O3 and a divalent metal oxide as main constituents containing SiO2, Al2O3 and MgO as main constituents

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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、アパタイト結晶と、多量のウオラス
トナイト結晶を含有していることを特徴とする高強度結
晶化ガラスとその製造法に係る。
[従来の技術] 骨と化学結合をつくる(バイオアクティブ)セラミック
スとしては、アパタイト焼結体やN820  K2O−
MQOCaO−3102−P205結晶化ガラスが知ら
れている。またMQO−CaO−P2O5  S i 
02系ガラスを200メツシユ以下に粉砕し、そのガラ
ス粉末を成型後、ガラス粉末の焼結温度域で熱処理し、
次いでアパタイト結晶[Caa (PO4)6  (O
o、5、F、)2]及びウオラストナイト結晶[CaS
iO3]の生成温度域で熱処理して製造される結晶化ガ
ラスも知られている。この結晶化ガラスでは、アパタイ
ト結晶が生体親和性に寄与し、ウオラストナイト結晶が
機械的強度に寄与する。従って、機械的強度を上げるた
めには、ウオラストナイト結晶の含有率を高めることが
望ましい。
ところで、これらのセラミックスの曲げ強度は、アパタ
イト焼結体T’ 1000〜1400kG/ C12、
N a 20−に20−MQO−CaO−s i 02
−P205結晶化ガラスrlooo 〜1500kQ/
C12、M Q 0−cao−P2O5 −8i 02
系結晶化ガラスで1200〜1400k(]/ CI2
程度である。これに対して、ウオラストナイト結晶を多
量に析出させたCa0−P2O5 −8i 02系結晶
化ガラスは1700〜2000ku/ cm2という高
い曲げ強度を有している。
しかし、この値は人工歯根又は人工骨としては必ずしも
充分に満足できる程のものではない。
本発明の目的は優れた生体親和性を備え、しかb従来品
よりもさらに高強度である結晶化ガラスとその製造法を
提供することにある。
[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、重量百分率で、45≦Ca
O≦56.1≦P205 <10.30≦5fO2≦5
0 0.5≦MQO+Y2O3≦5 0≦F2 ≦5、O≦Na20≦5 O≦K2O≦5.0≦Li 20≦5 0≦AI!203 ≦5.0≦T I  02  ≦5
0≦ZrO2≦5、O≦SrO≦5 0≦Nb2O5  ≦5、O≦Ta2O5  ≦5の範
囲で上記成分を含有し、CaO1P205及びSiO2
の含有量合計が90%以上である組成を有し、アパタイ
ト結晶と多量のウオラストナイト結晶を含有することを
特徴とするものであって、この結晶化ガラスにはβ−リ
ン酸三カルシウム[β−Ca3 (PO4)21の共存
が許される。
そして、上記の如き本発明の結晶化ガラスは、重量百分
率で 45≦CaO≦56.1≦P20S <10.30≦S
iO2≦50 0.5≦MgO+Y2O3≦5 0≦F2≦5、O≦Na2’O≦5 O≦K2O≦5.0≦[120≦5 0≦Aj2203≦5.0≦T!02≦5O≦ZrO?
 ≦5.0≦Sro≦5 0≦Nb205 ≦5.0≦Ta205 ≦5の範囲で
上記成分を含有し、CaO、P205及びSiO2の含
有量合計が90%以−ヒである組成を有する200メツ
シユ以下のガラス粉末を成型し、これをガラス粉末の焼
成温度域で熱処理し、次いでアパタイト結晶及びウオラ
ストナ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。
次に本発明に係る結晶化ガラスの組成に関し、その量的
限定理由を述べる。
CaOが45%未満では、ガラス粉末の焼結性が極端に
悪くなるため、高強度な結晶化ガラスを得ることができ
ない。またCaOが56%を越えるとガラスの失透傾向
が著しくなる。従ってCaOの含量は45〜56%に限
定される。P20Sが1%未満では、ガラスの失透傾向
が著しく、10%以上ではウオラストナイトの析出量が
少なくなるので、P20Sの含量は1%以上10%未満
に限定される。
SiO2が30%未満ではガラス粉末の焼結性が悪くな
り、かつウオラストナイトの析出量も少なくなる。また
S i 02が50%を越えるとガラスが失透しやすく
なる。従って、SiO2の含量は30〜50xに限定さ
れる。
上記した3成分に加えて、MgO,Y203の1種又は
2種を0.5〜5%の範囲で含まれなければならない。
これらが0.5%未満では、結晶化ガラス中にバラ・ウ
オラストナイトが析出する。ちなみに、バラ・ウオラス
トナイトは加熱処理過程で急速に結晶が大きくなる傾向
があるため、結晶化ガラスの強度を低下させる原因とな
る。つまり、MQOあるいはY2O3はバラ・ウオラス
トナイトの析出を抑1lIjする働きをする。しかし、
5%を越えると、アパタイト結晶及びウオラストナイト
結晶の生成量が低下するので、MqOあるいはY203
は0.5〜5%に限定される。
ざらに、上記した必須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F2 、Na2O。
K2O,L!20、Aj2z 03 、TiO2、Zr
O2,sro、Nb2O5、Taz Osの1種又は2
種以上を5%以内の範囲で含有することができる。これ
らの任意成分の合計が5%より多いときには、アパタイ
ト結晶及びウオラストナイト結晶の生成量が低下してし
まう場合があるので、好ましくは5%以下とするのがよ
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
に限定した組成範囲の母ガラスを一旦200メツシュ以
下の粒度に粉砕後、得られたガラス粉末を所望の形状に
成型し、しかる後その成型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。融液を直接所定の形
状のガラスに成型し、これを加熱処理した場合には、ウ
オラストナイト結晶がガラス表面からのみ析出し、内部
に亀裂が生じた機械的強度の低い結晶化ガラスしか得ら
れない。また、母ガラスを粉砕しても、その粒度が20
0メツシュ以上であると、結晶化ガラス中に気孔が残存
しやすく、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(、結晶が均一に分、布した高強度
結晶化ガラスを得るためには、粒度200メツシユ以下
の微細な母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メツシユ以下の母ガ
ラス粉末は任意の公知手段で所望の形状に成型され、し
かる後その成型体は前記ガラス粉末の焼結温度域で熱処
理され、次いでアパタイト結晶及びウオラストナイト結
晶が析出する温度域で熱処理される。前者の熱処理は気
孔率の小さい機械的強度の大きい結晶化ガラスを得るた
めに重要であり、後者の熱処理はガラスからアパタイト
結晶及び多量のウオラストナイト結晶を析出(生成)さ
せるために重要である。
ガラス粉の未焼結温度域は、ガラス粉末成型体を一定速
度で加熱し、その間の熱収縮を測定することにより求め
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。
また、アパタイト結晶及びウオラストナイト結晶の析出
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線回折デー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
発熱温度から、発熱終了温度までをそれぞれの結晶の析
出温度域とする。
[実施例] 酸化物、炭′H塩、リン酸塩、水和物、フッ化物などを
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Q1これを白金ルツボに入れて1
450〜1550℃で1時間溶融した。次いで融液を水
中に投入して急冷し、乾燥後、ボットミルに入れて30
0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
約1000ko/ cm2の圧力を加えて成型した。
得られた成型体を電気炉に入れ、室温から1150℃ま
で一定の昇温速度3℃/分で加熱し、それぞれ表に示し
た温度で2時局保持して成型体の焼結と結晶化を行なっ
た。この後、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SENで観
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、粉末X線回
折により析出結晶相を同定した。さらに、結晶化ガラス
を300番のダイヤモンド砥石で直径4〜5mlの丸棒
に加工し、3点曲げ試験を行なった。ガラス組成、熱処
理温度、析出結晶相及び強度試験の結果を次表に示す。
表から明らかなように、本発明の結晶化ガラスは200
0〜2300k(J/ C112という高い値の曲げ強
度を有している。(以下余白) 手続補正書 昭和60年5月24日

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 重量百分率で、 45≦CaO≦56、1≦P_2O_5<10、30≦
    SiO_2≦50 0.5≦MgO+Y_2O_3≦5 O≦F_2≦5、O≦Na_2O≦5 O≦K_2O≦5、O≦Li_2O≦5 O≦Al_2O_3≦5、O≦TiO_2≦5O≦Zr
    O_2≦5、O≦SrO≦5 O≦Nb_2O_5≦5、O≦Ta_2O_5≦5の範
    囲で上記成分を含有し、CaO、P_2O_5及びSi
    O_2の含有量合計が90%以上である組成を有し、ア
    パタイト結晶と多量のウォラストナ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、 45≦CaO≦56、1≦P_2O_5<10、30≦
    SiO_2≦50 0.5≦MgO+Y_2O_3≦5 O≦F_2≦5、O≦Na_2O≦5 O≦K_2O≦5、O≦Li_2O≦5 O≦Al_2O_3≦5、O≦TiO_2≦5O≦Zr
    O_2≦5、O≦SrO≦5 O≦Nb_2O_5≦5、O≦Ta_2O_5≦5の範
    囲で上記成分を含有し、CaO、P_2O_5及びSi
    O_2の含有量合計が90%以上である組成を右する2
    00メッシュ以下のガラス粉末を成型し、これをガラス
    粉末の焼結温度域で熱処理し、次いでアパタイト結晶及
    びウォラストナ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方法。 3 前記の結晶生成温度域が850〜1200℃の範囲
    にある特許請求の範囲第2項記載の方法。
JP60090886A 1985-04-30 1985-04-30 アパタイトと多量のウオラストナイトを含有する高強度結晶化ガラスとその製造方法 Granted JPS61251532A (ja)

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US06/857,369 US4652534A (en) 1985-04-30 1986-04-30 High-strength glass ceramic containing apatite crystals and a large quantity of wollastonite crystals and process for producing same

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005110708A (ja) * 2003-10-02 2005-04-28 Rikogaku Shinkokai 骨修復材料、被覆骨修復材料、これらの製造方法

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