KR940003461B1 - Method for glass ceramic withused living body material - Google Patents

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Abstract

The crystalized glass for biomaterials is prepd. by milling the glass powder comprising SiO2 50-58 wt.%, P2O5 4-10 wt.%, and CaO 34-45 wt.% (and opt. MgO 1-5 wt.%), which generates spontaneously phase-separation, to lower than 200 mesh of the particle size; molding the powder; heat-treating at 950-1050 deg.C for 2-10 hrs, then preciptating the crystal. The phase separation is generated to both of silica. Segment and calcium phosphate segment. In the heat-treatment step, the main crystal component comprises CaSiO3 (Wollastonite) and SiO2 (quartz) and the sub-crystal component comprises Ca10(PO4)6O (Apatite).

Description

고강도 생체재료용 결정화유리 및 그 제조방법Crystallized glass for high strength biomaterials and its manufacturing method

제1도는 본 발명에 따른 모유리의 상분리를 나타낸 미세구조이고,1 is a microstructure showing the phase separation of the mother glass according to the present invention,

제2도는 상분리가 일어난 유리분말을 1050℃에서 4시간 열처리 한후 나타난 미세구조이다.2 is a microstructure that appeared after heat-treating the glass powder subjected to phase separation at 1050 ℃ for 4 hours.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

1 : 칼슘포스페이트(CaO·P2O5)다량영역 2 : 실리카(SiO3)다량영역1: calcium phosphate (CaO · P 2 O 5 ) large area 2: silica (SiO 3 ) large area

3 : 아파타이트[Ca10(PO4)6O]결정 4 : 월라스토나이트(CaSiO3)결정3: apatite [Ca 10 (PO 4 ) 6 O] crystal 4: Wallastonite (CaSiO 3 ) crystal

5 : 쿼르츠(SiO2)결정5: quartz (SiO 2 ) crystal

본 발명은 상분리 특성을 이용한 고강도 생체재료용 결정화 유리 및 그 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a crystallized glass for high-strength biomaterials using a phase separation property and a method of manufacturing the same.

뼈와의 결합이 가능한 종래의 생체활성 세라믹은 약120MPa 정도의 강도값을 갖는 소결 아파타이트(Apatite Ceramic)와 Na2O-K2O-MgO-CaO-P2O5-SiO2계 결정화유리, Na2O-K2O-MgO-CsO-P2O5-Al2O3-SiO2-F계 결정화유리 등을 포함한다. 이러한 결정화유리는 생체 친화성 및 표면활성을 갖고 가공성이 좋은 반면, 강도 값이 약150MPa 정도의 꺾임강도값을 나타내어 고하중을 받는 인공치근이나 인공뼈 등에 사용하기에는 만족스럽지 못하다.Conventional bioactive ceramics capable of bonding to bones include sintered apatite ceramics with a strength value of about 120 MPa and Na 2 OK 2 O-MgO-CaO-P 2 O 5 -SiO 2 -based crystallized glass, Na 2 OK 2 O-MgO-CsO-P 2 O 5 -Al 2 O 3 -SiO 2 -F system crystallized glass, and the like. Such crystallized glass has biocompatibility, surface activity, and good workability, but has a strength value of about 150 MPa, which is not satisfactory for use in artificial teeth or bones subjected to high loads.

일본국 특허공개 소57-191252호에는 SiO2, CaO, P2O5, MgO가 주성분이고 월라스토나이트(Wollastonite) 결정과 아파타이트(Apatite)결정을 함유한 결정화 유리를 제시하고 있다. 일본국 특허 소61-197446호에는 SiO2, CaO, P2O5, MgO, Al2O3, ZrO2등이 주성분이며 소량의 첨가물을 부성분으로 하고 아파타이트와 베타-인산 3칼슘 및 디옵이드(Diopside) 결정을 함유한 생체재료용 결정화유리를 제시하고 있다. 일본국 특허 소61-255663호 및 미합중국 특허 제4652534호에서는 SiO2, CaO, P2O5를 주성분으로 하고 소량의 첨가물을 부성분으로 하며, 월라스토나이트와 아파타이트 결정을 함유한 생체재료용 결정화유리를 제시하고 있다. 일본국 특허 소62-72540호 및 미합중국 특허 제4783429호에는 SiO2, CaO, P2O5, MgO등을 주성분으로 하고 소량의 첨가물을 부성분으로 하며 월라스토나이트와 아파타이트 및 디옵사이드 결정을 함유한 결정화 유리를 제시하고 있다. 일본국 특허 소63-242944호에서는 SiO2, CaO, P2O5, Na2, Al2O3등을 주성분으로 하고 소량의 첨가물을 부성분으로 하며, 아파타이트, 월라스토나이트 및 휘트로카이트(Whitlockite) 결정을 함유한 결정화 유리를 제시하고 있다. 일본국 특허 평1-218460호에서는 CaO, P2O5및 Al2O3를 주성분으로 하고, ZrO2를 부성분으로 하며 SiO2, 아파타이트를 주결정상으로 하는 생체재료용 결정화 유리를 제시하였다.Japanese Patent Application Laid-Open No. 57-191252 discloses a crystallized glass containing SiO 2 , CaO, P 2 O 5 , MgO as the main component, and containing wollastonite crystals and apatite crystals. In Japanese Patent No. 61-197446, SiO 2 , CaO, P 2 O 5 , MgO, Al 2 O 3 , ZrO 2, etc. are the main components, and a small amount of additives are used as secondary components, and apatite, beta-tricalcium phosphate and diopide ( Diopside) Crystallized glass for biomaterials containing crystals is presented. Japanese Patent No. 61-255663 and U.S. Patent No. 4722534 make SiO 2 , CaO, P 2 O 5 as main components, and small amounts of additives as subcomponents, and crystallized glass for biomaterials containing wollastonite and apatite crystals. Presenting. Japanese Patent No. 62-72540 and US Pat. No. 4,834,29 have SiO 2 , CaO, P 2 O 5 , MgO, etc. as main components, small amounts of additives as minor components, and contain wollastonite, apatite and diopside crystals. Crystallized glass is presented. Japanese Patent No. 63-242944 discloses SiO 2 , CaO, P 2 O 5 , Na 2 , Al 2 O 3 as a main component, and a small amount of additives as a minor component, and includes apatite, wollastonite, and whittite (Whitlockite). ) Crystallized glass containing crystals. Japanese Patent No. Hei 1-218460 discloses a crystallized glass for a biomaterial having CaO, P 2 O 5 and Al 2 O 3 as main components, ZrO 2 as a main component, and SiO 2 and apatite as main crystal phases.

이러한 결정화유리들은 생체친화성 및 표면활성을 갖는 것은 물론 꺾임강도가 약170 내지 200MPa 정도로 높은 값을 나타내기는 하나, 일본국 특허 소61-197446호, 소61-255663호, 소62-72540호, 소63-242944호 및 평1-218460호 등에서는 SiO2가 약 50% 이상이 되면 유리에 실투 또는 상분리가 일어나기 쉬워 결정화 유리의 제조가 어렵다고 보고되어 있다. 일반적으로 상분리가 발생될 경우 분말소결법으로 열처리시 소결성이 불량한 것으로 알려져 있다. 본 발명에서는 분말소결성이 우수한 상분리 영역의 조성에 대해서 상분리의 특성을 이용하여 각각의 상분리 유리조성에서 발생되는 결정상의 균일한 분산을 유도하여 고강도 생체재료용 결정화 유리의 제조를 가능케하는데 있다.Such crystallized glass has a biocompatibility and surface activity as well as a high bending strength of about 170 to 200 MPa, but Japanese Patent Nos. 61-197446, 61-255663, 62-72540, So-63-242944 and Japanese Patent No. 1-218460 report that when SiO 2 is about 50% or more, devitrification or phase separation is likely to occur in the glass, making it difficult to manufacture crystallized glass. In general, when phase separation occurs, it is known that the sinterability is poor during heat treatment by powder sintering. In the present invention, by using the characteristics of the phase separation with respect to the composition of the phase separation region having excellent powder sintering properties to induce uniform dispersion of the crystal phase generated in each phase separation glass composition to enable the production of high-strength biomaterial crystallized glass.

본 발명은 SiO250 내지 58중량%, P2O54 내지 10중량% 및 CaO 34 내지 45를 함유하여 이루어지며, 결정화, 유리제조시 실리카 다량영역과 칼슘 포스페이트 다량영역등으로 자발적인 상분리가 발생하며, 유리분말을 분말소결법에 의해 열처리 하였을때 월라스토나이트(CaSiO3)와 쿼르츠(Quartz ; SiO2)가 주결정상이고 아파타이트(Ca10(PO4)6O)가 부결정상으로 분산되어 있는 것을 특징으로 하는 생체재료용 결정화 유리에 관한 것이다. 또한 본 발명은 위의 조성에 미량의 첨가 성분으로서 MgO를 0 내지 5중량%까지 함유하고 유리제조시 자발적인 상분리가 발생하며, 유리분말을 분말소결법에 의해 열처리 하였을때 월라스토나이트와 쿼를츠 또는 크리스토발라이트(Cristobalite ; SiO2)가 주결정상이고 디옵사이드(CaMgSi2O6)와 아커마나이트(Akermanite ; Ca2MgSi2O7)가 부결정상으로 분산되어 있는 것을 특징으로 하는 생체재료용 결정화 유리를 포함한다. 본 발명의 결정화유리에 있어서, SiO2, P2O5, CaO는 본 발명에 따른 생체재료가 생체내에서 표면활성을 나타내기 위한 필수성분이다.The present invention comprises 50 to 58% by weight of SiO 2 , 4 to 10% by weight of P 2 O 5 and 34 to 45 of CaO, and spontaneous phase separation occurs in a large amount of silica and a large amount of calcium phosphate in crystallization and glass manufacturing. When the glass powder is heat-treated by powder sintering, wollastonite (CaSiO 3 ) and quartz (Quartz; SiO 2 ) are the main crystalline phase and apatite (Ca 10 (PO 4 ) 6 O) is dispersed in the subcrystalline phase. It relates to a crystallized glass for a biomaterial, characterized in that. In addition, the present invention contains MgO up to 5% by weight as a minor additive in the above composition, spontaneous phase separation occurs during glass manufacturing, when the glass powder is heat-treated by powder sintering method, wollastonite and quartz or Crystalline glass for biomaterials characterized in that cristobalite (SiO 2 ) is the main crystalline phase and diopside (CaMgSi 2 O 6 ) and akermanite (Ca 2 MgSi 2 O 7 ) are dispersed in the subcrystalline phase. Include. In the crystallized glass of the present invention, SiO 2 , P 2 O 5 , CaO is an essential component for the biomaterial according to the present invention to exhibit surface activity in vivo.

상기한 결정화유리 조성중 SiO2의 함량이 50중량% 미만이면 유리분말의 소결성과 쿼르츠 결정의 석출량이 저하되며, SiO2의 함량이 58%를 넘으면 실투가 일어나기 쉽고 유리분말의 소결성이 저하된다. 만일 P2O5의 함량이 4%보다 적으면 유리 분말의 소결성 및 아파타이트의 석출량이 저하되며 10%를 넘게되면 유리분말의 소결성이 저하된다. 만일 CaO의 함량이 34% 미만이면 실투가 일어나는 경향이 크거나 유리화되기 어려우며, 45%를 넘으면 상분리 현상이 일어나지 않는다. 만일 MgO의 함량이 5%를 넘으면 실투가 일어나는 경향이 크거나 상분리 현상이 일어나지 않는다.When the content of SiO 2 in the crystallized glass composition is less than 50% by weight, the sintering property of the glass powder and the precipitation amount of quartz crystals are reduced. When the content of SiO 2 is more than 58%, devitrification easily occurs and the sinterability of the glass powder is reduced. If the content of P 2 O 5 is less than 4%, the sinterability of the glass powder and the precipitation amount of the apatite are lowered, and if it exceeds 10%, the sinterability of the glass powder is lowered. If the CaO content is less than 34%, the devitrification tends to be large or difficult to vitrify. If the CaO content is more than 45%, phase separation does not occur. If the MgO content is more than 5%, devitrification tends to occur or phase separation does not occur.

또한 본 발명은 생체재료용 결정화유리의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명은 SiO250 내지 58중량%, P2O54 내지 10중량%, CaO 34 내지 45중량%를 함유한 유리분말 및 위의 조성에 미량의 첨가성분으로서 MaO를 중량%로 0 내지 5중량% 함유한 유리분말을 200메쉬 이하의 입도로 분쇄한 후, 소정의 형상으로 성형하고 이를 950 내지 1150℃에서 2 내지 10시간 동안 소결 결정화시키는 것을 특징으로 하는 생체재료용 결정화유리의 제조방법에 관한 것이다. 만일 열처리 온도가 950℃ 보다 낮을 경우에는 결정화 유리의 소결도 및 결정도가 낮아 강도가 저하되며, 1150℃보다 높은 온도에서 열처리 할 경우 베타-월라스토나이트가 고온형 알파-월라스토나이트로 전이하기 시작하여 강도가 저하된다.The present invention also relates to a method for producing crystallized glass for biomaterials. The present invention is a glass powder containing 50 to 58% by weight of SiO 2 , 4 to 10% by weight of P 2 O 5 , 34 to 45% by weight of CaO and 0 to 5% by weight of MaO as a minor additive to the above composition. In the manufacturing method of the crystallized glass for biomaterials characterized in that the pulverized glass powder containing a weight% to a particle size of 200 mesh or less, and then molded into a predetermined shape and sintered and crystallized at 950 to 1150 ℃ for 2 to 10 hours It is about. If the heat treatment temperature is lower than 950 ℃, the sintering degree and crystallinity of the crystallized glass is low, the strength is lowered, and when heat treatment at a temperature higher than 1150 ℃ beta- wollastonite begins to transition to high-temperature alpha- wollastonite The strength is lowered.

또한 MgO가 약 2.5중량% 이상 함유되고 유리분말 성형체를 1150℃에서 열처리하게 되면 칼슘을 함유한 디옵사이드 및 아커마나이트 결정의 석출이 증가하여 재료의 강도는 증가하나 표면활성을 갖기 어렵게 된다. 따라서 MgO를 약 2.5중량% 이상 5중량% 이하 함유시킬 경우 열처리 온도는 1050℃ 이하가 바람직하다.In addition, when MgO is contained in an amount of about 2.5% by weight or more and the glass powder is heat-treated at 1150 ° C., precipitation of calcium-containing diopsides and akermanite crystals increases, thereby increasing the strength of the material but making it difficult to have surface activity. Therefore, when MgO is contained in an amount of about 2.5 wt% or more and 5 wt% or less, the heat treatment temperature is preferably 1050 ° C. or less.

만일 용융유리를 직접 성형하여 열처리하면 월라스토나이트 결정이 표면에만 석출되어 결정화 유리 내부에 균열이 형성되어 기계적 강도가 현저하게 저하된다. 또한 유리분말의 입경이 75㎛ 이상이 되면 내부에 기공이 잔조할 가능성이 커져서 고강도의 결정화유리를 얻을 수 없다. 즉, 고강도의 결정화유리를 얻기 위해서는 결정이 균일하게 석출되어야 하고, 유리분말의 평균입경이 적어도 75㎛ 이하가 되어야 한다.If the molten glass is directly formed and heat-treated, the wollastonite crystals precipitate only on the surface, so that cracks are formed inside the crystallized glass, and mechanical strength is significantly reduced. In addition, when the particle diameter of the glass powder is 75 µm or more, there is a high possibility that pores remain in the interior, so that high strength crystallized glass cannot be obtained. That is, in order to obtain high-strength crystallized glass, crystals must be uniformly deposited and the average particle diameter of the glass powder must be at least 75 μm or less.

일반적으로 유리분말에 대한 소결온도 범위는 일정한 승온속도로 성형체를 열처리한 후 열수축률을 측정함으로써 결정된다. 이는 열수축이 시작되는 온도부터 수축이 종결되는 온도까지의 범위이다. 결정화온도는 유리분말의 시차열팽창분석(DTA)에 의해 결정될 수 있다. 즉, 결정화 온도범위는 발열이 시작되는 온도부터 발열이 끝나는 온도까지이다.In general, the sintering temperature range for the glass powder is determined by measuring the heat shrinkage rate after heat-treating the molded body at a constant heating rate. This ranges from the temperature at which heat shrinkage begins to the temperature at which shrinkage ends. The crystallization temperature can be determined by differential thermal expansion analysis (DTA) of the glass powder. That is, the crystallization temperature ranges from the temperature at which the exotherm starts to the temperature at which the exotherm ends.

이상과 같이 제조한 본 발명의 생체재료용 결정화유리는 제1도 및 제2도에서 보는 바와 같이 상분리로 인하여 형성된 서로 다른 두개의 유리상으로부터 서로 다른 결정의 형성으로 인한 복합효과가 있고, 균일분산된 실리카 다량영역으로부터 쿼르츠 결정의 석출이 잘되어 이것이 월라스토나이트와 아파타이트 결정들사이에서 강화효과를 가져와 강도를 증진시키게 된다. 또한 결정화 후에도 상분리 영역이 실리카 다량영역과 칼슘 포스페이트 다량 영역으로 분리되고 이러한 칼슘포스페이트 다량영역이 표면활성을 나타낼 수 있는 조성영역으로 이동되어, 일반적으로 실리카 다량인 유리 또는 결정화 유리가 표면활성을 나타내지 않는 것과는 달리 표면활성을 갖게된다는 것을 그 특징으로 한다. 또한 미량성분으로써 첨가한 MgO는 결정화유리에서 재료의 강도에 부정적인 영향을 미치는 의사 월라스토나이트(Pseudo wollastonite)의 석출을 억제함으로써 베타 월라스토나이트의 석출을 안정화시키며, 디옵사이드 및 아커마나이트 결정을 석출시켜 재료의 강도를 증진시키는 효과를 가져온다. 한편 디옵사이드 결정이 석출될 경우 표면활성에 영향을 미치지 않지만 아커마나이트 결정이 석출될 경우에는 수산화 아파타이트가 표면에 형성되는 시간을 지연시키게 된다.The crystallized glass for biomaterials of the present invention prepared as described above has a complex effect due to the formation of different crystals from two different glass phases formed by phase separation as shown in FIGS. 1 and 2, and is uniformly dispersed Precipitating the quartz crystal from the silica large region leads to the strengthening effect between the wollastonite and the apatite crystals, thereby enhancing the strength. In addition, even after crystallization, the phase separation region is separated into a large amount of silica and a large amount of calcium phosphate, and the large amount of calcium phosphate is moved to a composition region capable of exhibiting surface activity. It is characterized by having a surface activity unlike that. In addition, MgO added as a trace component stabilizes beta wollastonite precipitation by inhibiting the precipitation of pseudo wollastonite, which negatively affects the strength of the material in the crystallized glass, and stabilizes the diopside and aconateite crystals. Precipitation has the effect of enhancing the strength of the material. On the other hand, the precipitation of diopside crystals does not affect the surface activity, but when the akermanite crystals are precipitated, the time for the formation of hydroxide apatite is delayed.

또한 본 발명에 따른 이의 제조방법은 분말소결법에 의한 결정화유리의 제조방법으로서 제조공정이 단순하고, 복잡한 형상의 것을 쉽게 제조할 수 있다는 장점이 있다.In addition, the production method thereof according to the present invention has a merit in that a manufacturing process is simple and a complicated shape can be easily manufactured as a method for producing crystallized glass by powder sintering.

이하 본 발명의 구체적인 실시예를 제시하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명한다. 그러나 본 발명은 이에 한정되지 않는다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to specific examples of the present invention. However, the present invention is not limited thereto.

[실시예 1]Example 1

중량%로 SiO257.0%, CaO 37.0%, P2O56.0%의 조성을 갖는 유리 뱃지를 산화물, 탄화물 또는 인산물 등으로 준비하여 백금 도가니에서 1500 내지 1600℃의 온도에서 2 내지 5시간 동안 용융시킨 후 용융물을 급냉시켜 건조한 후에 모르타르 그라인더(Mortar Grinder)로 분쇄한다. 분쇄된 분말은 200메쉬로 체가름하여 통과된 입자를 약 450kg/cm2의 성형압으로 성형한 다음, 소결로에 위치시켜 1 내지 10℃/min의 승온속도로 1050℃의 온도까지 가열한다. 이때 효과적인 소결과 결정화를 위해 2 내지 10시간 동안 유지시킨 다음 상온까지 냉각시켜 결정화유리를 얻는다. 이 결정화유리에 대한 X-선 회절분석을 행한 결과 석출된 결정상은 월라스토나이트, 쿼르츠 및 아파타이트 임이 밝혀졌다. KS L 1591 규격에 따라 3×4×40mm의 직육면체를 만들어 1㎛ CeO2로 최종 연마한 후 3점 꺾임강도 값을 측정하였는데 185MPa의 높은 값을 나타내었다.A glass badge having a composition of 57.0% SiO 2 , 37.0% CaO and 6.0% P 2 O 5 by weight is prepared by using an oxide, carbide or phosphoric acid and melted in a platinum crucible at a temperature of 1500 to 1600 ° C. for 2 to 5 hours. After melting, the melt was quenched, dried, and then ground in a mortar grinder. The pulverized powder is sieved to 200 mesh to shape the passed particles at a molding pressure of about 450kg / cm 2 , and then placed in a sintering furnace and heated to a temperature of 1050 ℃ at a temperature increase rate of 1 to 10 ℃ / min. At this time, for effective sintering and crystallization it is maintained for 2 to 10 hours and then cooled to room temperature to obtain a crystallized glass. X-ray diffraction analysis of this crystallized glass revealed that the precipitated crystal phases were wollastonite, quartz and apatite. According to the KS L 1591 standard, a 3 × 4 × 40mm cuboid was made and finally polished with 1㎛ CeO 2 to measure the three-point bending strength, which showed a high value of 185MPa.

모유리에서 상분리가 일어날 경우 결정화유리 제조시 서로 다른 두 유리상에서 석출된 월라스토나이트와 아파타이트 결정 및 쿼르츠 결정중 균일 분산된 쿼르츠 결정이 복합적인 강화재의 역할을 하게되어 강도가 증진된다. 상기 결정화유리에 대한 유사생체용액(Simulated Body Fluid)내에서의 생체외반응실험(in vitro test)결과, 상분리에 결정상 형성의 차이에 의해 잔존 유리상의 조성이 표면활성을 나타내는 영역으로 이동하여 생체조직과의 결합에 필요한 수산화아파타이트가 약 50시간 이내에 표면에 형성되었으며, 1개월 동안 반응시켰을때 약 25㎛ 정도의 표면반응층이 형성되었다.In the case of phase separation in the mother glass, the uniformity of quartz crystals dispersed in two different glass phases in the production of crystallized glass and the quartz crystals uniformly dispersed in the quartz crystals act as a composite reinforcing material, thereby increasing strength. As a result of an in vitro test in a simulated body fluid for the crystallized glass, the composition of the remaining glass phase shifted to a region showing surface activity due to the difference in crystal phase formation in phase separation. Hydroxyapatite required for bonding with was formed on the surface within about 50 hours, and when reacted for one month, a surface reaction layer of about 25㎛ was formed.

[실시예 2]Example 2

유리 뱃지의 조성이 실시예 1과 같고 열처리 온도가 950℃인 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 결정화유리를 제조하였으며, 석출된 결정상, 꺾임강도 및 수산화아파타이트 형성시간 등 얻어진 결과를 표 1에 나타내었다.Crystallized glass was prepared in the same manner as in Example 1, except that the composition of the glass badge was the same as that in Example 1, and the heat treatment temperature was 950 ° C. The results obtained, such as precipitated crystal phase, bending strength, and apatite hydroxide formation time, were shown in the table. 1 is shown.

[실시예 3 내지 5][Examples 3 to 5]

유리 뱃지의 조성을 표 1과같이 함유하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 결정화유리를 제조하였다. 석출된 결정상은 월라스토나이트, 쿼르츠 및 아파타이트의 결정상이었으며, X-선 회절분석, 꺾임강도 및 수산화 아파타이트 형성시간 등 얻어진 결과를 하기 표 1에 나타내었다.Crystallized glass was prepared in the same manner as in Example 1, except that the composition of the glass badge was contained as shown in Table 1. The precipitated crystal phases were crystal phases of wollastonite, quartz and apatite, and the obtained results such as X-ray diffraction analysis, bending strength and hydroxide apatite formation time are shown in Table 1 below.

[표 1]TABLE 1

(주)* W : 월라스토나이트(CaSiO3)* W: Wallastonite (CaSiO 3 )

Q : 쿼르츠(SiO2)Q: Quartz (SiO 2 )

A : 아파타이트(Ca10(PO4)6O)A: apatite (Ca 10 (PO 4 ) 6 O)

# HAp 형성시간 : SBF(Simulated Body fluid : 유사생체용액)내에서 Hydroxyapatite(Ca10(po4)6(oh)2: 수산화아파타이트)가 표면에 형성되는 시간# HAp formation time: The time when Hydroxyapatite (Ca 10 (po 4 ) 6 (oh) 2 : Apatite Hydroxide) is formed on the surface in SBF (Simulated Body Fluid)

[실시예 6]Example 6

중량%로 SiO255.3%, CaO 37.3%, P2O56.0%, MgO 1.3%의 조성을 갖는 유리 뱃지를 산화물, 탄화물, 인산물 등으로 준비하여 백금 도가니에서 1500 내지 1600℃의 온도에서 2 내지 5시간 동안 용융시킨 후 용융물을 물에 급냉시켜 건조한 후에 모르타르 그라인더로 분쇄한다. 분쇄된 분말은 200메쉬로 체가름하여 통과된 입자를 약 450kg/cm2의 성형압으로 성형한 다음 소결로에 위치시켜 1 내지 10℃/min의 승온속도로 1150℃의 온도까지 가열한다. 이때 효과적인 소결과 결정화를 위해 2 내지 10시간 동안 유지시킨 다음 상온까지 냉각시킨다. 결정화유리에 대한 X-선 회절분석을 행한 결과 석출된 결정상은 월라스토나이트, 쿼르츠, 아커마나이트 및 미량의 디옵사이드 임이 밝혀졌다. KS L 1591 규격에 따라 3×4×40mm의 직육면체를 만들어 1㎛ CeO2로 최종 연마한 후 실시한 3점 꺾임강도 값은 175MPa의 값을 나타내었다.By weight, a glass badge having a composition of 55.3% SiO 2 , 37.3% CaO, 6.0% P 2 O 5 , 1.3% MgO was prepared as an oxide, carbide, phosphoric acid, etc., in a platinum crucible at a temperature of 1500 to 1600 ° C. After melting for 5 hours, the melt is quenched in water, dried and then ground in a mortar grinder. The pulverized powder is sieved with 200 mesh, and the particles passed through are formed at a molding pressure of about 450 kg / cm 2 , and then placed in a sintering furnace to be heated to a temperature of 1150 ° C. at a temperature rising rate of 1 to 10 ° C./min. At this time it is maintained for 2 to 10 hours for effective sintering and crystallization and then cooled to room temperature. X-ray diffraction analysis of the crystallized glass revealed that the precipitated crystal phases were wollastonite, quartz, akermanite, and trace diopsides. According to the KS L 1591 standard, the three-point bending strength value of 3 × 4 × 40 mm cuboids and final polishing with 1 μm CeO 2 showed a value of 175 MPa.

상기 결정화유리에 대한 유사생체용액 내에서의 생체외 반응실험결과 상분리에 의한 결정상 형성의 차이에 의해 잔존 유리상의 조성이 표면활성을 나타내는 영역으로 이동하여 생체조직과의 결합에 필요한 수산화아파타이트가 약 240시간 이내에 표면에 형성되었다. 이상의 결과를 표 2에 나타내었다.As a result of the in vitro reaction in the similar biological solution on the crystallized glass, the composition of the remaining glass phase moved to the region showing the surface activity due to the difference in the crystal phase formation due to the phase separation. It formed on the surface within hours. The above result is shown in Table 2.

[실시예 7 내지 8][Examples 7 to 8]

유리 뱃지의 조성을 중량%로 SiO255.6%, CaO 35.7%, P2O56.1%, MgO 2.7%로 하여 실시예 6과 동일한 방법으로 결정화 유리를 제조하였다. 석출된 결정상은 월라스토나이트, 쿼르츠, 디옵사이드 및 아커마나이트였다. 이 결정화 유리의 꺾임강도는 182MPa이었으며, 유사생체용액 내에서 240시간이 경과하여도 표면에 수산화 아파타이트가 형성되지 않았다.The crystallized glass was manufactured in the same manner as in Example 6, wherein the composition of the glass badge was 5% by weight SiO 2 55.6%, CaO 35.7%, P 2 O 5 6.1%, and MgO 2.7%. The precipitated crystal phases were wollastonite, quartz, diopside and akermanite. The bending strength of this crystallized glass was 182 MPa, and even after 240 hours in the similar biological solution, hydroxide apatite was not formed on the surface.

상기와 동일한 조성의 유리분말성형체를 1050℃에서 4시간 열처리하였을 경우 석출된 결정상은 월라스토나이트, 쿼르츠, 디옵사이드 및 미량의 아파타이트이었으며, 이 결정화 유리의 꺾임강도는 171MPa이었고, 50시간 이내에 유사생체용액 내에서 수산화 아파타이트가 표면에 형성되었다.When the glass powder molded product having the same composition was heat-treated at 1050 ° C. for 4 hours, the precipitated crystal phases were wollastonite, quartz, diopside and trace apatite, and the bending strength of the crystallized glass was 171 MPa, which was similar within 50 hours. Hydroxyapatite was formed on the surface in the biological solution.

[실시예 9 내지 10][Examples 9 to 10]

유리 뱃지의 조성을 중량%로 SiO255.9%, CaO 34.0%, P2O56.1%, MgO 4.1%로 하여 실시예 6과 동일한 방법으로 결정화유리를 제조하였다. 석출된 결정상은 월라스토나이트, 쿼르츠, 디옵사이드, 크리스토발라이트 및 아커마나이트이었다. 이 결정화 유리의 꺾임강도는 200MPa이었으며, 유사생체용액 내에서 240시간이 경과하여도 표면에 수산화 아파타이트가 형성되지 않았다.Crystallized glass was prepared in the same manner as in Example 6, wherein the composition of the glass badge was 5% by weight SiO 2 55.9%, CaO 34.0%, P 2 O 5 6.1%, and MgO 4.1%. The precipitated crystal phases were wollastonite, quartz, diopside, cristobalite and akermanite. The bending strength of this crystallized glass was 200 MPa, and even after 240 hours in the similar biological solution, hydroxide apatite was not formed on the surface.

상기와 동일한 조성의 유리분말 성형체를 1050℃에서 4시간 열처리하였을 경우 석출된 결정상은 월라스토나이트, 쿼르츠, 디옵사이드 및 미량의 아파타이트 이었으며, 50시간 이내에 유사생체용액 내에서 수산화 아파타이트가 표면에 형성되었다.When the glass powder compact having the same composition was heat-treated at 1050 ° C. for 4 hours, the precipitated crystal phases were wollastonite, quartz, diopside and trace apatite, and within 50 hours, hydroxide apatite was formed on the surface in the analogous biological solution. It became.

[실시예 11 내지 12][Examples 11 to 12]

유리 뱃지의 조성을 중량%로 SiO252.4%, CaO 37.1%, P2O55.7%, MgO 4.8%로 하여 실시예 6과 동일한 방법으로 결정화유리를 제조하였다. 석출된 결정상은 월라스토나이트, 쿼르츠, 디옵사이드, 크리스토발라이트 및 아커마나이트이었다. 이 결정화 유리의 꺾임강도는 191MPa이었으며, 유사생체용액 내에서 240시간이 경과하여도 표면에 수산화 아파타이트가 형성되지 않았다.Crystallized glass was prepared in the same manner as in Example 6, wherein the composition of the glass badge was 5 wt% SiO 2 , 37.1% CaO, 5.7% P 2 O 5 , and 4.8% MgO. The precipitated crystal phases were wollastonite, quartz, diopside, cristobalite and akermanite. The bending strength of this crystallized glass was 191 MPa, and even after 240 hours in the similar biological solution, hydroxide apatite was not formed on the surface.

상기와 동일한 조성의 유리분말 성형체를 실시예 8과 동일한 방법으로 결정화 유리를 제조하였을 경우 석출된 결정상은 월라스토나이트, 쿼르츠, 디옵사이드 및 미량의 아파타이트이었으며, 50시간 이내에 유사생체용액 내에서 수산화 아파타이트가 표면에 형성되었다.When the crystallized glass was manufactured in the same manner as in Example 8, the glass powder molded article having the same composition as above was precipitated crystal phases were wollastonite, quartz, diopside and a trace of apatite, and were hydrated in a similar biological solution within 50 hours. Apatite was formed on the surface.

[실시예 13]Example 13

유리 뱃지의 조성을 중량%로 SiO257.3%, CaO 35.3%, P2O56.0%, MgO 1.%로 하여 실시예 6과 동일한 방법으로 결정화유리를 제조하였다. 석출된 결정상은 월라스토나이트, 크리스토발라이트 및 아커마나이트이었으며, 이 결정화 유리의 꺾임강도는 198MPa이었으며, 240 시간이내에 유사생체용액내에서 수산화 아파타이트가 형성되었다.Crystallized glass was prepared in the same manner as in Example 6, wherein the composition of the glass badge was 5% by weight SiO 2 57.3%, CaO 35.3%, P 2 O 5 6.0%, MgO 1.%. Precipitated crystal phases were wollastonite, cristobalite and akermanite, and the bending strength of the crystallized glass was 198 MPa, and within 240 hours, hydroxide apatite was formed in the analogous biological solution.

[실시예 14]Example 14

유리 뱃지의 조성을 중량%로 SiO253.3%, CaO 39.4%, P2O56.0%, MgO 1.3%로 하여 실시예 9와 동일한 방법으로 결정화유리를 제조하였다. 석출된 결정상은 월라스토나이트, 쿼르츠, 및 아커마나이트 이었으며, 이 결정화 유리의 꺾임강도는 188MPa이었고, 120시간 이내에 유사생체용액내에서 수산화 아파타이트가 형성되었다.Crystallized glass was manufactured in the same manner as in Example 9, wherein the composition of the glass badge was 5% by weight SiO 2 53.3%, CaO 39.4%, P 2 O 5 6.0%, and MgO 1.3%. Precipitated crystal phases were wollastonite, quartz, and akermanite. The bending strength of the crystallized glass was 188 MPa, and within 120 hours, hydroxide apatite was formed in the analogous biological solution.

[실시예 15]Example 15

유리 뱃지의 조성을 중량%로 SiO251.3%, CaO 39.4%, P2O58.0%, MgO 1.3%로 하여 실시예 6과 동일한 방법으로 결정화유리를 제조하였다. 석출된 결정상은 월라스토나이트, 쿼르츠와 크리스토발라이트 및 미량의 아커마나이트이었다. 이 결정화 유리의 꺾임강도는 195MPa이었으며, 240시간 이내에 유사생체용액 내에서 수산화 아파타이트가 형성되었다.Crystallized glass was prepared in the same manner as in Example 6, wherein the composition of the glass badge was 5% by weight SiO 2 51.3%, CaO 39.4%, P 2 O 5 8.0%, and MgO 1.3%. Precipitated crystal phases were wollastonite, quartz and cristobalite, and traces of akermanite. The bending strength of this crystallized glass was 195 MPa, and within 240 hours, hydroxide apatite was formed in the analogous biological solution.

[표 2]TABLE 2

(주)* W : 월라스토나이트(CaSiO3)* W: Wallastonite (CaSiO 3 )

Q : 쿼르츠(SiO2)Q: Quartz (SiO 2 )

C : 크리스토발라이트(SiO2)항D : 디옵사이드(CaMgSi2O6)C: cristobalite (SiO 2 ) Anti D: diopside (CaMgSi 2 O 6 )

K : 아커마나이트(Ca2MgSiO2O7)K: Akermanite (Ca 2 MgSiO 2 O 7 )

A : 아파타이트(Ca10(PO4)6O)A: apatite (Ca 10 (PO 4 ) 6 O)

Claims (4)

SiO250 내지 58중량, P2O54 내지 10중량% 및 CaO 34 내지 45중량%를 함유하여 이루어지며, 결정화유리 제조시 실리카 다량영역과 칼슘 포스페이트 다량 영역으로 자발적인 상분리 현상이 발생하여, 열처리시 월라스토나이트(CaSiO3)와 쿼르츠(SiO2)가 주결정상을 이루고 아파타이트(Ca10(PO4)6O)가 부결정상으로 분산되어 있는 것을 특징으로 하는 생체재료용 결정화유리.50 to 58% by weight of SiO 2 , 4 to 10% by weight of P 2 O 5 and 34 to 45% by weight of CaO, the spontaneous phase separation phenomenon occurs in the large amount of silica and calcium phosphate in the crystallized glass production, Sea crystal crystalline glass for biomaterials, characterized in that the wollastonite (CaSiO 3 ) and quartz (SiO 2 ) is the main crystalline phase and the apatite (Ca 10 (PO 4 ) 6 O) is dispersed in the subcrystalline phase. SiO250 내지 58중량%, P2O54 내지 10중량% 및 CaO 34 내지 45중량%를 함유하여 이루어지며, 자발적인 상분리 현상이 일어난 유리분말을 200메쉬 이하의 입도로 분쇄한 다음, 소정의 형상으로 성형하고, 950 내지 1050℃에서 2 내지 10시간 동안 열처리하여 결정을 석출시키는 것을 특징으로 하는 생체재료용 결정화유리의 제조방법.50 to 58% by weight of SiO 2 , 4 to 10% by weight of P 2 O 5, and 34 to 45% by weight of CaO, and ground the glass powder having spontaneous phase separation to a particle size of 200 mesh or less, and then Forming into a shape, and heat treatment at 950 to 1050 ℃ for 2 to 10 hours to produce a crystallized glass for a biological material, characterized in that to precipitate the crystals. SiO250 내지 58중량%, P2O54 내지 10중량%, CaO 34 내지 45중량% 및 MgO 1내지 5중량%를 함유하여 이루어지며, 자발적인 상분리 현상이 일어난 유리분말을 200메쉬 이하의 입도로 분쇄한 다음, 소정의 형상으로 성형하고, 1050 내지 1150℃에서 2 내지 10시간 동안 열처리하여 결정을 석출시키는 것을 특징으로 하는 생체재료용 결정화유리의 제조방법.50 to 58% by weight of SiO 2 , 4 to 10% by weight of P 2 O 5 , 34 to 45% by weight of CaO, and 1 to 5% by weight of MgO, and the glass powder having spontaneous phase separation is less than 200 mesh. And then pulverized into a predetermined shape, and heat-treated at 1050 to 1150 ° C. for 2 to 10 hours to precipitate crystals. SiO250 내지 58중량%, P2O54 내지 10중량%, CaO 34 내지 45중량% 및 MgO 1 내지 5중량%를 함유하여 이루어지며, 결정화유리 제조시 실리카 다량영역과 칼슘 포스페이트 다량영역으로 자발적인 상분리 현상이 발생하여, 열처리시 월라스토나이트(CaSiO3)와 쿼르츠(SiO2)가 주결정상을 이루고, 디옵사이드(CaMgSi2O6), 아커마나이트(Ca2MgSiO2O7), 크리스토발라이트(SiO2) 및 아파타이트(Ca10(PO4)6O)가 부결정상으로 분산되어 있는 것을 특징으로 하는 생체재료용 결정화유리.It contains 50 to 58% by weight of SiO 2 , 4 to 10% by weight of P 2 O 5 , 34 to 45% by weight of CaO and 1 to 5% by weight of MgO. In the preparation of crystallized glass, a large amount of silica and calcium phosphate are used. In spontaneous phase separation, wollastonite (CaSiO 3 ) and quartz (SiO 2 ) form the main crystalline phase during heat treatment, diopside (CaMgSi 2 O 6 ), akermanite (Ca 2 MgSiO 2 O 7 ), Cristobalite (SiO 2 ) and apatite (Ca 10 (PO 4 ) 6 O) is a crystallized glass for biomaterials, characterized in that the dispersed in the amorphous phase.
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