JPH01298055A - リン酸カルシウム焼結体の製造方法 - Google Patents

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 本発明はリン酸カルシウム焼結体の製造方法に関する。

さらに詳しくいえば、本発明はリン酸カルシウムに特定
量比のホウ素化合物を添加配合したのち焼成することに
より、リン酸カルシウムの反応温度を広範囲に変化させ
ることができるため、リン酸カルシウムの焼成温度も広
い範囲の中から任意に選択しうる、特に人工骨材料とし
て有用なリン酸カルシウム焼結体の製造方法に関する。

従来の技術 アパタイトやリン酸三カルシウムのようなリン酸カルシ
ウムは生体親和性を有し、その焼成体は整形外科、歯科
等の分野で欠損骨、欠損歯根の補綴用人工骨などに使用
する生体セラミックス材料として多用されている。

ところで、リン酸カルシウムは、その適性焼結温度の範
囲が狭く、焼結する際に選択しうる温度に制限があるた
め、他の成分例えはセラミックスウィスカー、炭素ウィ
スカー、ジルコニア、チタンなどと複合させる場合、種
々の困難を生じた。

例えば、アパタイトやリン酸三カルシウムにウィスカー
を複合させる；こは、これらと適合した焼結温度をもつ
ウィスカーを選ぶことが必要であり（特開昭５２−１３
２００９号公報）、シたがって従来は、リン酸カルシウ
ムに合わせて低い焼結温度のウィスカーしか使用するこ
とができないという問題があった。

発明が解決しようとする課題 本発明は、このような従来法の欠点を改良し、リン酸カ
ルシウムの反応温度を広範囲に変化させることができ、
リン酸カルシウムの焼成温度も広い範囲の中から任意に
選択しうる、特に人工骨材料として有用なリン酸カルシ
ウム焼結体の製造方法を提供することを目的としてなさ
れたものである。

課題を解決するための手段 本発明者は、リン酸カルシウムを従来よりも広範な任意
の温度で焼成しうるリン酸カルシウム焼結体の製造方法
を開発するため種々研究した結果、リン酸カルシウムに
特定量比のホウ素化合物を添加し配合したのち、焼成す
ることにより、上記目的を達成しうろことを見出し、本
発明を完成するに至った。

すなわち、本発明は、リン酸カルシウムにホウ素化合物
を０．００１−１０％の重量割合で添加し配合したのち
、焼成することを特徴とするリン酸カルシウム焼結体の
製造方法を提供するものである。

以下本発明をより詳細に説明する。

本発明方法においては、先ず、リン酸カルシウムにホウ
素化合物を０．００１〜１０％、好ましくは０．００５
〜２％、さらに好ましくは、０．０５〜０．５％の重量
割合で添加して配合物とすることが必要である。

本発明に用いるリン酸カル／ウムとしては、例えば水酸
アパタイト、リン酸三カルシウム、リン灰石、リン酸水
素カルシウムなどが挙げられる。

本発明に用いるホウμ化合物としては、例えばホウ酸、
酸化ホウ素などが挙げられる。

これらの原料化合物は単独で用いてもよいし、２種以上
組み合わせて用いてもよい。

ホウ素化合物の添加量比がこれよりも少なくなると添加
効果が十分には発揮されないし、またこれよりも多くな
ると添加量の増大の割には効果が上がらず、むしろリン
酸カルシウム本来の生体親和性などの好ましい性質を損
なうおそれがある。

このホウ素化合物は、あらかじめ調製されたリン酸カル
シウムに添加する代りに、リン酸カルシウムの製造工程
中にこれを添加し、最終的にリン酸カルシウム中に含有
されるようにしてもよい。

このようにホウ素化合物を添加することにより、リン酸
カルシウム焼結体の焼結温度（理論密度の９９％以上に
なる温度）を高くすることができる。

そして、この焼結温度はホウ素化合物の添加量が多くな
るほど高くなる。

本発明方法で用いる原料中には、前記したホウ素化合物
のほかに、その効果を損わない限り、成形改良剤、焼成
促進剤、粒成長抑制剤、有機バインダー、着色剤、Ｘ線
造影剤などの他の添加成分を適宜混合することができる
。

次に、本発明方法においては、このようにして得られた
配合物を焼成することが必要である。

この焼成は、従来公知の常圧焼成法、ホットプレス法な
どいかなる方法も使用す°ることができる。

例えば、焼成温度は通常７００〜１５００°Ｃ１好まし
くは８００〜１２００℃であり、ホットプレス法におけ
る圧力条件は通常５０〜２０００７２ｇ／　ｃｍ”であ
る。また、焼成時間は通常１５分〜１０時間である。

このようにして得たリン酸カルシウム焼結体は、そのま
まで成形材料として用いることができるが、また所望に
応じ各種ウィスカーと複合させて用いることもできる。

さらに、これをアルミナやチタンなどの異種材料と溶着
して使用することもできる。

発明の効果 本発明方法によれば、リン酸カルシウムの反応温度を５
０〜１５０°Ｃという広い範囲内で変化させることがで
き、リン酸カルシウムの焼成温度も広い範囲の中から任
意に選択することができるため、リン酸カルシウムの結
晶化、焼結、あるいは結晶成長などを任意の温度で行う
ことが可能となり作業効率が向上するという顕著な効果
を奏する。

このため、従来高温で使用するには、特別に高温型の材
料を準備しなければならなかったが、その必要がなくな
り、また他の材料と複合する場合に焼成温度による制限
があったが、それが著しく緩和され、しかもより効果的
な複合が行われるように焼成温度を調整しうるという利
点がある。

さらに、従来、ベースのリン酸カルシウムの焼結条件は
複合すべき配合材料の焼成温度により制限されるため焼
結後に生成する組成、結晶系は、必然的に特定されるこ
とになったが、その許容度の拡大によりこれまで生成さ
せることができなかった組成のもの例えばアノーサイト
、ディオプサイドなども生成可能になり、またその結晶
の大きさやアスペクト比の調整も容易に行いうるように
なった。このようにして、得られたリン酸カルシウム焼
結体は、粉体、顆粒に成形し、単独であるいは他の材料
と複合して、各種のリン酸系成形材料特に人工骨材料と
して好適に用いることができる。

実施例 次に実施例により本発明をさらに詳細に説明する。

実施例１ リン酸水素カルシウム１００重量部に、ホウ酸の０．１
％水溶液１００重量部を加えて混合し、得られたスラリ
ーをろ過少、１２０°Ｃで５時間乾燥した。

次いで、このようにして得た水酸アパタイトを成形用金
型に充てんし、４００ｋｇ７ｃｍ”で加圧しながら、５
００°Ｃから１５００°Ｃまで昇温させて焼成した。

この間の熱収縮率の変化を測定した結果を図面に曲線Ａ
として示す。

実施例２ ホウ酸水溶液の量を１重量部とし、水９９重量部ととも
に加えること以外は実施例１と同様にして水酸アパタイ
トを製造した。このものに関する熱収縮曲線を曲線Ｂと
して図面に示す。

比較例 実施例１におけるホウ酸水溶液の代りに、水を用いる以
外は実施例１と同様にして水酸アパタイトを製造した。

このものの熱収縮曲線を曲線Ｃとして図面に示す。

この図面から明らかなように、本発明方法により得られ
る水酸アパタイトは比較例に対して高温で反応収縮する
率が小さく、広範囲にわたって焼結温度を変えうるので
、各種の成分と安定な複合材料を形成させることができ
る。

実施例３ リン酸水素カルシウムに、酸化ホウ素（Ｂ２０３）をホ
ウ素換算で０〜５重量％の範囲内の異なった量で添加し
、毎分２０°Ｃの昇温速度で所定の焼成温度まで加熱し
、その温度に１０分間保保持口然放冷することにより、
各種の焼結体を製造した。

この焼結体についての、ホウ素添加量と焼成温度を第１
表に示す。

なお、上記の焼成温度は各組成におけるＤＬで５％収縮
する焼結体が得られる焼結温度に対応している。

第　　　１　　　表 この表から明らかなように、ホウ素の添加量が増加する
とともに焼結する温度（ＤＬで５％収縮する温度）は高
温にシフトする。

参考例１ 水酸アパタイト１００重量部に対し、ＳｉＯ□１２．２
６重量部、ＣａＯ５，４８重量部及びＭｇＯ２，２６重
量部を配合したペース組成物に、Ｂ２０．をホウ素換算
で０〜５重量部添加し、ミキサーで６０分間混合し、１
２０°Ｃで５時間乾燥したのち、金型プレスに充てんし
、３００ｋｇ／ｃｍ２の成形圧で成形した。次いで、こ
の成形体を２時間、１２００°Ｃ又は１３００°Ｃで焼
成することにより焼結体を得た。このものの曲げ強度を
第２表に示す。

第　　　２　　　表 なお、５０００倍拡大顕微鏡写真により組織状態を比較
したところ、ホウ素を含有しない試料Ｎ００１は１３０
０℃で水酸アパタイトが溶融し、ウィスカーとの複合状
態は形成されていなかったが、ホウ素５重量％を含有す
る試料Ｎ０１４は完全な複合状態を形成することが認め
られた。

参考例２ 水酸アパタイト１００重量部に対し、５ｉｎ２１３−４
重量部、ＣａＯ８，６重量部及びＡＬＯｓ　４．０重量
部を配合したベース組成物に、Ｂ２Ｏ３をホウ素換算０
〜３重量部添加し、参考例１と同様にして成形し、焼成
した。このようにして得られた焼結体の曲げ強度を第３
表に示す。

第　　　３　　　表 この表から明らかなように、ホウ素を添加することによ
り水酸アパタイトは焼成温度を１２００°Ｃに高めても
溶融することがなく、十分にウィスカーの強化効果が発
揮されている。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明方法で得られた水酸アパタイトと比較のだ
めの他の水酸アパタイトの熱収縮を示すグラフである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １　リン酸カルシウムにホウ素化合物を０．００１〜１
   ０％の重量割合で添加し配合したのち、焼成することを
   特徴とするリン酸カルシウム焼結体の製造方法。