JPH0555150B2 - - Google Patents

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JPH0555150B2
JPH0555150B2 JP61072519A JP7251986A JPH0555150B2 JP H0555150 B2 JPH0555150 B2 JP H0555150B2 JP 61072519 A JP61072519 A JP 61072519A JP 7251986 A JP7251986 A JP 7251986A JP H0555150 B2 JPH0555150 B2 JP H0555150B2
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JP
Japan
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zirconia ceramic
glass
cao
sio
mgo
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JP61072519A
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JPS62231668A (en
Inventor
Toshihiro Kasuga
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Hoya Corp
Original Assignee
Hoya Corp
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Publication date
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Publication of JPS62231668A publication Critical patent/JPS62231668A/en
Publication of JPH0555150B2 publication Critical patent/JPH0555150B2/ja
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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
    • 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
    • C03C3/00Glass compositions
    • C03C3/04Glass compositions containing silica
    • C03C3/076Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight
    • C03C3/11Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight containing halogen or nitrogen
    • C03C3/112Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight containing halogen or nitrogen containing fluorine
    • 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
    • C03C4/00Compositions for glass with special properties
    • C03C4/0007Compositions for glass with special properties for biologically-compatible glass

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Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

[産業上の利用分野] 本発明は、人工骨、人工歯根などのインプラン
ト材料として有用な無機生体材料に関するもので
あつて、さらに詳しくは、CaOとP2O5を含有す
る結晶化ガラス焼結体中にジルコニアセラミツク
を分散させたセラミツク複合材料とその製造方法
に係る。 [従来の技術] 骨と化学結合をつくる(バイオアクテイブ)セ
ラミツクスとしては、アパタイト焼結体やNa2O
−K2O−MgO−CaO−SiO2−P2O5系結晶化ガラ
スが知られている。また、MgO−CaO−P2O5
SiO2系ガラスを200メツシユ以下に粉砕し、その
ガラス粉末を成形後、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[Ca10(PO46
(O0.5′F)2]及びウオラストナイト結晶[CaO・
SiO2]の生成温度域で熱処理して製造あれる結
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。従つ
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。そこ
で、SiO2の含有量を増やし、ウオラストナイト
結晶の析出量を増した結晶化ガラスも知られてい
る。 ところで、これらのセラミツクスの曲げ強度
は、アパタイト焼結体で、1000〜1400Kg/cm2
Na2O−K2O−MgO−CaO−SiO2−P2O5系結晶
化ガラスで1000〜1500Kg/cm2、MgO−CaO−
P2O5−SiO2系結晶化ガラスで1200〜1400Kg/cm2
程度である。さらに、ウオラストナイトを多量に
析出させたCaO−P2O5−SiO2系、あるいはCaO
−P2O5−SiO2−MgO、Y2O3系結晶化ガラスは
1700〜2300Kg/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く、
さらに高強度な材料が要望されている。 本発明の目的は優れた生体親和性を備え、しか
も従来品よりもさらに高強度である無機生体材料
とその製造方法を提供することにある。 [問題点を解決するための手段] 本発明の無機生体材料は、重量百分率で CaO 12〜56 P2O5 1〜27 SiO2 22〜50 MgO 0〜34 Al2O3 0〜25 K2O 0〜10 Li2O 0〜10 Na2O 0〜10 TiO2 0〜10 ZrO2 0〜10 SrO 0〜10 Nb2O5 0〜10 Ta2O5 0〜10 B2O3 0〜10 F2 0〜5 Y2O3 0〜5 の範囲で上記成分を含有し、CaO、P2O5、SiO2
MgO及びAl2O3の含有量合計が90%以上である組
成を有する結晶化ガラスと、ジルコニアセラミツ
クとの複合材料であつて、前記結晶化ガラス中に
前記ジルコニアセラミツクが分散されていること
を特徴としている。そして、前記結晶化ガラスの
析出結晶としては、アパタイト結晶と、ウオラス
トナイト、ジオプサイド、フオルステライト、オ
ケルマナイト及びアノルサイト等のアルカリ土類
ケイ酸塩結晶の一種または二種以上を含有し、さ
らにβ−リン酸三カルシウム結晶[β−Ca3
(PO42]を場合により含有する。 上記のごとき本発明の無機生体材料は、重量百
分率で CaO 12〜56 P2O5 1〜27 SiO2 22〜50 MgO 0〜34 Al2O3 0〜25 K2O 0〜10 Li2O 0〜10 Na2O 0〜10 TiO2 0〜10 ZrO2 0〜10 SrO 0〜10 Nb2O5 0〜10 Ta2O5 0〜10 B2O3 0〜10 F2 0〜5 Y2O3 0〜5 の範囲で上記成分を含有し、CaO、P2O5、SiO2
MgO及びAl2O3の含有量合計が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に、ジ
ルコニアセラミツクを体積百分率で5〜50%均一
に混合し、この混合物を所定の形に成形した後
に、この成型体を焼結し、前記ガラスからアパタ
イト結晶と、ウオラストナイト、ジオプサイド、
フオルステライト、オケルマナイト及びアノルサ
イトから選ばれるアルカリ土類ケイ酸塩結晶の一
種または二種以上が析出する温度域で熱処理する
ことによつて製造することができる。 本発明に係る無機生体材料におけるガラスの組
成に関し、その量的限定理由を以下に述べる。 CaOが12%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。従つて、CaOの含量
は12〜56%に限定される。P2O5が1%未満では、
ガラスの失透傾向が著しく、27%以上ではウオラ
ストナイト、ジオプサイド、フオルステライト、
オケルマナイト、アノルサイト等のアルカリ土類
ケイ酸塩結晶の析出量が少なくなるので、P2O5
の含量は1〜27%に限定される。SiO2が22%未
満では、ガラス粉末の焼結性が悪くなり、かつア
ルカリ土類ケイ酸塩結晶の析出量も少なくなる。
またSiO2が50%を越えるとガラスが失透しやす
くなる。従つて、SiO2の含量は22〜50%に限定
される。MgOは必須成分ではないが、含む場合
は34%より多いとアパタイト結晶の生成量が少な
くなるので、34%以下に限定される。同様に、
Al2O3も必須成分ではないが、含む場合は25%よ
り多いとアパタイト結晶の生成量が少なくなるの
で、25%以下に限定される。 上記した五成分に加えて本発明のガラスは、人
体に有害ではないK2O、Li2O、Na2O、TiO2
ZrO2、SrO、Nb2O5、Ta2O5、B2O3、F2、Y2O3
を10%以内の範囲内で一種または二種以上含有す
ることができる。これらの任意成分の合計が10%
より多いときには、アパタイト結晶及びアルカリ
土類ケイ酸塩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10%以下とするのがよ
い。ただし、F2は5%より多いとガラスが失透
しやすくなり、またY2O3が5%より多いとアパ
タイト結晶及びアルカリ土類ケイ酸塩結晶の生成
量が低下してしまうので、F2及びY2O3はそれぞ
れ5%以下に限定される。 本発明に係る無機生体材料を製造するにあたつ
ては、上に限定した組成範囲の母ガラス(マトリ
ツクガラス)を一旦200メツシユ以下の粒度に粉
砕し、ジルコニアセラミツクと均一に混合し、得
られた混合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。母ガラスの粒度が200メ
ツシユ以上であると、焼結体中に気孔が残りやす
く、機械的強度の大きな無機生体材料を得ること
ができない。つまり、気孔が少なく、結晶がガラ
スから均一に析出した結晶化ガラス中にジルコニ
アセラミツクが均一に分散した複合材料を得るた
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。さらに複合され
るジルコニアセラミツクが体積百分率で5%より
少ないと複合化による機械的強度の向上をほとん
ど望めず、50%より多いと焼結性が悪くなり、機
械的強度の向上を期待できない上に結晶化ガラス
の持つ生体親和性を充分に生かすことができな
い。よつて、ジルコニアセラミツクの配合量は体
積百分率で母ガラスの5〜50%に限定される。 本発明の方法によれば、粒度200メツシユ以下
の母ガラス粉末とジルコニアセラミツクとは任意
の公知手段で混合され、さらに公知手段で所望の
形状に成型され、しかる後、その成型体は前記ガ
ラス/ジルコニアセラミツク混合粉末の焼結温度
域で熱処理され、次いでアパタイト結晶及びアル
カリ土類ケイ酸塩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な機械的強
度の大きな複合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
及びアルカリ土類ケイ酸塩結晶を析出させるため
に重要である。 焼結温度域はガラス/ジルコニアセラミツク混
合粉末の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アルカリ土類ケイ酸
塩結晶の析出温度域は、ガラス/ジルコニアセラ
ミツク混合物を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/ジルコニアセラミツク混合粉末の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。 熱処理方法としては任意の公知手段を用いて良
いが、ホツトプレスやHIP(熱間静水圧プレス)
を用いると、焼結がより促進されて気孔が少なく
なり、より機械的強度の大きいものが得られる。 母ガラスに混合するジルコニアセラミツクは、
市販の安定化ジルコニア、部分安定化ジルコニア
のどちらでもよく、さらには、その両方を併用し
てもよい。ジルコニアセラミツクの配合によつて
結晶化ガラスが強化される理由は、安定化ジルコ
ニアを用いた場合では、結晶化ガラスと安定化ジ
ルコニア粒子との熱膨張係数の違いによつて結晶
化ガラスに圧縮応力がかかるためであるので、結
晶化ガラスの熱膨張係数は安定化ジルコニアの熱
膨張係数と同程度か、それより小さいものが望ま
しい。部分安定化ジルコニアを用いた場合ではジ
ルコニアのマルテンサイト型変態によるものと思
われる。当然のことながら、安定化ジルコニアと
部分安定化ジルコニアの両方を併用した場合に
は、両者の強化作用が同時発現される。 母ガラスに混合するジルコニアセラミツクは、
粉末状でもフアイバ(ウイスカを含む)状でもよ
い。粉末状のジルコニアセラミツクを用いると上
記のごとく結晶化ガラスが強化され、フアイバ状
のジルコニアセラミツクを用いると、上記のごと
く結晶化ガラスが強化されるのに加えて、フアイ
バが材料に加わる応力を担うため、さらに機械的
強度の向上が期待できる。よつて、粉末状とフア
イバ状のジルコニアセラミツクを混合して用いて
も結晶化ガラスを強化できる。ただし、混合する
ジルコニアセラミツクが粉末の場合には、その粉
末の粒径は200メツシユ以下でなければならない。
ジルコニアセラミツク粉末が200メツシユより大
きいと、焼結体中に気孔が残りやすく、機械的強
度の大きな無機生体材料が得られない。つまり、
気孔が少なく、結晶がガラスから均一に析出した
結晶化ガラス中にジルコニアセラミツクが均一に
分散した複合材料を得るには、粒度200メツシユ
以下の微細なガラス粉末と200メツシユ以下のジ
ルコニアセラミツク微粉末を用いることが重要で
ある。 [実施例] 酸化物、炭酸塩、リン酸塩、水和物、フツ化物
などを原料に用いて、次表に示す組成に相当する
ガラスのバツチを調合し、これを白金ルツボに入
れて1450〜1550℃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、ボールミルに
入れて20μm以下の粒度に粉砕した。これに市販
の粉末状又はフアイバ状ジルコニアセラミツクを
添加し、さらにボールミルを用いて数時間湿式混
合し、乾燥した。 得られた混合物を黒鉛型に入れ、300Kg/cm2
圧力をかけながら、室温から1150℃まで一定の昇
温速度3℃/minで加熱し、1150℃で2時間保持
して成型体の焼結と結晶化を行なつた。しかる
後、炉内で室温まで冷却し、複合材料を得た。 こうして製造された各複合材料の破断面を
SEMで観察したところ、いずれも気孔の少ない
緻密な組織であつた。また、これら複合材料を粉
砕し、粉末X線回折により析出結晶相を同定し
た。さらに、複合材料を300番のダイアモンド砥
石で直径3〜5mmの丸棒に加工し、三点曲げ強度
試験を行なつた。ガラス組成、ジルコニアセラミ
ツクの種類、ジルコイアセラミツクの配合量(ガ
ラスに対する体積百分率)、析出結晶相及び三点
曲げ強度を次表に示す。 表から明らかなように、本発明の無機生体材料
は2300〜3300Kg/cm2という高い曲げ強度を有して
いる。
[Field of Industrial Application] The present invention relates to an inorganic biomaterial useful as an implant material for artificial bones, artificial tooth roots, etc. More specifically, the present invention relates to a sintered crystallized glass containing CaO and P2O5 . The present invention relates to a ceramic composite material in which zirconia ceramic is dispersed throughout the body, and a method for producing the same. [Conventional technology] Apatite sintered bodies and Na 2 O ceramics that create chemical bonds with bones (bioactive)
-K2O -MgO-CaO- SiO2 - P2O5 - based crystallized glass is known. Also, MgO−CaO−P 2 O 5
SiO2 -based glass is crushed to 200 mesh or less, the resulting glass powder is molded, heat-treated in the sintering temperature range of glass powder, and then apatite crystal [ Ca10 ( PO4 ) 6
(O 0.5′F ) 2 ] and wollastonite crystals [CaO・
Crystallized glass that can be manufactured by heat treatment in the formation temperature range of SiO 2 ] is also known. In this crystallized glass, apatite crystals contribute to biocompatibility, and wollastonite crystals contribute to mechanical strength. Therefore, in order to increase mechanical strength, it is desirable to increase the content of wollastonite crystals. Therefore, crystallized glass with an increased content of SiO 2 and an increased amount of precipitated wollastonite crystals is also known. By the way, the bending strength of these ceramics is 1000 to 1400 Kg/cm 2 for apatite sintered bodies.
Na 2 O−K 2 O−MgO−CaO−SiO 2 −P 2 O 1000 to 1500 Kg/cm 2 for 5 -based crystallized glass, MgO−CaO−
P 2 O 5 −SiO 2 crystallized glass: 1200 to 1400 Kg/cm 2
That's about it. Furthermore, CaO−P 2 O 5 −SiO 2 system with a large amount of wollastonite precipitated, or CaO
−P 2 O 5 −SiO 2 −MgO, Y 2 O 3 -based crystallized glass is
It has a high bending strength of 1700-2300Kg/ cm2 . However, this value is not necessarily sufficiently satisfactory for artificial tooth roots or artificial bones.
There is a demand for materials with even higher strength. An object of the present invention is to provide an inorganic biomaterial that has excellent biocompatibility and even higher strength than conventional products, and a method for producing the same. [Means for solving the problems] The inorganic biomaterial of the present invention has a weight percentage of CaO 12-56 P 2 O 5 1-27 SiO 2 22-50 MgO 0-34 Al 2 O 3 0-25 K 2 O 0-10 Li 2 O 0-10 Na 2 O 0-10 TiO 2 0-10 ZrO 2 0-10 SrO 0-10 Nb 2 O 5 0-10 Ta 2 O 5 0-10 B 2 O 3 0- Contains the above components in the range of 10 F 2 0-5 Y 2 O 3 0-5, including CaO, P 2 O 5 , SiO 2 ,
A composite material of zirconia ceramic and crystallized glass having a composition in which the total content of MgO and Al 2 O 3 is 90% or more, wherein the zirconia ceramic is dispersed in the crystallized glass. It is a feature. The precipitated crystals of the crystallized glass include apatite crystals and one or more alkaline earth silicate crystals such as wollastonite, diopside, forsterite, okermanite, and anorsite, and further include β- Tricalcium phosphate crystal [β-Ca 3
(PO 4 ) 2 ] may be included. The inorganic biomaterial of the present invention as described above has a weight percentage of CaO 12-56 P 2 O 5 1-27 SiO 2 22-50 MgO 0-34 Al 2 O 3 0-25 K 2 O 0-10 Li 2 O 0-10 Na 2 O 0-10 TiO 2 0-10 ZrO 2 0-10 SrO 0-10 Nb 2 O 5 0-10 Ta 2 O 5 0-10 B 2 O 3 0-10 F 2 0-5 Y 2 O 3 Contains the above components in the range of 0 to 5, including CaO, P 2 O 5 , SiO 2 ,
Zirconia ceramic is uniformly mixed at a volume percentage of 5 to 50% into glass powder of 200 mesh or less with a composition in which the total content of MgO and Al 2 O 3 is 90% or more, and this mixture is molded into a predetermined shape. After that, this molded body is sintered, and apatite crystals, wollastonite, diopside,
It can be produced by heat treatment in a temperature range in which one or more types of alkaline earth silicate crystals selected from forsterite, okermanite, and anorsite are precipitated. Regarding the composition of the glass in the inorganic biomaterial according to the present invention, the reason for the quantitative limitation will be described below. If CaO is less than 12%, the sinterability of the glass powder becomes extremely poor, making it impossible to obtain high-strength crystallized glass. Moreover, when CaO exceeds 56%, the tendency of glass to devitrify becomes remarkable. Therefore, the content of CaO is limited to 12-56%. When P 2 O 5 is less than 1%,
The tendency of glass to devitrify is remarkable, and at 27% or more, wollastonite, diopside, forsterite,
Since the amount of alkaline earth silicate crystals such as okermanite and anorsite is reduced, P 2 O 5
The content of is limited to 1-27%. If SiO 2 is less than 22%, the sinterability of the glass powder will be poor and the amount of alkaline earth silicate crystals precipitated will also be reduced.
Moreover, when SiO 2 exceeds 50%, the glass tends to devitrify. Therefore, the content of SiO2 is limited to 22-50%. MgO is not an essential component, but if it is included, the amount of apatite crystals produced will decrease if it is more than 34%, so it is limited to 34% or less. Similarly,
Al 2 O 3 is also not an essential component, but if it is included, the amount of apatite crystals produced will decrease if it is more than 25%, so it is limited to 25% or less. In addition to the five components mentioned above, the glass of the present invention contains K 2 O, Li 2 O, Na 2 O, TiO 2 , which are not harmful to the human body.
ZrO 2 , SrO, Nb 2 O 5 , Ta 2 O 5 , B 2 O 3 , F 2 , Y 2 O 3
One or more types can be contained within a range of 10% or less. The total of these optional components is 10%
If the amount is larger than this, the amount of apatite crystals and alkaline earth silicate crystals produced may decrease, so it is preferably 10% or less. However, if F 2 is more than 5%, the glass tends to devitrify, and if Y 2 O 3 is more than 5%, the amount of apatite crystals and alkaline earth silicate crystals produced will decrease. 2 and Y 2 O 3 are each limited to 5% or less. In producing the inorganic biomaterial according to the present invention, the mother glass (matrix glass) having the composition range limited above is first ground to a particle size of 200 mesh or less, mixed uniformly with zirconia ceramic, and then It is important to mold the mixed powder into a desired shape, then sinter the molded body, and then subject it to crystallization treatment. If the particle size of the mother glass is 200 mesh or more, pores tend to remain in the sintered body, making it impossible to obtain an inorganic biomaterial with high mechanical strength. In other words, in order to obtain a composite material in which zirconia ceramic is uniformly dispersed in crystallized glass with few pores and crystals uniformly precipitated from the glass, it is important to use fine mother glass powder with a particle size of 200 mesh or less. be. Furthermore, if the volume percentage of zirconia ceramic to be composited is less than 5%, no improvement in mechanical strength can be expected by the composite, and if it is more than 50%, sinterability will deteriorate, and no improvement in mechanical strength can be expected. The biocompatibility of crystallized glass cannot be fully utilized. Therefore, the amount of zirconia ceramic added is limited to 5 to 50% by volume of the base glass. According to the method of the present invention, a mother glass powder having a particle size of 200 mesh or less and zirconia ceramic are mixed by any known means, and further molded into a desired shape by a known means, and then the molded body is formed from the glass/zirconia ceramic. It is heat-treated in the sintering temperature range of the zirconia ceramic mixed powder, and then heat-treated in the temperature range where apatite crystals and alkaline earth silicate crystals precipitate. The former heat treatment is important for obtaining composite crystallized glass with low porosity and high mechanical strength, and the latter heat treatment is important for precipitating apatite crystals and alkaline earth silicate crystals from the glass. The sintering temperature range can be determined by heating a molded body of glass/zirconia ceramic mixed powder at a constant rate and measuring the thermal contraction during the heating.
The sintering temperature range is from the start temperature to the end temperature of thermal contraction. Further, the precipitation temperature range of apatite crystals and alkaline earth silicate crystals is determined by differential thermal analysis of a glass/zirconia ceramic mixture. X of glass/zirconia ceramic mixed powder heat treated at the temperature of the exothermic peak in the differential thermal analysis curve
By analyzing the line diffraction data, precipitated crystals corresponding to each exothermic peak are identified, and the range from the exothermic temperature to the end temperature of the exothermic peak is defined as the precipitation temperature range of each crystal. Any known heat treatment method may be used, including hot press and HIP (hot isostatic pressing).
When used, sintering is further promoted, pores are reduced, and a product with greater mechanical strength can be obtained. The zirconia ceramic mixed with the mother glass is
Either commercially available stabilized zirconia or partially stabilized zirconia may be used, or both may be used in combination. The reason why crystallized glass is strengthened by blending zirconia ceramics is that when stabilized zirconia is used, compressive stress is applied to crystallized glass due to the difference in thermal expansion coefficient between crystallized glass and stabilized zirconia particles. Therefore, it is desirable that the thermal expansion coefficient of the crystallized glass is comparable to or smaller than that of the stabilized zirconia. In the case of using partially stabilized zirconia, this is thought to be due to martensitic transformation of zirconia. Naturally, when both stabilized zirconia and partially stabilized zirconia are used together, the reinforcing effects of both are simultaneously expressed. The zirconia ceramic mixed with the mother glass is
It may be in the form of powder or fiber (including whiskers). When powdered zirconia ceramic is used, the crystallized glass is strengthened as described above, and when fiber-formed zirconia ceramic is used, in addition to the above-mentioned strengthened crystallized glass, the fibers bear the stress applied to the material. Therefore, further improvement in mechanical strength can be expected. Therefore, crystallized glass can be strengthened even when a mixture of powder and fiber zirconia ceramics is used. However, if the zirconia ceramic to be mixed is a powder, the particle size of the powder must be 200 mesh or less.
If the zirconia ceramic powder is larger than 200 meshes, pores tend to remain in the sintered body, making it impossible to obtain an inorganic biomaterial with high mechanical strength. In other words,
In order to obtain a composite material in which zirconia ceramic is uniformly dispersed in crystallized glass with few pores and crystals uniformly precipitated from the glass, fine glass powder with a particle size of 200 mesh or less and zirconia ceramic fine powder with a particle size of 200 mesh or less are used. It is important to use [Example] Using oxides, carbonates, phosphates, hydrates, fluorides, etc. as raw materials, a batch of glass corresponding to the composition shown in the following table was prepared, and this was placed in a platinum crucible and heated to 1450 ml. Melt at ~1550°C for 1 hour. Next, the melt was poured into water to be rapidly cooled, dried, and then placed in a ball mill and ground to a particle size of 20 μm or less. A commercially available powdered or fibrous zirconia ceramic was added to the mixture, followed by wet mixing using a ball mill for several hours and drying. The resulting mixture was placed in a graphite mold, heated from room temperature to 1150°C at a constant temperature increase rate of 3°C/min while applying a pressure of 300 kg/ cm2 , and held at 1150°C for 2 hours to sinter the molded product. The mixture was fused and crystallized. Thereafter, it was cooled to room temperature in a furnace to obtain a composite material. The fracture surface of each composite material manufactured in this way is
When observed with SEM, all had dense structures with few pores. Furthermore, these composite materials were crushed and the precipitated crystal phase was identified by powder X-ray diffraction. Furthermore, the composite material was processed into a round bar with a diameter of 3 to 5 mm using a No. 300 diamond grindstone, and a three-point bending strength test was conducted. The glass composition, the type of zirconia ceramic, the amount of zirconia ceramic blended (volume percentage relative to glass), the precipitated crystal phase, and the three-point bending strength are shown in the following table. As is clear from the table, the inorganic biomaterial of the present invention has a high bending strength of 2300 to 3300 Kg/cm 2 .

【表】【table】

【表】【table】

【表】【table】

【表】【table】

【表】 [発明の効果] 本発明の無機生体材料は骨と化学的に結合する
のに必要なCaOとP2O5を含有し、しかも2300〜
3300Kg/cm2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。
[Table] [Effects of the invention] The inorganic biomaterial of the present invention contains CaO and P 2 O 5 necessary for chemically bonding with bone, and moreover
Since it has a very high bending strength of 3300 Kg/cm 2 , it is extremely useful as a biomaterial for artificial bones and artificial tooth roots.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 重量百分率で CaO 12〜56 P2O5 1〜27 SiO2 22〜50 MgO 0〜34 Al2O3 0〜25 K2O 0〜10 Li2O 0〜10 Na2O 0〜10 TiO2 0〜10 ZrO2 0〜10 SrO 0〜10 Nb2O5 0〜10 Ta2O5 0〜10 B2O3 0〜10 F2 0〜5 Y2O3 0〜5 の範囲で上記成分を含有し、CaO、P2O5、SiO2
MgO及びAl2O3の含有量合計が90%以上である組
成を有する結晶化ガラスと、ジルコニアセラミツ
クとの複合材料であつて、前記結晶化ガラス中に
前記ジルコニアセラミツクが分散されていること
を特徴とする無機生体材料。 2 特許請求の範囲第1項記載の結晶化ガラスが
アパタイト結晶と、ウオラストナイト、ジオプサ
イド、フオルステライト、オケルマナイト及びア
ノルサイトから選ばれるアルカリ土類ケイ酸塩結
晶の一種または二種以上を含有することを特徴と
する無機生体材料。 3 重量百分率で CaO 12〜56 P2O5 1〜27 SiO2 22〜50 MgO 0〜34 Al2O3 0〜25 K2O 0〜10 Li2O 0〜10 Na2O 0〜10 TiO2 0〜10 ZrO2 0〜10 SrO 0〜10 Nb2O5 0〜10 Ta2O5 0〜10 B2O3 0〜10 F2 0〜5 Y2O3 0〜5 の範囲で上記成分を含有し、CaO、P2O5、SiO2
MgO及びAl2O3の含有量合計が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に、ジ
ルコニアセラミツクを体積百分率で5〜50%均一
に混合し、この混合物を所定の形に成型した後
に、この成型体を焼結し、前記ガラスからアパタ
イト結晶と、ウオラストナイト、ジオプサイド、
フオルステライト、オケルマナイト及びアノルサ
イトから選ばれるアルカリ土類ケイ酸塩結晶の一
種または二種以上が析出する温度域で熱処理する
ことを特徴とする無機生体材料の製造方法。 4 ジルコニアセラミツクの形状が、粉末及び/
又はフアイバであることを特徴とする特許請求の
範囲第3項記載の無機生体材料の製造方法。 5 ジルコニアセラミツクの粒径が200メツシユ
以下であることを特徴とする特許請求の範囲第3
項記載の無機生体材料の製造方法。
[Claims] 1 By weight percentage CaO 12-56 P 2 O 5 1-27 SiO 2 22-50 MgO 0-34 Al 2 O 3 0-25 K 2 O 0-10 Li 2 O 0-10 Na 2 O 0 ~ 10 TiO 2 0 ~ 10 ZrO 2 0 ~ 10 SrO 0 ~ 10 Nb 2 O 5 0 ~ 10 Ta 2 O 5 0 ~ 10 B 2 O 3 0 ~ 10 F 2 0 ~ 5 Y 2 O 3 0 Contains the above components in the range of 5 to 5, including CaO, P 2 O 5 , SiO 2 ,
A composite material of zirconia ceramic and crystallized glass having a composition in which the total content of MgO and Al 2 O 3 is 90% or more, wherein the zirconia ceramic is dispersed in the crystallized glass. Characteristic inorganic biomaterials. 2. The crystallized glass according to claim 1 contains an apatite crystal and one or more alkaline earth silicate crystals selected from wollastonite, diopside, forsterite, okermanite, and anorsite. An inorganic biomaterial characterized by 3 In weight percentage CaO 12-56 P 2 O 5 1-27 SiO 2 22-50 MgO 0-34 Al 2 O 3 0-25 K 2 O 0-10 Li 2 O 0-10 Na 2 O 0-10 TiO 2 0~10 ZrO 2 0 ~10 SrO 0~10 Nb 2 O 5 0~10 Ta 2 O 5 0~10 B 2 O 3 0~10 F 2 0~5 Y 2 O 3 Above in the range of 0~5 Contains components such as CaO, P 2 O 5 , SiO 2 ,
Zirconia ceramic is uniformly mixed at a volume percentage of 5 to 50% into glass powder of 200 mesh or less with a composition in which the total content of MgO and Al 2 O 3 is 90% or more, and this mixture is molded into a predetermined shape. After that, this molded body is sintered, and apatite crystals, wollastonite, diopside,
1. A method for producing an inorganic biomaterial, characterized by heat treatment in a temperature range where one or more types of alkaline earth silicate crystals selected from forsterite, okermanite, and anorsite are precipitated. 4 The shape of zirconia ceramic is powder and/or
4. The method for producing an inorganic biomaterial according to claim 3, wherein the inorganic biomaterial is a fiber. 5 Claim 3, characterized in that the particle size of the zirconia ceramic is 200 mesh or less
The method for producing the inorganic biomaterial described in Section 1.
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