JPH07232931A - ガラスセラミック生体材料およびその製造方法 - Google Patents
ガラスセラミック生体材料およびその製造方法Info
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- JPH07232931A JPH07232931A JP6206717A JP20671794A JPH07232931A JP H07232931 A JPH07232931 A JP H07232931A JP 6206717 A JP6206717 A JP 6206717A JP 20671794 A JP20671794 A JP 20671794A JP H07232931 A JPH07232931 A JP H07232931A
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL 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
- C03C10/00—Devitrified 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
- C03C10/16—Halogen containing crystalline phase
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 従来の生体ガラスセラミックより優れた機械
強さと靭性値を有する生体ガラスセラミックを提供す
る。 【構成】 酸化物基準の重量％で計算して、42−70％の
ＳｉＯ2 、20−30％のＣａＯ、６−12％のＮａ2 Ｏ、３
−10％のＫ2 Ｏ、２−13％のＰ2 Ｏ5 、および３−11％
のＦから実質的になる組成を有するガラスを溶融する。
このガラスをそのガラス転移温度より低い温度範囲まで
冷却する。冷却したガラスに、主結晶相としてのＦ−カ
ナサイト結晶相および第２の結晶相としてのＦ−リン灰
石結晶相を形成させるのに十分な時間に亘り、ガラス転
移温度範囲より高いが950 ℃を越えない温度の熱処理を
施す。
強さと靭性値を有する生体ガラスセラミックを提供す
る。 【構成】 酸化物基準の重量％で計算して、42−70％の
ＳｉＯ2 、20−30％のＣａＯ、６−12％のＮａ2 Ｏ、３
−10％のＫ2 Ｏ、２−13％のＰ2 Ｏ5 、および３−11％
のＦから実質的になる組成を有するガラスを溶融する。
このガラスをそのガラス転移温度より低い温度範囲まで
冷却する。冷却したガラスに、主結晶相としてのＦ−カ
ナサイト結晶相および第２の結晶相としてのＦ−リン灰
石結晶相を形成させるのに十分な時間に亘り、ガラス転
移温度範囲より高いが950 ℃を越えない温度の熱処理を
施す。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はカナサイト結晶相および
リン灰石結晶相を含有するガラスセラミック生体材料に
関するものである。
リン灰石結晶相を含有するガラスセラミック生体材料に
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】ガラスセラミックは米国特許第2,920,97
1 号以来知られており、調理器具、ベークウェア（bake
ware）、卓上用器具、平らな調理蓋（cooktop ）等のよ
うな製品に用いられている。
1 号以来知られており、調理器具、ベークウェア（bake
ware）、卓上用器具、平らな調理蓋（cooktop ）等のよ
うな製品に用いられている。
【０００３】Ｌｉ2 Ｏ−ＺｎＯ−ＳｉＯ2 ガラスセラミ
ックを生体材料（義歯）として使用することが、英国歯
科ジャーナル、124 ：361 −365 （1968）の「歯科セラ
ミックにおける進歩」において最初に提案された。
ックを生体材料（義歯）として使用することが、英国歯
科ジャーナル、124 ：361 −365 （1968）の「歯科セラ
ミックにおける進歩」において最初に提案された。
【０００４】リン灰石結晶相、第２の結晶相および残り
のガラス相を有し、大部分はリン（phosphorus）を含有
している生体活性（bio-active）ガラスセラミックがい
くつかの特許に開示されている。リン灰石−金雲母およ
びリン灰石−ケイ灰石がヨーロッパと日本において臨床
的に用いられている。フロリダ大学においてＬ．ヘンチ
等は、骨とガラスの間にイン ビボで強い結合を形成す
ることを試みた。それには、ヒドロキシカルボネート
リン灰石（ＨＣＡ）層を形成することが必要である。
のガラス相を有し、大部分はリン（phosphorus）を含有
している生体活性（bio-active）ガラスセラミックがい
くつかの特許に開示されている。リン灰石−金雲母およ
びリン灰石−ケイ灰石がヨーロッパと日本において臨床
的に用いられている。フロリダ大学においてＬ．ヘンチ
等は、骨とガラスの間にイン ビボで強い結合を形成す
ることを試みた。それには、ヒドロキシカルボネート
リン灰石（ＨＣＡ）層を形成することが必要である。
【０００５】米国特許第4,386,162 号および第4,397,67
0 号（ビオール）は、主結晶相としてカナサイト（Ｃａ
5 Ｎａ4 Ｋ2 ［Ｓｉ12Ｏ30］Ｆ4 ）を含有し、例外的に
大きい機械強さおよび破壊靭性を有するガラスセラミッ
クを開示している。
0 号（ビオール）は、主結晶相としてカナサイト（Ｃａ
5 Ｎａ4 Ｋ2 ［Ｓｉ12Ｏ30］Ｆ4 ）を含有し、例外的に
大きい機械強さおよび破壊靭性を有するガラスセラミッ
クを開示している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】リン灰石を含有する既
知の生体活性ガラスセラミックに見られる機械強さおよ
び靭性値より大きい機械強さおよび靭性値を有し、鎖状
ケイ酸塩ガラスセラミックの強さと靭性をリン灰石ガラ
スセラミックの生体活性とを一緒にしたような生体活性
ガラスセラミックを提供することが非常に望ましく、こ
れが本発明の目的である。
知の生体活性ガラスセラミックに見られる機械強さおよ
び靭性値より大きい機械強さおよび靭性値を有し、鎖状
ケイ酸塩ガラスセラミックの強さと靭性をリン灰石ガラ
スセラミックの生体活性とを一緒にしたような生体活性
ガラスセラミックを提供することが非常に望ましく、こ
れが本発明の目的である。
【０００７】米国特許第3,981,736 号、第4,643,982
号、第4,652,534 号、第4,775,646 号、第4,536,480 号
および第4,536,481 号は、カナサイトとリン灰石の混合
ガラスセラミックを開示していないのみならず、生体材
料としてのカナサイトも開示していない。
号、第4,652,534 号、第4,775,646 号、第4,536,480 号
および第4,536,481 号は、カナサイトとリン灰石の混合
ガラスセラミックを開示していないのみならず、生体材
料としてのカナサイトも開示していない。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、物理的特性と
して、25,000ｐｓｉ（172 ＭＰａ）より大きい曲げ強さ
と、2.5 ＭＰａ・ｍ1/2 （2.3 Ｋｐｓｉ×ｉｎ1/2 ）よ
り大きい破壊靭性とを有し、構造的な特徴として、Ｆ−
カナサイトの主結晶相と、Ｆ−リン灰石の第２の結晶
と、残りのガラス質とを有し、結晶相構造が組み合うＦ
−カナサイトブレード（blade ）内に少なくともＦ−リ
ン灰石結晶の一部がある組み合うＦ−カナサイトブレー
ドを含むガラスセラミック生体材料を提供する。
して、25,000ｐｓｉ（172 ＭＰａ）より大きい曲げ強さ
と、2.5 ＭＰａ・ｍ1/2 （2.3 Ｋｐｓｉ×ｉｎ1/2 ）よ
り大きい破壊靭性とを有し、構造的な特徴として、Ｆ−
カナサイトの主結晶相と、Ｆ−リン灰石の第２の結晶
と、残りのガラス質とを有し、結晶相構造が組み合うＦ
−カナサイトブレード（blade ）内に少なくともＦ−リ
ン灰石結晶の一部がある組み合うＦ−カナサイトブレー
ドを含むガラスセラミック生体材料を提供する。
【０００９】本発明はさらに、Ｆ−カナサイト結晶およ
びＦ−リン灰石結晶を含有するガラスセラミックにセラ
ミック化できるガラスであって、酸化物基準の重量パー
セントで表して、42−70％のＳｉＯ2 、20−30％のＣａ
Ｏ、６−12％のＮａ2 Ｏ、３−10％のＫ2 Ｏ、２−13％
のＰ2 Ｏ5 、３−11％のＦ、０−３％のＢ2 Ｏ3 、０−
５％のＡｌ2 Ｏ3 、および０−６％のＺｒＯ2 から実質
的になるガラスを提供する。
びＦ−リン灰石結晶を含有するガラスセラミックにセラ
ミック化できるガラスであって、酸化物基準の重量パー
セントで表して、42−70％のＳｉＯ2 、20−30％のＣａ
Ｏ、６−12％のＮａ2 Ｏ、３−10％のＫ2 Ｏ、２−13％
のＰ2 Ｏ5 、３−11％のＦ、０−３％のＢ2 Ｏ3 、０−
５％のＡｌ2 Ｏ3 、および０−６％のＺｒＯ2 から実質
的になるガラスを提供する。
【００１０】本発明は、一回分を計り取り、溶融させて
比較的安定なガラスを生成するガラス組成物の一群を発
見したことに基づくものである。本発明はさらに、その
ように生成されたガラスはセラミック化され（すなわ
ち、その場で熱的に結晶化され）、ガラスセラミック生
体材料を生成できることを発見したことに基づくもので
ある。
比較的安定なガラスを生成するガラス組成物の一群を発
見したことに基づくものである。本発明はさらに、その
ように生成されたガラスはセラミック化され（すなわ
ち、その場で熱的に結晶化され）、ガラスセラミック生
体材料を生成できることを発見したことに基づくもので
ある。
【００１１】これらの材料は、主結晶相であるＦ−カナ
サイト、第２の結晶相であるＦ−リン灰石、および残り
のガラス相またはマトリックスを有する。Ｆ−リン灰石
の化学式は、Ｃａ5 （ＰＯ4 ）3 Ｆである。フッ素が、
天然のリン灰石に従来存在するヒドロキシル基を置換し
ている。さらに、ガラスセラミックは少量のクリストバ
ライトを含有していてもよい。ガラスは、一般的にＣａ
Ｆ2 およびＰ2 Ｏ5 の存在に依存して、内部で核形成さ
れる。
サイト、第２の結晶相であるＦ−リン灰石、および残り
のガラス相またはマトリックスを有する。Ｆ−リン灰石
の化学式は、Ｃａ5 （ＰＯ4 ）3 Ｆである。フッ素が、
天然のリン灰石に従来存在するヒドロキシル基を置換し
ている。さらに、ガラスセラミックは少量のクリストバ
ライトを含有していてもよい。ガラスは、一般的にＣａ
Ｆ2 およびＰ2 Ｏ5 の存在に依存して、内部で核形成さ
れる。
【００１２】本発明のガラス組成物の群は、重量パーセ
ントで表して、42−70％のＳｉＯ2、、２−13％のＰ2
Ｏ5 、20−30％のＣａＯ、６−12％のＮａ2 Ｏ、３−10
％のＫ2 Ｏ、３−11％のＦ、０−３％のＢ2 Ｏ3 、０−
５％のＡｌ2 Ｏ3 、および０−６％のＺｒＯ2 から実質
的になる。
ントで表して、42−70％のＳｉＯ2、、２−13％のＰ2
Ｏ5 、20−30％のＣａＯ、６−12％のＮａ2 Ｏ、３−10
％のＫ2 Ｏ、３−11％のＦ、０−３％のＢ2 Ｏ3 、０−
５％のＡｌ2 Ｏ3 、および０−６％のＺｒＯ2 から実質
的になる。
【００１３】ガラス溶融物は、バッチを配合して混合
し、そのバッチを溶融し、溶融物を注いで冷却すること
により、従来の方法で調製する。冷却した溶融物は、３
つの要因、すなわち、Ｐ2 Ｏ5 の含有量、Ｆの含有量お
よび冷却速度に主として依存して、透明体、乳白色体、
部分的結晶化体、といった形態をとり得る。通常理解さ
れていることだが、ガラス溶融物を急速に冷却すると、
乳白色相または乳白色結晶が形成される傾向が減少す
る。したがって、溶融物を冷水中に注いで（すなわち、
ガラスをドリゲージング（drigage ）して）、ほぼ瞬時
の冷却を行うことが通常慣習的である。
し、そのバッチを溶融し、溶融物を注いで冷却すること
により、従来の方法で調製する。冷却した溶融物は、３
つの要因、すなわち、Ｐ2 Ｏ5 の含有量、Ｆの含有量お
よび冷却速度に主として依存して、透明体、乳白色体、
部分的結晶化体、といった形態をとり得る。通常理解さ
れていることだが、ガラス溶融物を急速に冷却すると、
乳白色相または乳白色結晶が形成される傾向が減少す
る。したがって、溶融物を冷水中に注いで（すなわち、
ガラスをドリゲージング（drigage ）して）、ほぼ瞬時
の冷却を行うことが通常慣習的である。
【００１４】乳白色化の傾向、または結晶を形成する傾
向は、Ｐ2 Ｏ5 の含有量とともに増加する。乳白色ガラ
スをもたらす相分離は2.5 ％ほどの少ない量のＰ2 Ｏ5
を含有するガラスにおいてそのガラスが冷却されるとき
に生じ得るが、急冷を行えば約８％までのＰ2 Ｏ5 を含
有するガラスにおいて相分離を生じないようにすること
もできる。ところで、８重量％を越えるＰ2 Ｏ5 を含有
するガラスは常に、冷却に際してリン灰石の結晶を形成
する傾向にある。しかしながら、結晶が十分に分散して
いるので、Ｐ2 Ｏ5 の含有量が約13重量％に達するま
で、結晶が後に続く強いガラスセラミックへのセラミッ
ク化を妨害しないようである。
向は、Ｐ2 Ｏ5 の含有量とともに増加する。乳白色ガラ
スをもたらす相分離は2.5 ％ほどの少ない量のＰ2 Ｏ5
を含有するガラスにおいてそのガラスが冷却されるとき
に生じ得るが、急冷を行えば約８％までのＰ2 Ｏ5 を含
有するガラスにおいて相分離を生じないようにすること
もできる。ところで、８重量％を越えるＰ2 Ｏ5 を含有
するガラスは常に、冷却に際してリン灰石の結晶を形成
する傾向にある。しかしながら、結晶が十分に分散して
いるので、Ｐ2 Ｏ5 の含有量が約13重量％に達するま
で、結晶が後に続く強いガラスセラミックへのセラミッ
ク化を妨害しないようである。
【００１５】ガラスの熱結晶化は、１段階、または２段
階の処理であってもよい。２段階処理には、比較的低温
での初期核形成とそれに続く高温での結晶化段階が含ま
れる。初期核形成段階は、最終的に結晶化することにな
る多くの部位を形成する傾向がある。このためにより細
かい結晶の成長がうながされる。
階の処理であってもよい。２段階処理には、比較的低温
での初期核形成とそれに続く高温での結晶化段階が含ま
れる。初期核形成段階は、最終的に結晶化することにな
る多くの部位を形成する傾向がある。このためにより細
かい結晶の成長がうながされる。
【００１６】より細かい結晶はまた、その組成中にリン
（phosphorous ）を多く含有するガラスでも得られる。
溶融中に、そのようなガラスは、シリカが豊富な相とリ
ン酸塩が豊富な相に相分離する傾向がある。リン酸塩が
豊富な相は、小さな、よく分散したＦ−リン灰石結晶を
形成する。
（phosphorous ）を多く含有するガラスでも得られる。
溶融中に、そのようなガラスは、シリカが豊富な相とリ
ン酸塩が豊富な相に相分離する傾向がある。リン酸塩が
豊富な相は、小さな、よく分散したＦ−リン灰石結晶を
形成する。
【００１７】本発明の組成物系のガラスは自己核形成さ
れる（self-nucleated）ので、そのようなガラスには一
般的に核形成だけを目的としてＴｉＯ2 のような成分を
添加する必要はない。自己核形成剤は、組成物の組成に
応じて、Ｐ2 Ｏ5 またはＣａＦ2 もしくはその両方であ
ってもよい。
れる（self-nucleated）ので、そのようなガラスには一
般的に核形成だけを目的としてＴｉＯ2 のような成分を
添加する必要はない。自己核形成剤は、組成物の組成に
応じて、Ｐ2 Ｏ5 またはＣａＦ2 もしくはその両方であ
ってもよい。
【００１８】したがって、核形成には２つの様式があ
る。１つの様式は、Ｐ2 Ｏ5 の核形成に通常依存するも
のであり、比較的リン酸塩の含有量が多いガラスにおい
て行われる。もう一方の様式は、ＣａＦ2 が主要な核形
成剤となる場合のＰ2 Ｏ5 の含有量が少ないガラスにお
いて行われるものである。
る。１つの様式は、Ｐ2 Ｏ5 の核形成に通常依存するも
のであり、比較的リン酸塩の含有量が多いガラスにおい
て行われる。もう一方の様式は、ＣａＦ2 が主要な核形
成剤となる場合のＰ2 Ｏ5 の含有量が少ないガラスにお
いて行われるものである。
【００１９】結晶化は、550 ℃で数時間から、950 ℃で
１時間未満（例えば、685 ℃−950℃で４時間から30分
間）までに亘る時間−温度サイクルで行われている。最
も好ましいのは、１段階処理として、850 ℃で１時間の
サイクルである。２段階処理については、585 ℃から63
5 ℃までの範囲の温度で２時間の核形成、それに続く90
0 ℃から950 ℃までの範囲の温度で２時間の結晶化が好
ましい。
１時間未満（例えば、685 ℃−950℃で４時間から30分
間）までに亘る時間−温度サイクルで行われている。最
も好ましいのは、１段階処理として、850 ℃で１時間の
サイクルである。２段階処理については、585 ℃から63
5 ℃までの範囲の温度で２時間の核形成、それに続く90
0 ℃から950 ℃までの範囲の温度で２時間の結晶化が好
ましい。
【００２０】Ｐ2 Ｏ5 の含有量が多いガラスには、核形
成を行なうための所定温度での保持時間（nucleation h
old time）がほとんどまたはまったく必要ない。そのガ
ラスは固体状態のときにはすでに部分的に結晶化および
／または相分離している。そして、結晶化スケジュール
は組成に依存的であり、特にＰ2 Ｏ5 含有量に依存的で
あるのが明らかである。
成を行なうための所定温度での保持時間（nucleation h
old time）がほとんどまたはまったく必要ない。そのガ
ラスは固体状態のときにはすでに部分的に結晶化および
／または相分離している。そして、結晶化スケジュール
は組成に依存的であり、特にＰ2 Ｏ5 含有量に依存的で
あるのが明らかである。
【００２１】
【実施例】以下、図面に示す実施例に基づいて本発明を
詳細に説明する。
詳細に説明する。
【００２２】図１は、後に記載する表Ｉの実施例１４に
示した組成を有するガラスの破壊してエッチングした表
面を示している。そのガラスは、均一に分散しているよ
うに見える２種類の小滴相が存在する乳白色ガラスであ
る。大きい方の相を形成している小滴は直径で0.1 ミク
ロンから0.2 ミクロンまでである。これらの小滴は、六
方晶のＦ−リン灰石結晶であると考えられている。小さ
い方の小滴は、直径で約0.03ミクロンであり、リン酸塩
が豊富なノジュール（nodule）であると考えられてい
る。
示した組成を有するガラスの破壊してエッチングした表
面を示している。そのガラスは、均一に分散しているよ
うに見える２種類の小滴相が存在する乳白色ガラスであ
る。大きい方の相を形成している小滴は直径で0.1 ミク
ロンから0.2 ミクロンまでである。これらの小滴は、六
方晶のＦ−リン灰石結晶であると考えられている。小さ
い方の小滴は、直径で約0.03ミクロンであり、リン酸塩
が豊富なノジュール（nodule）であると考えられてい
る。
【００２３】ガラスを850 ℃の温度まで加熱し、冷却前
に１時間に亘りその温度で保持することにより、そのガ
ラスを結晶化させた。図２は、そのようにして製造した
ガラスセラミックの破壊してエッチングした表面を示し
ている。
に１時間に亘りその温度で保持することにより、そのガ
ラスを結晶化させた。図２は、そのようにして製造した
ガラスセラミックの破壊してエッチングした表面を示し
ている。
【００２４】セラミック化されたミクロ構造には、Ｆ−
カナサイトの大きな相互貫入ブレード（interpenetrati
ng blades ）が多く存在するのが分かる。Ｆ−カナサイ
ト構造内、並びに間入型ガラス（interstitial glass）
中に散在しているのは、Ｆ−リン灰石の短い六方晶微結
晶および球晶である。
カナサイトの大きな相互貫入ブレード（interpenetrati
ng blades ）が多く存在するのが分かる。Ｆ−カナサイ
ト構造内、並びに間入型ガラス（interstitial glass）
中に散在しているのは、Ｆ−リン灰石の短い六方晶微結
晶および球晶である。
【００２５】下記の表Ｉは、本発明の範囲および境界を
決定する過程で溶融し研究したいくつかのガラスの組成
を酸化物基準の重量％で表したものである。その組成を
Ｐ2 O5 含有量の増加する順に配列してある。ガラス溶融
物を注いで作成した試験片の外観もまた示されている。
決定する過程で溶融し研究したいくつかのガラスの組成
を酸化物基準の重量％で表したものである。その組成を
Ｐ2 O5 含有量の増加する順に配列してある。ガラス溶融
物を注いで作成した試験片の外観もまた示されている。
【００２６】これらのガラスをセラミック化して、Ｆ−
カナサイト結晶相およびＦ−リン灰石結晶相ならびに残
りのガラス相を有するガラスセラミックを作成すること
ができる。実施例２０および実施例２１は、約13％より
多いＰ2 Ｏ5 を含有するガラスを用いた結果を示すため
に記載してある。これらのガラスは、非常に過酷な結晶
化が生じたため、セラミック化して本発明の範囲内の有
用なガラスセラミック材料を形成できなかった。
カナサイト結晶相およびＦ−リン灰石結晶相ならびに残
りのガラス相を有するガラスセラミックを作成すること
ができる。実施例２０および実施例２１は、約13％より
多いＰ2 Ｏ5 を含有するガラスを用いた結果を示すため
に記載してある。これらのガラスは、非常に過酷な結晶
化が生じたため、セラミック化して本発明の範囲内の有
用なガラスセラミック材料を形成できなかった。
【００２７】
【表１】
【００２８】各々の組成に対応するバッチを配合し、混
合した。使用したバッチ材料としては、砂、リン酸モノ
カルシウム、炭酸カルシウム、炭酸ナトリウム、炭酸カ
リウム、フッ化カルシウム、アルミナ、リン酸ホウ素お
よび炭酸マグネシウムが挙げられる。各々の組成物の10
00グラム（2.2 ポンド）のバッチを蓋付の白金るつぼ内
で３時間に亘り1450℃で溶融し、溶融物を水中に注ぎ入
れた。得られたガラスを乾燥させ、1450℃で１時間に亘
り再溶融しガラス中の脈理（cord）を減少させた。再溶
融したガラスを6.4 ｍｍ（1/4 インチ）厚のパティ中に
注ぎ入れ、520℃でアニールした。
合した。使用したバッチ材料としては、砂、リン酸モノ
カルシウム、炭酸カルシウム、炭酸ナトリウム、炭酸カ
リウム、フッ化カルシウム、アルミナ、リン酸ホウ素お
よび炭酸マグネシウムが挙げられる。各々の組成物の10
00グラム（2.2 ポンド）のバッチを蓋付の白金るつぼ内
で３時間に亘り1450℃で溶融し、溶融物を水中に注ぎ入
れた。得られたガラスを乾燥させ、1450℃で１時間に亘
り再溶融しガラス中の脈理（cord）を減少させた。再溶
融したガラスを6.4 ｍｍ（1/4 インチ）厚のパティ中に
注ぎ入れ、520℃でアニールした。
【００２９】選択したガラスの試験片を、好ましい熱処
理スケジュールに基づいてガラスセラミックに転化させ
た。ガラスセラミック中の結晶相を、Ｘ線回折模様によ
り測定した。表２は、熱処理スケジュール（℃／時間）
および観察した結晶相を記載している。
理スケジュールに基づいてガラスセラミックに転化させ
た。ガラスセラミック中の結晶相を、Ｘ線回折模様によ
り測定した。表２は、熱処理スケジュール（℃／時間）
および観察した結晶相を記載している。
【００３０】
【表２】
【００３１】組成物のＰ2 Ｏ5 の含有量が少ない場合の
最適な結晶成長には、２段階セラミック化スケジュール
（核形成および結晶化）が好ましい。Ｐ2 Ｏ5 の含有量
が多い組成物の場合、ほとんど差が認められない。結晶
の粒径もまた結晶化温度に依存するものである。
最適な結晶成長には、２段階セラミック化スケジュール
（核形成および結晶化）が好ましい。Ｐ2 Ｏ5 の含有量
が多い組成物の場合、ほとんど差が認められない。結晶
の粒径もまた結晶化温度に依存するものである。
【００３２】実施例６のガラスの試験片に、様々な異な
る熱処理スケジュールを施して、粒径と強度への影響を
調べた。各々の処理において、ガラスを様々な時間に亘
り585 ℃から635 ℃までの範囲の温度で核形成させた。
核形成処理に続いて、685 ℃から1000℃までに及ぶ温度
範囲で２時間の結晶化熱処理を行った。
る熱処理スケジュールを施して、粒径と強度への影響を
調べた。各々の処理において、ガラスを様々な時間に亘
り585 ℃から635 ℃までの範囲の温度で核形成させた。
核形成処理に続いて、685 ℃から1000℃までに及ぶ温度
範囲で２時間の結晶化熱処理を行った。
【００３３】表３は、時間で表した核形成時間、℃で表
した結晶化温度、目視したセラミック化ガラスの粒径、
および研磨棒の４点折曲法（4 point bend method on a
braded bars ）により測定したＭＰａ（Ｋｐｓｉ）の単
位で表した破壊係数を示している。
した結晶化温度、目視したセラミック化ガラスの粒径、
および研磨棒の４点折曲法（4 point bend method on a
braded bars ）により測定したＭＰａ（Ｋｐｓｉ）の単
位で表した破壊係数を示している。
【００３４】
【表３】
【００３５】表１の内の４つのガラスを１時間に亘り85
0 ℃で加熱することによりセラミック化させた。粒径お
よび強度を表３のようにして測定した。
0 ℃で加熱することによりセラミック化させた。粒径お
よび強度を表３のようにして測定した。
【００３６】
【表４】
【００３７】Ｆ−カナサイト結晶相およびＦ−リン灰石
結晶相を有する本発明のガラスセラミックの優れた物理
的特性を説明するために、表５は、ガラス１４および６
から調製したガラスセラミックと３つの市販製品（２つ
は、リン灰石−ケイ灰石組成物（Ａ−Ｗ）であり、１つ
はリン灰石−金雲母組成物である（Ａ−Ｐ））を比較す
るデータを示している。表５Ａは、メートル法で表した
データを示し、表５Ｂは米国単位で表したデータを示し
ている。
結晶相を有する本発明のガラスセラミックの優れた物理
的特性を説明するために、表５は、ガラス１４および６
から調製したガラスセラミックと３つの市販製品（２つ
は、リン灰石−ケイ灰石組成物（Ａ−Ｗ）であり、１つ
はリン灰石−金雲母組成物である（Ａ−Ｐ））を比較す
るデータを示している。表５Ａは、メートル法で表した
データを示し、表５Ｂは米国単位で表したデータを示し
ている。
【００３８】
【表５】
【００３９】表１のガラス６から調製したガラスセラミ
ックの試験片を、生体適合性について試験した。その結
果、細胞毒性がなく、溶出試験（ＵＳＰ ＸＸＩＩ）の
必要条件を満たすことが分かった。さらに、研磨した試
験片を２週間に亘り37℃の疑似体液（simulated body f
luid）中に配置した。ＳＥＭおよびＸＲＤの研究によ
り、ＨＣＡの層が研磨表面に形成されたことが分かっ
た。
ックの試験片を、生体適合性について試験した。その結
果、細胞毒性がなく、溶出試験（ＵＳＰ ＸＸＩＩ）の
必要条件を満たすことが分かった。さらに、研磨した試
験片を２週間に亘り37℃の疑似体液（simulated body f
luid）中に配置した。ＳＥＭおよびＸＲＤの研究によ
り、ＨＣＡの層が研磨表面に形成されたことが分かっ
た。
【００４０】本発明のガラスセラミックは、様々な異な
る形態で用いることのできる生体活性材料である。その
ガラスセラミックを骨のインプラントまたは部分的な置
換物として使用するのに所望な形状に成形するか、また
は他の方法で造型してもよい。ある目的には、多孔性の
基体が望ましい。本発明のガラスは所望の粒径の粉末に
してもよい。次いでそれらを媒質と混合し、標準的な粉
末加工技術により造型してもよい。得られたボディを焼
結して、多孔性のＦ−カナサイト−Ｆ−リン灰石のガラ
スセラミックを製造してもよい。粉末は、複合体の成分
として、すなわち、セメントに、またはフィラーとして
用いてもよい。
る形態で用いることのできる生体活性材料である。その
ガラスセラミックを骨のインプラントまたは部分的な置
換物として使用するのに所望な形状に成形するか、また
は他の方法で造型してもよい。ある目的には、多孔性の
基体が望ましい。本発明のガラスは所望の粒径の粉末に
してもよい。次いでそれらを媒質と混合し、標準的な粉
末加工技術により造型してもよい。得られたボディを焼
結して、多孔性のＦ−カナサイト−Ｆ−リン灰石のガラ
スセラミックを製造してもよい。粉末は、複合体の成分
として、すなわち、セメントに、またはフィラーとして
用いてもよい。
【００４１】カルシウムおよびリン酸化物および／また
はリンフッ化物を含有するあるガラスは表面活性があ
り、骨に対する接着性を促進させる相を生成するかもし
れないことが様々な文献に記載されている。この観点か
ら、本発明のガラスセラミック生体材料における残留ガ
ラス相は非常に重要な役割を果たしているかもしれな
い。アルカリ金属酸化物およびシリカは、生体活性を付
与するためのガラス相に主に存在する活性成分であると
考えられる。しかしながら、ＭｇＯおよびＢ2 Ｏ3のよ
うな少量の他の酸化物は、生体活性を妨害しない程度ま
でガラス質相中に存在していてもよい。
はリンフッ化物を含有するあるガラスは表面活性があ
り、骨に対する接着性を促進させる相を生成するかもし
れないことが様々な文献に記載されている。この観点か
ら、本発明のガラスセラミック生体材料における残留ガ
ラス相は非常に重要な役割を果たしているかもしれな
い。アルカリ金属酸化物およびシリカは、生体活性を付
与するためのガラス相に主に存在する活性成分であると
考えられる。しかしながら、ＭｇＯおよびＢ2 Ｏ3のよ
うな少量の他の酸化物は、生体活性を妨害しない程度ま
でガラス質相中に存在していてもよい。
【図１】ガラスをなす、本発明の典型的な材料の代表的
なミクロ構造を示す倍率３万倍の顕微鏡写真
なミクロ構造を示す倍率３万倍の顕微鏡写真
【図２】ガラスセラミックをなす、本発明の典型的な材
料の代表的なミクロ構造を示す倍率３万倍の顕微鏡写真
料の代表的なミクロ構造を示す倍率３万倍の顕微鏡写真
Claims (10)
- 【請求項１】 物理的特性として、172 ＭＰａより大き
い曲げ強さおよび2.5 ＭＰａ・ｍ1/2 より大きい破壊靭
性を有し、構造的特性として、Ｆ−カナサイトの主結晶
相、Ｆ−リン灰石の第２の結晶相、および残りのガラス
質相を有し、結晶相構造がＦ−カナサイトの組み合うブ
レードを含みこの組み合うＦ−カナサイトブレード内に
少なくともＦ−リン灰石結晶の一部を含むことを特徴と
するガラスセラミック生体材料。 - 【請求項２】 Ｆ−カナサイトの主結晶相とＦ−リン灰
石の第２の結晶相とを有するガラスセラミックに熱的に
転化できるＳｉＯ2 −ＣａＯ−Ｎａ2 Ｏ−Ｋ2 Ｏ−Ｐ2
Ｏ5 −Ｆガラス。 - 【請求項３】 酸化物基準の重量％で計算して、42−70
％のＳｉＯ2 、20−30％のＣａＯ、６−12％のＮａ
2 Ｏ、３−10％のＫ2 Ｏ、２−13％のＰ2 Ｏ5 、および
３−11％のＦから実質的になる組成を有する請求項２記
載のＳｉＯ2 −ＣａＯ−Ｎａ2 Ｏ−Ｋ2 Ｏ−Ｐ2 Ｏ5 −
Ｆガラス。 - 【請求項４】 約８重量％以下のＰ2 Ｏ5 を含有するこ
とを特徴とする請求項３記載のＳｉＯ2 −ＣａＯ−Ｎａ
2 Ｏ−Ｋ2 Ｏ−Ｐ2 Ｏ5 −Ｆガラス。 - 【請求項５】 Ｆ−リン灰石結晶を含みかつ８−13重量
％のＰ2 Ｏ5 を含有することを特徴とする請求項３記載
のＳｉＯ2 −ＣａＯ−Ｎａ2 Ｏ−Ｋ2 Ｏ−Ｐ2 Ｏ5 −Ｆ
ガラス。 - 【請求項６】 ＣａＦ2 またはＰ2 Ｏ5 もしくはその両
方により自己核形成されることを特徴とする請求項２記
載のＳｉＯ2 −ＣａＯ−Ｎａ2 Ｏ−Ｋ2 Ｏ−Ｐ2 Ｏ5 −
Ｆガラス。 - 【請求項７】 Ｆ−カナサイトの主結晶相およびＦ−リ
ン灰石の第２の結晶相を有するガラスセラミック生体材
料を製造する方法であって、 酸化物基準の重量％で計算して、42−70％のＳｉＯ2 、
20−30％のＣａＯ、６−12％のＮａ2 Ｏ、３−10％のＫ
2 Ｏ、２−13％のＰ2 Ｏ5 、および３−11％のＦから実
質的になる組成を有するガラスを溶融し、 該ガラスをそのガラス転移温度より低い温度範囲まで冷
却し、 冷却した該ガラスに、Ｆ−カナサイト結晶相およびＦ−
リン灰石結晶相を形成させるのに十分な時間に亘り、前
記ガラス転移温度範囲より高いが950 ℃を越えない温度
の熱処理を施す、各工程からなることを特徴とする方
法。 - 【請求項８】 前記熱処理が、30分から４時間までの範
囲の期間に亘る、685 ℃から950 ℃までの温度範囲の処
理であることを特徴とする請求項７記載の方法。 - 【請求項９】 前記熱処理が、初期核形成段階とそれに
続くより高温での結晶化段階からなることを特徴とする
請求項７または８記載の方法。 - 【請求項１０】 前記初期核形成段階が585 ℃から635
℃までの範囲の温度条件下にあり、前記結晶化段階が75
0 ℃から950 ℃までの範囲の温度条件下にあることを特
徴とする請求項９記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/114,759 US5336642A (en) | 1993-09-01 | 1993-09-01 | Canasite-apatite glass-ceramics |
| US114759 | 1993-09-01 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07232931A true JPH07232931A (ja) | 1995-09-05 |
Family
ID=22357262
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6206717A Withdrawn JPH07232931A (ja) | 1993-09-01 | 1994-08-31 | ガラスセラミック生体材料およびその製造方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5336642A (ja) |
| EP (1) | EP0641556A1 (ja) |
| JP (1) | JPH07232931A (ja) |
Cited By (1)
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| US6383519B1 (en) * | 1999-01-26 | 2002-05-07 | Vita Special Purpose Corporation | Inorganic shaped bodies and methods for their production and use |
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| US7303817B2 (en) | 2001-10-24 | 2007-12-04 | Weitao Jia | Dental filling material |
| US7204874B2 (en) | 2001-10-24 | 2007-04-17 | Pentron Clinical Technologies, Llc | Root canal filling material |
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| CN103663975B (zh) * | 2013-12-06 | 2016-08-17 | 辽宁红山玉科技有限公司 | 一种低氟微晶玻璃 |
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