JPS6327308B2 - - Google Patents
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- JPS6327308B2 JPS6327308B2 JP57191347A JP19134782A JPS6327308B2 JP S6327308 B2 JPS6327308 B2 JP S6327308B2 JP 57191347 A JP57191347 A JP 57191347A JP 19134782 A JP19134782 A JP 19134782A JP S6327308 B2 JPS6327308 B2 JP S6327308B2
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- apatite
- fiber
- composite
- composite according
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、鉱物系繊維−アパタイト系焼成複合
体に関する。詳しくは、有効量の鉱物系繊維材料
とマトリツクス量のアパタイト(好ましくは水酸
アパタイト)とを含む焼成複合体およびその製法
に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a mineral fiber-apatite fired composite. More particularly, the present invention relates to a fired composite comprising an effective amount of mineral fiber material and a matrix amount of apatite (preferably hydroxyapatite) and a method for making the same.
本発明による焼成複合体は、必須原料として、
本質的に補強材としての鉱物系繊維材料およびマ
トリツクス材としての低温度にて焼成した焼結ア
パタイトから構成されるものである。該原料に関
して、鉱物系繊維は工業原料として各種のものが
開発されそして市販されている。従来、複合材の
強化材としての例えばガラス繊維の用途は、特殊
な有機合成樹脂材料との重(縮)合硬化複合材に
主に指向されてきた。アパタイト原料としては、
水酸アパタイト、炭酸アパタイト、フツ素アパタ
イトおよび塩素アパタイトが代表的に挙げられ
る。これらのアパタイトそして特に水酸アパタイ
トの高温度焼成法が提案されてきた。しかし、一
般的に従来の高温単独焼結体は、それらの焼結体
結晶構造等に原因して、各強度(特に衝撃および
曲げ)および粗大な空孔等に問題があつた。例え
ば、水酸アパタイトの単独焼結法としては、湿式
または、乾式法によつて製造した水酸アパタイト
を、非加圧または加圧下に1200℃±100℃程度で
焼結する各方法が知られている。しかし、水酸ア
パタイトを本発明におけるようにマトリツクス材
として比較的低温にて焼成して使用することに
は、本質的に成功していないようである。また、
別途に単独焼成したアパタイトを骨材として有機
樹脂マトリツクス中に分散硬化せしめた非焼成複
合材が提案されている。(例えば特開昭55−50349
号)。 The fired composite according to the present invention has as essential raw materials:
It essentially consists of a mineral fiber material as a reinforcing material and a sintered apatite fired at a low temperature as a matrix material. Regarding the raw materials, various types of mineral fibers have been developed as industrial raw materials and are commercially available. Conventionally, the use of glass fiber, for example, as a reinforcing material for composite materials has been mainly directed to poly(condensation) cured composites with special organic synthetic resin materials. As apatite raw material,
Typical examples include hydroxyapatite, carbonate apatite, fluoroapatite, and chlorapatite. High temperature calcination methods for these apatites and especially hydroxyapatites have been proposed. However, conventional high-temperature single sintered bodies generally have problems with various strengths (particularly impact and bending) and large pores due to the crystal structure of the sintered body. For example, as a method for singly sintering hydroxyapatite, various methods are known in which hydroxyapatite produced by a wet or dry method is sintered at approximately 1200°C ± 100°C without pressure or under pressure. ing. However, it seems that there has been essentially no success in using hydroxyapatite as a matrix material by firing it at a relatively low temperature as in the present invention. Also,
A non-sintered composite material has been proposed in which separately fired apatite is used as an aggregate and dispersed and hardened in an organic resin matrix. (For example, JP-A-55-50349
issue).
従来、主に合成樹脂系複合材の分野にて優れた
強化材としてガラス繊維等が広く採用されてい
る。しかし、これらの耐熱性は一般に約800℃未
満であり、従来の酸化性アパタイトの高温度焼結
の技術常識からは対象外であつた。また、例えば
炭素繊維材料は、酸素含囲気下またはアパタイト
等の高温酸化性物質の共存下のその耐熱性が一般
に約500℃程度であるので、全く対象外の存在で
あつた。 Conventionally, glass fibers and the like have been widely used as excellent reinforcing materials mainly in the field of synthetic resin composite materials. However, the heat resistance of these materials is generally less than about 800°C, which is outside the scope of conventional high-temperature sintering of oxidized apatite. Furthermore, carbon fiber materials, for example, generally have a heat resistance of about 500° C. in an oxygen-containing atmosphere or in the coexistence of high-temperature oxidizing substances such as apatite, so they were completely out of the question.
前記のように従来の単独焼成アパタイトには各
強度、靭性、均質多孔性等に問題があるので、本
発明者はこれをマトリツクス材とした低温度焼成
複合体について研究開発を行つた。すなわち、従
来から合成樹脂複合材用として優れた性能を有す
る鉱物系繊維材料を用いて、アパタイトを特定の
焼成条件にて該強化材料の耐熱性温度範囲で焼結
して、焼結複合体を製造することに指向した。従
来の単独アパタイト焼結体の技術常識によれば、
このように焼成温度を低下させると実質的に焼結
不可能であるかまたは因難ながら可能としても焼
結体の強度等が必然的に低下すると考えられてい
た。これに関連して、本発明者はアパタイトの結
晶水そして望ましくは更に付着水等に由来する水
蒸気の存在下に加圧下でアパタイトを低温度にて
焼成することによつて、充分な強度等を有するマ
トリツクス材としてのアパタイト焼結体を製造し
得る可能性を見出した。 As mentioned above, conventional singly fired apatite has problems in strength, toughness, homogeneous porosity, etc., so the present inventor conducted research and development on a low-temperature fired composite using this as a matrix material. That is, using a mineral fiber material that has traditionally had excellent performance for synthetic resin composites, apatite is sintered under specific firing conditions within the heat-resistant temperature range of the reinforcing material to form a sintered composite. oriented towards manufacturing. According to the conventional technical knowledge of single apatite sintered bodies,
It was thought that if the firing temperature were lowered in this way, sintering would be virtually impossible, or even if it were possible, the strength etc. of the sintered body would inevitably decrease. In this regard, the present inventor has developed a method to obtain sufficient strength, etc. by firing apatite at a low temperature under pressure in the presence of water vapor derived from apatite crystallization water and preferably from adhering water. We have discovered the possibility of producing an apatite sintered body as a matrix material.
当初は、補強材料として優れているが比較的入
手し易いガラス繊維および比較的安価な卑金属の
繊維等を用いる焼成複合材について検討したが、
約700℃の焼成温度では予期した程の物性は認め
られない(なお、卑金属繊維は使用中の腐蝕およ
び金属の流出の問題もある)。当然、更に低い焼
成温度を採用しても大差がないものと予想された
が、念のためガラス繊維または炭素繊維を補強材
として、そしてアパタイトをマトリツクス材とし
て使用してそれぞれ400℃未満および500℃未満の
焼成温度で研究した結果、全く、意外にも、優れ
た物性を有する複合体の開発に成功した。 Initially, we considered fired composite materials using glass fibers, which are excellent reinforcing materials and are relatively easy to obtain, and base metal fibers, which are relatively inexpensive.
At a firing temperature of approximately 700°C, expected physical properties are not observed (note that base metal fibers also have problems with corrosion and metal outflow during use). Naturally, it was expected that there would be no significant difference even if a lower firing temperature was used, but just to be safe, we used glass fiber or carbon fiber as a reinforcing material and apatite as a matrix material to lower the firing temperature to less than 400°C and 500°C, respectively. As a result of research at calcination temperatures of less than 1,000 yen, we have, quite surprisingly, succeeded in developing composites with excellent physical properties.
この理由については充分には解明されていない
が、約700℃の焼成温度にてガラス繊維または卑
金属繊維等はアパタイトに対して物理的かつ化学
的に親和性を有するため、両者の複合材の焼成時
に劣化すると共に両者が充分に密着して両者間に
外力に対する滑りの余裕がなくなるためと思考さ
れる。これに反して、該繊維類はアパタイトに対
して物理的には充分な親和性を有するが、本発明
の複合体の焼成条件にて化学的には全くもしくは
実質的に不活性である。従つて、本発明による焼
成複合体においては両成分間に滑りの余裕が若干
存在するために、特に衝撃および曲げ等の強度に
優れた複合体が予想外にも得られるものと思料さ
れる。なお、このことは、従来の繊維材料と合成
樹脂との樹脂複合材において繊維材料に付着促進
剤を適用するなど両成分の密着親和性が重視され
ている事実から意外であるが、マトリツクスが樹
脂の場合には該樹脂自体が若干の可撓性等を有す
るので、上記のような問題はなかつたものと思考
される。 The reason for this is not fully understood, but glass fibers or base metal fibers have a physical and chemical affinity for apatite at a firing temperature of about 700°C, so when a composite material of the two is fired, This is thought to be due to the fact that they sometimes deteriorate and the two come into close contact with each other, leaving no room for slippage between them against external forces. On the contrary, although the fibers have a sufficient physical affinity for apatite, they are not chemically at all or substantially inert under the firing conditions of the composite of the present invention. Therefore, in the fired composite according to the present invention, since there is a slight margin of slippage between the two components, it is thought that a composite having particularly excellent strength against impact and bending can be unexpectedly obtained. This is surprising given the fact that in conventional resin composite materials of fiber materials and synthetic resins, emphasis is placed on the adhesion affinity of both components, such as by applying adhesion promoters to the fiber materials, but when the matrix is resin In this case, the resin itself has some flexibility, so it is thought that the above problem does not occur.
本発明の一目的は、各種の強度および必要に応
じて適度の微孔性を有する鉱物系繊維−アパタイ
ト系焼成複合体ならびにその製法を提供すること
である。本発明の別の目的は、本発明の複合体の
優れた物性を有利に利用した後記の広い用途に適
合した焼成複合体材料を提供することである。そ
の他の目的は、以下に記述から明らかとなるであ
ろう。 One object of the present invention is to provide a mineral fiber-apatite fired composite having various strengths and, if necessary, appropriate microporosity, and a method for producing the same. Another object of the present invention is to provide a sintered composite material that takes advantage of the excellent physical properties of the composite of the present invention and is suitable for the wide range of applications described below. Other objectives will become apparent from the description below.
従つて、本発明の焼成複合体は、有効量の鉱物
系繊維材料および該材料と密接して焼成されたマ
トリツクス量の焼結アパタイトを含むことを特徴
とする、鉱物系繊維−アパタイト系焼成複合体
(コンポジツト)である。該焼成複合体中の鉱物
系繊維材料は、実質的に非変性の状態にて存在す
ることを更に特徴とする。 The fired composite of the present invention is therefore a mineral fiber-apatite fired composite characterized in that it comprises an effective amount of mineral fiber material and a matrix amount of sintered apatite fired in close contact with the material. body (composite). The mineral-based fibrous material in the fired composite is further characterized in that it is present in a substantially unmodified state.
ここに、有効量の鉱物系繊維材料とは、焼成複
合体を補強するために有効な量でありかつマトリ
ツクスである焼成アパタイトによつて複合体とし
て結合され得る範囲の量の該材料を意味する。マ
トリツクス量のアパタイトとは、該鉱物系繊維材
料を結合させて複合体となし得る範囲の量のアパ
タイトを意味する。該鉱物系繊維材料とアパタイ
トとの有効量対マトリツクス量の関係は、該鉱物
系繊維の密度にも依存するが重量%にてほぼ、一
般的に0.5〜70%対99.5〜30%、通常は1〜50%
対99〜50%、好ましくは2〜40%対98〜60%、更
に好ましくは5〜30%対95〜70%、そして典型的
には7〜25%対93〜75%程度である。なお、本発
明の焼成複合体は、その物性を実質的にそこなわ
ない限り、焼成、加工および使用の諸条件にて実
質的に不活性な小量の任意材料(例えば着色剤、
充填材等)を当然含有することができる。 As used herein, effective amount of mineral-based fibrous material means an amount of the material that is effective to reinforce the fired composite and that can be bonded as a composite by the fired apatite matrix. . A matrix amount of apatite means an amount of apatite within a range that allows the mineral fiber material to be combined into a composite. The relationship between the effective amount of the mineral fiber material and the apatite versus the amount of matrix depends on the density of the mineral fiber, but in terms of weight percent, it is generally 0.5-70% vs. 99.5-30%, usually 1-50%
99-50% vs. 99-50%, preferably 2-40% vs. 98-60%, more preferably 5-30% vs. 95-70%, and typically 7-25% vs. 93-75%. The fired composite of the present invention may contain small amounts of optional materials (such as colorants,
Fillers, etc.) may naturally be included.
本発明に本質的に補強材として使用する鉱物系
繊維材料は、補強材として満足な強度を有し、か
つ水分の存在下で約800℃未満〜約150℃そして好
ましくは約700℃未満〜約170℃の温度にて0.5時
間以上、アパタイト材料と密接して焼成しても実
質的に変性しない鉱物系(無機系または金属系)
の繊維材料を包含する。本発明に好ましい該繊維
材料(繊維としての耐熱安全温度を付記するが、
上記の焼成条件での実質的に変性しない温度は約
800℃以下であろう)としては、ムライト(約800
℃以下)、炭化珪素(約800℃以下)、炭素(約500
℃以下)、アパタイトガラス(約750℃以下)ガラ
ス好ましくは耐アルカリ性ガラス(約500℃以
下)、ならびにチツ化珪素(約1300℃以下)、シリ
カ(約1500℃以下)、アルミナ(約1300℃以下)
等の各繊維が代表的に例示される。更に、該材料
として無機系の元素または化合物を被着(例えば
蒸着)させた被覆金属繊維が例示され、例えばタ
ングステン線にホウ素を蒸着させたホウ素繊維も
有利に使用できる。これらの材料は単独または任
意の混合物として使用できる。なお、該繊維材料
はこれらの例示に限定されない。該鉱物系繊維材
料の形態および寸法に関して、従来のガラス繊維
−合成樹脂複合材等の技術常識を適用することが
できる。例えば、該鉱物系繊維材料は、短繊維、
長繊維、繊維糸、繊維束、ウール状繊維、不織布
および/または織布等の形態であることができ
る。なお、短繊維の場合、繊維長が焼結アパタイ
トの結晶よりも長いことが望ましい。 The mineral-based fibrous material used essentially as a reinforcement in the present invention has sufficient strength as a reinforcement and in the presence of moisture from less than about 800°C to about 150°C and preferably from less than about 700°C to about Mineral-based (inorganic or metallic) that does not substantially denature even when baked in close contact with apatite material at a temperature of 170°C for 0.5 hours or more
fibrous materials. The fiber material preferable for the present invention (the safe heat resistance temperature as a fiber is added)
Under the above firing conditions, the temperature at which there is no substantial denaturation is approximately
800℃ or less), mullite (approximately 800℃ or less)
℃ or less), silicon carbide (approximately 800℃ or less), carbon (approximately 500℃ or less)
℃ or less), apatite glass (approx. 750℃ or less) glass, preferably alkali-resistant glass (approximately 500℃ or less), silicon titanide (approx. )
Typical examples include fibers such as: Furthermore, examples of the material include coated metal fibers on which an inorganic element or compound is coated (for example, by vapor deposition). For example, boron fibers made by vapor-depositing boron on a tungsten wire can also be advantageously used. These materials can be used alone or in any mixture. Note that the fiber material is not limited to these examples. Regarding the form and dimensions of the mineral fiber material, common technical knowledge regarding conventional glass fiber-synthetic resin composite materials can be applied. For example, the mineral fiber material may include short fibers,
It can be in the form of long fibers, fiber yarns, fiber bundles, wool-like fibers, non-woven fabrics and/or woven fabrics. In addition, in the case of short fibers, it is desirable that the fiber length is longer than that of the sintered apatite crystals.
本発明の焼成複合体における該鉱物系繊維材料
の方向性は、目的および用途に応じて、マトリツ
クスである焼成アパタイト中に実質的に一ないし
三軸方向に配向させるか、または実質的に無配向
無秩序の状態に存在させることができる。同様に
該材料の分布状態は該複合体マトリツクス中にて
該繊維材料が実質的に均一に分散しているか、ま
たは該繊維材料が芯部方向に密(または疎)で表
面方向に疎(または密)であることができる。 The mineral fiber material in the fired composite of the present invention may be oriented substantially in one to three axes in the fired apatite matrix, or substantially non-oriented, depending on the purpose and use. It can exist in a state of disorder. Similarly, the distribution of the material may be such that the fibrous material is substantially uniformly dispersed in the composite matrix, or the fibrous material is dense (or sparse) toward the core and sparse (or sparse) toward the surface. can be dense).
本発明において本質的にマトリツクス材として
使用するアパタイトには、代表的に水酸アパタイ
ト、炭酸アパタイト、フツ素アパタイトおよび塩
素アパタイトおよびこれらの混合物、ならびに複
合体の焼成過程にてこれらのアパタイトに転化さ
れる下位単位原料混合物(本明細書ではアパタイ
ト前駆体材料という)が含まれる。 The apatite essentially used as a matrix material in the present invention typically includes hydroxyapatite, carbonate apatite, fluoroapatite, chlorapatite, and mixtures thereof, as well as those converted to apatite during the firing process of the composite. (herein referred to as apatite precursor material).
広義にアパタイトには下式(1)にて定義されるが
A10(XO4)6Zm ……
(ここにA=Ca、Pb、Mn、Na、K等;X=P、
As、V、Si等;Z=OH、CO3、F、Cl)、
本発明にて使用するアパタイトは更に限定され
たものであり、その鉱物学定義である基本組成が
下式()で表わされるものでかつそのカルシウ
ム対リンの原子比(以下にCa/P比という)が
特定の範囲にあるものを意味する、
Ca10(PO4)6Zm ……
[ここにZはOH、CO3、F、Clの一または二以
上から選ばれ、そしてmは原子価を実質的にみた
す数(例えば2または1)である]。すなわち、
上式()において、該Ca/P比は必ずしも化
学量論量(5/3)である必要はなく非化学量論
量であつてもよく、通常は該Ca/P比が約4/
3〜約11/6の範囲そして好ましくは約9/6〜
約5/3の範囲にあればよい、必要に応じて、
Ca/P比が5/3未満のアパタイトに非リン系
無機カルシウム化合物(例えば水酸化カルシウ
ム)を均一混合して、該Ca/P比を基本組成で
ある5/3に近づけることができる。 In a broad sense, apatite is defined by the following formula (1), A 10 (XO 4 ) 6 Zm ... (where A = Ca, Pb, Mn, Na, K, etc.; X = P,
As, V, Si, etc.; Z=OH, CO 3 , F, Cl), the apatite used in the present invention is more limited, and its basic composition, which is its mineralogy definition, is expressed by the following formula (). Ca 10 (PO 4 ) 6 Zm...[Here Z is OH, CO 3 , F, and Cl, and m is a number that substantially satisfies the valence (for example, 2 or 1)]. That is,
In the above formula (), the Ca/P ratio is not necessarily stoichiometric (5/3) and may be non-stoichiometric, and usually the Ca/P ratio is about 4/3.
3 to about 11/6 and preferably about 9/6 to
It should be within the range of about 5/3, if necessary,
By uniformly mixing a non-phosphorous inorganic calcium compound (for example, calcium hydroxide) with apatite having a Ca/P ratio of less than 5/3, the Ca/P ratio can be brought close to the basic composition of 5/3.
また、式()で表わされるアパタイトのCa
およびPが不純物量または小量の他の原子(例え
ば式()の定義に示すような)で置換されてい
てもよい。本明細書において、上記の式()の
ZはOH、CO3、FおよびClの一または二以上で
あり得るが、この場合の置換量が最も多いものに
従つて、それぞれ水酸アパタイト、炭酸アパタイ
ト、フツ素アパタイトおよび塩素アパタイトとい
う。これらのアパタイトはいづれも、同じ六方晶
系、空間群C63/mおよび単位格子中の化学式数
に属し、そして実質的に同等の焼結性および近似
した物性を有する。なお、これらのアパタイト
は、当業者が化学的に合成、または製品として入
手(必要に応じて精製)することが可能である。 In addition, Ca of apatite expressed by the formula ()
and P may be substituted with impurity amounts or small amounts of other atoms (eg, as shown in the definition of formula ()). In the present specification, Z in the above formula () may be one or more of OH, CO 3 , F and Cl, and in this case, according to the one with the largest substitution amount, Z is hydroxyapatite, carbonate, etc., respectively. They are called apatite, fluoroapatite and chloroapatite. Both of these apatites belong to the same hexagonal crystal system, space group C6 3 /m and chemical formula number in the unit cell, and have substantially the same sinterability and similar physical properties. Note that these apatites can be chemically synthesized or obtained as a product (purified if necessary) by those skilled in the art.
用途等の観点から、本発明にて使用するアパタ
イトは、上式()においてZが本質的にOH基
である水酸アパタイトおよび/またはZの過半量
以上がOH基であり、そして残量(好ましくは10
%未満の小量)がCO3基である水酸系アパタイト
であることが、一般にそして特に生体用の用途に
好ましい。 From the viewpoint of applications, etc., the apatite used in the present invention is a hydroxyapatite in which Z is essentially an OH group in the above formula () and/or a majority of Z is an OH group, and the remaining amount ( preferably 10
Hydroxylic apatites in which a small amount (less than %) are CO3 groups are generally and particularly preferred for biomedical applications.
本発明の鉱物系繊維−アパタイト系焼成複合体
は、有効量の上記の鉱物系繊維材料およびマトリ
ツクス量の上記のアパタイトを混合して、必要に
応じて適当量の水分を存在させて、両者が実質的
に密接した状態にて該繊維材料の実質的に変性温
度未満の温度(ただし約150℃〜約800℃未満)で
水分の逃失を実質的に防止して加圧下に焼成して
該アパタイトを実質的に焼結せしめることによつ
て製造できる。なお、焼成前に両成分の混合物を
圧縮等によつて所望の形状に予備成形することも
できる。上記の水分量は、焼成時にアパタイトと
共存する結晶水、またはそれ以外の付着水分がア
パタイト量に対して実質的に0.01〜約25重量%そ
して好ましくは約0.05〜約20重量%程度の量であ
る。水分量が多くなるに従つて焼成物の空隙量が
大となるが、焼結が促進される傾向もある。約25
%より多いと圧力が相対的に低い場合空隙量が一
般に過大となる。しかし、ホツトプレス法のよう
な解放式加熱の場合は、仕込みの水分量はより多
くともよい。 The mineral fiber-apatite fired composite of the present invention can be produced by mixing an effective amount of the above mineral fiber material and a matrix amount of the above apatite, and adding an appropriate amount of water as needed to ensure that both of them are mixed. The fibrous material is sintered in substantially intimate contact under pressure at a temperature substantially below the denaturation temperature (but less than about 150°C to about 800°C) of the fibrous material, substantially preventing moisture loss. It can be manufactured by substantially sintering apatite. Note that the mixture of both components can also be preformed into a desired shape by compression or the like before firing. The above moisture content is such that crystal water coexisting with apatite during firing or other attached moisture is substantially 0.01 to about 25% by weight, preferably about 0.05 to about 20% by weight, based on the amount of apatite. be. As the water content increases, the amount of voids in the fired product increases, but sintering also tends to be accelerated. about 25
%, the amount of voids will generally become excessive when the pressure is relatively low. However, in the case of open heating such as the hot press method, the amount of water added may be larger.
アパタイトの焼結機構については充分には解明
されていないが、焼成温度によつてアパタイトが
溶解析出し次いでこれらがからみ合つて焼結する
ことによるようである。この際、圧力が高い程、
上記の溶解析出が促進される傾向がある。また、
密封状態にて水分が存在すると、該溶解析出が促
進される傾向もある。この観点から、焼成工程に
おいて高圧の採用および適当量の水分の存在によ
つて、焼成温度を大巾に低下させることができ
る。なおこれとは別途に、本発明においては両成
分を密接させるために、焼成前および/またな焼
成中に少なくともある程度の加圧が望ましい。 Although the sintering mechanism of apatite has not been fully elucidated, it seems to be due to the fact that apatite is melted out depending on the firing temperature, and then these are entangled and sintered. At this time, the higher the pressure,
The above-mentioned dissolution precipitation tends to be promoted. Also,
The presence of moisture in a sealed state also tends to accelerate the solubilization. From this point of view, by employing high pressure and the presence of an appropriate amount of moisture in the firing process, the firing temperature can be significantly lowered. Separately from this, in the present invention, at least some degree of pressure is preferably applied before and/or during firing in order to bring both components into close contact with each other.
本発明における焼成工程においては、焼成また
は焼結の業界にて既知の技術を採用し得る。例え
ば、ホツトプレス法、オートクレーブ式等の密封
加圧式焼成法、加圧下の高周波加熱法、等圧(ア
イソタクチツク)圧縮加熱法等が有利に使用でき
る。代表的な焼成法の適用について以下に概設す
る。なお、焼結時間は一般に約0.5時間〜約30時
間程度である。 In the firing step in the present invention, techniques known in the firing or sintering industry can be employed. For example, a hot press method, a sealed pressure firing method such as an autoclave method, a high frequency heating method under pressure, an isotactic compression heating method, etc. can be advantageously used. Applications of typical firing methods are outlined below. Note that the sintering time is generally about 0.5 hours to about 30 hours.
(イ) ホツトプレス法による場合、上記のような両
材料の混合物またはその予備成形物を、水蒸気
もしくは水蒸気含有不活性気体の加圧雰囲気を
適用して、約150℃から該繊維材料の変性温度
未満の温度(該繊維の性質に依存するが例えば
約800℃未満)そして好ましくは約150℃〜約
500℃程度の温度で約10Kg/cm2以上、例えば約
10〜1000気圧程度の加圧下に0.5時間以上焼成
する。予備成形物を焼成する場合は、既に圧縮
されているので特に高加圧しなくとも(例えば
5Kg/cm2以上にて)焼成可能である。なお、ホ
ツトプレス法による圧縮加圧は原則として軸方
向となる。(b) In the case of the hot press method, a mixture of the above-mentioned materials or a preform thereof is heated from about 150°C to below the denaturation temperature of the fiber material by applying a pressurized atmosphere of water vapor or an inert gas containing water vapor. (depending on the nature of the fiber, e.g. less than about 800°C) and preferably from about 150°C to about
Approximately 10Kg/cm2 or more at a temperature of approximately 500℃, for example approximately
Fire for 0.5 hours or more under pressure of about 10 to 1000 atmospheres. When firing the preform, since it has already been compressed, it can be fired without applying particularly high pressure (for example, at 5 kg/cm 2 or more). Note that compression by the hot press method is, in principle, in the axial direction.
(ロ) オートクレーブ法等による密封加圧式焼成法
による場合、例えば超耐圧容器を使用して、数
十〜数千気圧の圧力下に該繊維の変性温度未満
の温度にて0.5時間以上焼成する。この際、温
度および圧力が低いと焼成に長時間を要する
が、圧力を例えば100気圧以上とすると約150℃
程度の温度でも焼成が有利に達成される。従つ
て焼成条件は約10Kg/cm2以上好ましくは約20
Kg/cm2以上、例えば約20〜約2000気圧(耐圧性
が許せば3000気圧程度まで)にて約150℃〜約
800℃未満(好ましくは約150℃〜約500℃)に
て0.5時間以上と要約できる。なお、この態様
での加圧は、実質的に無軸性の加圧となる。(b) In the case of a sealed pressurized firing method such as an autoclave method, firing is performed for 0.5 hours or more under a pressure of several tens to several thousand atmospheres at a temperature below the denaturation temperature of the fiber using, for example, an ultra-pressure resistant container. At this time, if the temperature and pressure are low, it will take a long time to bake, but if the pressure is set to 100 atmospheres or more, the temperature will rise to about 150℃.
Firing is advantageously achieved even at moderate temperatures. Therefore, the firing conditions should be about 10 kg/cm 2 or more, preferably about 20 kg/cm 2 or more.
Kg/cm 2 or more, for example, about 20 to about 2000 atm (up to about 3000 atm if pressure resistance allows), about 150℃ to about
This can be summarized as 0.5 hours or more at less than 800°C (preferably about 150°C to about 500°C). Note that the pressurization in this mode is substantially non-axial pressurization.
(ハ) 上記の密封加圧式焼成法ならびに前記の加圧
高周波加熱法および等圧圧縮加熱法等におい
て、複合物原料の混合物または予備成形物を実
質的に不活性な加圧変形性容器に封入して焼成
する場合、一そう効果的に本発明を達成でき
る。この場合の焼成条件は、上記(ロ)と同等であ
るが、好ましくは約40〜約3000Kg/cm2、約150
℃〜約500℃未満にて約0.5時間以上である。こ
のような封入容器を採用すると、原料成分およ
び水分、気体等が不変に保持される長所もあ
る。なお、この態様の圧縮加圧は実質的に等圧
圧縮である。(c) In the above-mentioned sealed pressurized firing method, the above-mentioned pressurized high-frequency heating method, isobaric compression heating method, etc., a mixture or preform of composite raw materials is sealed in a substantially inert pressurized deformable container. The present invention can be achieved even more effectively when firing is performed. The firing conditions in this case are the same as those in (b) above, but preferably about 40 to about 3000 kg/cm 2 , about 150 kg/cm 2
℃ to less than about 500℃ for about 0.5 hours or more. Adoption of such a sealed container has the advantage that raw material components, moisture, gas, etc. can be maintained unaltered. Note that the compression pressurization in this embodiment is substantially equal pressure compression.
本発明による鉱物系繊維−アパタイト系焼成複
合体は、アパタイト結晶のからみあつた焼結体マ
トリツクス中に本質的に補強材である該繊維材料
が密接して未変性の状態にて存在し、かつ必要に
応じて該焼結アパタイトが適当な微孔性を有する
焼成複合体である。上記の焼結アパタイト結晶
は、本発明における焼成条件に原因して、微細な
直線状および/または曲線状の針状結晶を含みか
つ該結晶がからみあつた微細構造で、強度が増加
する。すなわち焼成温度が800℃未満で、好まし
くは本明細書の開発段階に関する記載のように約
700℃未満で、低温度である程、微細な結晶そし
て特に微細な針状結晶が生成して強度が増大する
傾向がある。[なお、従来技術のように焼成温度
が高いと(例えば1100℃)、六方晶形の比較的大
きい結晶群からなる組織となり強度が低下する。]
また、空隙量が過大となると当然に強度が低下す
る。従つて、優れた強度を有しかつ微細孔性の充
分な空隙を有する該複合体を得るためには、上記
の焼成条件において比較的に高圧力低温度の条件
下に、好ましくは上記の範囲の水分を共存させ
て、焼成するのが望ましい。従つて焼成温度は約
800℃未満に選定される。 The mineral fiber-apatite fired composite according to the present invention has the fiber material, which is essentially a reinforcing material, present in an unmodified state in close contact with a sintered matrix of apatite crystals, and If necessary, the sintered apatite is a sintered composite having appropriate microporosity. Due to the firing conditions of the present invention, the sintered apatite crystal has a fine structure in which fine linear and/or curved needle crystals are intertwined, and its strength is increased. i.e. the firing temperature is less than 800°C, preferably about
Below 700°C, the lower the temperature, the more fine crystals, especially fine needle-like crystals, tend to form, increasing the strength. [Note that if the firing temperature is high (for example, 1100° C.) as in the prior art, the structure will be composed of relatively large hexagonal crystal groups, resulting in a decrease in strength. ]
Furthermore, if the amount of voids becomes too large, the strength naturally decreases. Therefore, in order to obtain the composite having excellent strength and sufficient microporous voids, the above firing conditions should be relatively high pressure and low temperature, preferably within the above range. It is preferable to carry out the firing in the coexistence of moisture. Therefore, the firing temperature is approximately
Selected below 800℃.
本発明による焼成複合体の物性は、その複合体
原料の組成および焼成条件等によつて変化し得る
が、例示的に下記の範囲内の数値を有する。 The physical properties of the fired composite according to the present invention may vary depending on the composition of the composite raw material, firing conditions, etc., but exemplarily have numerical values within the following range.
(i) 焼結アパタイト結晶の平均幅
0.01〜5μmφ
(ii) 焼結アパタイト結晶の平均長
1〜1000μm
(iii) 焼結アパタイトの平均細孔半径
5〜1000μm
(iv) 焼結アパタイトの空隙率
0〜40体積%
(v) 焼成複合耐の圧縮強度
350〜1000Kg/cm2
(vi) 焼成複合体の曲げ強度
1150〜2500Kg/cm2
(vii) 焼成複合体の衝撃強度
30〜150Kg・cm/cm2
(viii) 焼成複合体の引張強度
50〜150Kg/cm2
本発明による焼成複合体は、その固有の優れた
物性に依存して広範な用途に、そして特に種々の
強度が要求される分野に有利に適用される。代表
的には、強度を必要とするセラミツクス材料、電
気電子機器材料、濾材、クロマトグラフイ用担
体、センサー(特に生体用)素子、生体用セラミ
ツクス(人工骨、人工歯、人工関節)等ならびに
従来のフアインセラミツクスが適用される他の用
途が例示される。上記の種々の用途は大別して産
業用のセラミツクス材料および生体用のセラミツ
クスに分類し得るが、生体用セラミツクスについ
ては、強度および微孔性のほかに生体との適含性
が必要である。従つて、生体適合性について以下
に検討する。(i) Average width of sintered apatite crystals 0.01 to 5 μmφ (ii) Average length of sintered apatite crystals 1 to 1000 μm (iii) Average pore radius of sintered apatite 5 to 1000 μm (iv) Porosity of sintered apatite 0 ~40% by volume (v) Compressive strength of fired composite 350~1000Kg/cm 2 (vi) Bending strength of fired composite 1150~2500Kg/cm 2 (vii) Impact strength of fired composite 30~150Kg・cm/cm 2 (viii) Tensile strength of fired composites 50-150 Kg/cm 2 The fired composites according to the present invention, depending on their inherent excellent physical properties, can be used in a wide range of applications, and especially in fields where various strengths are required. Advantageously applied. Typical examples include ceramic materials that require strength, electrical and electronic equipment materials, filter media, carriers for chromatography, sensor (especially for biological use) elements, ceramics for biological use (artificial bones, artificial teeth, artificial joints), and conventional materials. Examples of other applications to which fine ceramics are applied include: The various uses mentioned above can be broadly classified into industrial ceramic materials and ceramics for biological use, but ceramics for biological use require compatibility with living organisms in addition to strength and microporosity. Therefore, biocompatibility will be discussed below.
哺乳動物そして特に人体の硬体組織(骨、歯
等)は、水酸アパタイト(特定的には数%程度の
小量の炭酸基を含む水酸系アパタイト)を主成分
とすることが知られている。そのため、水酸アパ
タイト単独焼結体を人工骨および人工歯に使用す
る研究がかなり報告されている。特に空隙率が数
%以上の多孔性の単独焼結体は、生体との適合性
に関して一応満足であることがこの業界にて認識
されている。しかし、水酸アパタイト単独焼結体
は、前記のように主に衝撃強度および曲げ強度等
に問題があるため、現状では直ちに実用化されに
くいようである。一方、本発明における他の原料
である繊維材料の中で特に炭素、炭化珪素、ムラ
イト、シリカ、アルミナ、アパタイトガラス、お
よびチツ化珪素の各繊維材料は、優れた強度およ
び弾性率および化学的無刺激性等の長所を有し、
しかも一応満足な生体適合性を有することがこの
業界にて認識されている。 It is known that the hard tissues of mammals and especially humans (bones, teeth, etc.) are mainly composed of hydroxyapatite (specifically, hydroxyapatite containing a small amount of carbonate groups, about several percent). ing. Therefore, many studies have been reported on the use of sintered hydroxyapatite alone for artificial bones and teeth. In particular, it is recognized in this industry that a porous single sintered body having a porosity of several percent or more is somewhat satisfactory in terms of compatibility with living organisms. However, as mentioned above, hydroxyapatite single sintered bodies mainly have problems in impact strength and bending strength, so it seems difficult to put them into practical use immediately at present. On the other hand, among the fiber materials that are other raw materials in the present invention, carbon, silicon carbide, mullite, silica, alumina, apatite glass, and silicon titanide fiber materials have excellent strength and elastic modulus and are chemically free. It has advantages such as stimulation,
Moreover, it is recognized in this industry that it has a somewhat satisfactory biocompatibility.
本発明に使用する両成分はいづれも満足な生体
適合性を有するものであり、かつ必要とされる強
度および空隙率5%〜40%程度の微孔性は本発明
によつて充分に確保されているので、本発明によ
る特定の該繊維−水酸アパタイト系焼成複合体に
よつて、上記の問題点を解消した上に満足な生体
適合性を有する硬体組織材料が得られる。 Both components used in the present invention have satisfactory biocompatibility, and the required strength and microporosity with a porosity of about 5% to 40% are sufficiently ensured by the present invention. Therefore, the specific fiber-hydroxyapatite fired composite of the present invention can solve the above problems and provide a hard tissue material having satisfactory biocompatibility.
以下に典型的な例をあげて本発明を更に説明す
るが、本発明にて使用するアパタイトはすべて実
質的に同等な化学的構造、結晶系および焼結性等
を有するので本発明はこれらの例に限定されるも
のではない。すなわち、当業者は必要に応じて、
本発明の開示に従つて下記の例に使用したアパタ
イト以外のアパタイト原料を使用して、同様な焼
結複合体を容易に製造することが可能である。 The present invention will be further explained below by giving typical examples. However, since all the apatites used in the present invention have substantially the same chemical structure, crystal system, sinterability, etc., the present invention The examples are not limited. That is, a person skilled in the art can, as necessary,
Similar sintered composites can be readily produced using apatite raw materials other than the apatite used in the examples below in accordance with the present disclosure.
なお、下記の例において%はすべて重量によ
る。 In addition, in the following examples, all percentages are by weight.
例 1(比較例)
本質的に水酸基のみを含む水酸アパタイト
(Ca/P比95/60)の粉末85%および熱分解
炭素繊維(平均長9mm)、15%を均質混合し、約
5×10mm(径)の円柱に予備成形する。次いで含
有水分を5%に予備乾燥する。この試料をホツト
プレス機にて1100℃そして200Kg/cm2の条件にて
2時間圧緒焼成する。放置冷却後の焼成複合体の
物性を下記に示す。Example 1 (comparative example) 85% powder of hydroxyapatite (Ca/P ratio 95/60), which essentially contains only hydroxyl groups, and 15% pyrolytic carbon fiber (average length 9 mm) were homogeneously mixed, and approximately 5× Preform into a cylinder with a diameter of 10 mm. Then, it is pre-dried to a moisture content of 5%. This sample is pressed and fired in a hot press at 1100° C. and 200 kg/cm 2 for 2 hours. The physical properties of the fired composite after being allowed to cool are shown below.
圧縮強度 310Kg/cm2
曲げ強度 320Kg/cm2
引張り強度 40Kg/cm2
シヤルピー衝撃強度 8Kg・cm/cm2
なお、曲げ試験における試料の破断面を観察す
ると、破断面上にて該繊維が切断されている。Compressive strength 310Kg/cm 2Bending strength 320Kg/cm 2Tensile strength 40Kg/cm 2Sharpey impact strength 8Kg・cm/cm 2When observing the fracture surface of the sample in the bending test, it was found that the fibers were cut on the fracture surface. ing.
例 2(比較例)
上記の例1において、炭素繊維材料を使用せず
アパタイト粉末だけを使用して、同様にして単独
焼結体を製造する。冷却後の該焼結体の物性を下
記に示す。Example 2 (Comparative Example) A single sintered body is produced in the same manner as in Example 1 above, using only apatite powder without using the carbon fiber material. The physical properties of the sintered body after cooling are shown below.
圧縮強度 320Kg/cm2
曲げ強度 310Kg/cm2
引張り強度 35Kg/cm2
シヤルピー衝撃強度 7Kg・cm/cm2
得られた従来法によるアパタイト焼結体の結晶
を第2図(倍率×7500)に示す。該結晶は、粗大
な六方晶系の構造であることが注目される。Compressive strength 320Kg/cm 2Bending strength 310Kg/cm 2Tensile strength 35Kg/cm 2Sharpy impact strength 7Kg・cm/cm 2The crystals of the apatite sintered body obtained by the conventional method are shown in Figure 2 (magnification x 7500). . It is noted that the crystal has a coarse hexagonal structure.
例 3(比較例)
上記の例1において、炭素繊維のかわりにガラ
ス繊維(平均長9mm)15%を使用し、予備成形、
乾燥、そして同条件にて焼成する。Example 3 (Comparative Example) In Example 1 above, 15% glass fiber (average length 9 mm) was used instead of carbon fiber, and preforming and
Dry and bake under the same conditions.
冷却後の複合体の物性を下記に示す。 The physical properties of the composite after cooling are shown below.
圧縮強度 305Kg/cm2
曲げ強度 310Kg/cm2
引張り強度 45Kg/cm2
シヤルピー衝撃強度 8Kg・cm/cm2
なお、曲げ試験における破断面では、同様に該
繊維が該面上で切断されている。Compressive strength: 305 Kg/cm 2 Bending strength: 310 Kg/cm 2 Tensile strength: 45 Kg/cm 2 Shallie impact strength: 8 Kg cm/cm 2 Note that the fibers were similarly cut on the fracture surface in the bending test.
上記の例1および3(比較例)において曲げ試
験における破断面で繊維が切断されていること
は、該繊維が劣化していることを示す。更に、例
1〜3(比較例)におけるホツトプレス機による
焼結工程は、加圧水蒸気を適用せずに実施された
ことに注目すべきである。例1〜3の工程におい
てアパタイト中に存在する水分の実質的に全量が
ホツトプレス機の金型から迅速に蒸発除去される
ので、この焼結工程は水の不在におけるアパタイ
トの焼成に相当するものである。 In Examples 1 and 3 (comparative example) above, the fact that the fibers were cut at the fracture surface in the bending test indicates that the fibers were degraded. Furthermore, it should be noted that the hot press sintering process in Examples 1-3 (comparative examples) was carried out without the application of pressurized steam. This sintering process corresponds to the sintering of the apatite in the absence of water, since in the steps of Examples 1 to 3 virtually all of the water present in the apatite is rapidly evaporated away from the mold of the hot press. be.
例 4(実施例)
上記の例1と同割合量のアパタイトおよびムラ
イト繊維(平均長9mm)の均質混合物を予備成形
せずに水分5%に予備乾燥する。これを銀製の加
圧変形性の管に封入し、耐圧加熱容器に入れて
300℃そして1000Kg/cm2の条件下に5時間加圧焼
成する。放置冷却後の焼成複合体の物性を下記に
示す。Example 4 A homogeneous mixture of apatite and mullite fibers (average length 9 mm) in the same proportions as in Example 1 above is predried to a moisture content of 5% without preforming. This is sealed in a pressure-deformable silver tube and placed in a pressure-resistant heating container.
Pressure firing is performed at 300°C and 1000 kg/cm 2 for 5 hours. The physical properties of the fired composite after being allowed to cool are shown below.
圧縮強度 610Kg/cm2
曲げ強度 1290Kg/cm2
引張り強度 85Kg/cm2
シヤルピー衝撃強度 110Kg・cm/cm2
なお、曲げ試験における破断面では、ムライト
繊維が該波断面から若干引出されて切断されてい
る。Compressive strength 610Kg/cm 2Bending strength 1290Kg/cm 2Tensile strength 85Kg/cm 2Sharpey impact strength 110Kg/cm/cm 2In addition, at the fracture surface in the bending test, the mullite fibers were slightly pulled out from the wave section and cut. There is.
例 5(実施例)
本質的に水酸基のみを含有する水酸アパタイト
粉末(Ca/P比=95/60)の粉末に水酸化カル
シウム粉末を混合して、Ca/P比を約5/3と
する。この混合粉末85%および炭化珪素繊維(平
均長9mm)15%を均質混合し、そして水分を5%
に乾燥する。これを例4と同様に封入し同条件に
て加圧焼成する。冷却後の焼成複合体の物性を下
記に示す。Example 5 (Example) Calcium hydroxide powder was mixed with hydroxyapatite powder (Ca/P ratio = 95/60), which essentially contains only hydroxyl groups, and the Ca/P ratio was adjusted to approximately 5/3. do. 85% of this mixed powder and 15% of silicon carbide fibers (average length 9mm) were mixed homogeneously, and the water content was 5%.
to dry. This was sealed in the same manner as in Example 4 and fired under pressure under the same conditions. The physical properties of the fired composite after cooling are shown below.
圧縮強度 650Kg/cm2
曲げ強度 1355Kg/cm2
引張り強度 130Kg/cm2
例 6(参考例)
本質的に水酸基のみを含む水酸アパタイト
(Ca/P比=95/60)を、5%の水分に調整す
る。この水酸アパタイト粉末を加圧変形性の銀の
管に封入し、そして耐圧加熱容器を用いて500℃
にて1000Kg/cm2の圧力下で3時間焼成する。得ら
れたアパタイト焼結体は下記の物性を示す。Compressive strength 650Kg/cm 2 Bending strength 1355Kg/cm 2 Tensile strength 130Kg/cm 2 Example 6 (Reference example) Hydroxyapatite (Ca/P ratio = 95/60), which essentially contains only hydroxyl groups, is mixed with 5% moisture. Adjust to. This hydroxyapatite powder was sealed in a pressure-deformable silver tube and heated to 500°C using a pressure-resistant heating container.
Baked for 3 hours under a pressure of 1000 kg/cm 2 . The obtained apatite sintered body exhibits the following physical properties.
圧縮強度 520Kg/cm2
曲げ強度 710Kg/cm2
引張り強度 55Kg/cm2
衝撃強度(シヤルピー) 16Kg・cm/cm2
空隙率(開放微細孔) 約24体積%
このアパタイト焼結体の結晶を第1図(倍率
30000)に示す。従つて、本発明におけるマトリ
ツクス材である焼結アパタイトの結晶は、微細な
針状結晶からなりそして該結晶が相互にからみ合
つた微細構造であることが認識される。Compressive strength 520Kg/ cm2 Bending strength 710Kg/cm2 Tensile strength 55Kg/ cm2 Impact strength (sharpy ) 16Kg・cm/ cm2 Porosity (open micropores) Approximately 24% by volume The crystals of this apatite sintered body Diagram (magnification
30000). Therefore, it is recognized that the crystals of sintered apatite, which is the matrix material in the present invention, are composed of fine needle-like crystals and have a fine structure in which the crystals are intertwined with each other.
第1図は、本発明による水酸アパタイト焼結体
の走査式電子顕微鏡写真(倍率×30000)であり、
該焼結体の相互にからみ合つた微細な針状結晶構
造を示す。第2図は、従来の高温度焼結方法によ
るアパタイト焼結体の走査式電子顕微鏡写真(倍
率×7500)であり、従来のアパタイト焼結体の粗
大な六方晶系結晶構造を示す。
FIG. 1 is a scanning electron micrograph (magnification x 30,000) of a sintered hydroxyapatite body according to the present invention;
The fine needle-like crystal structure of the sintered body is shown. FIG. 2 is a scanning electron micrograph (magnification x 7500) of an apatite sintered body produced by a conventional high-temperature sintering method, showing the coarse hexagonal crystal structure of the conventional apatite sintered body.
Claims (1)
維単独の場合を除く)、および該繊維材料と密接
して加圧下に800℃未満の低温度にて水分の逃失
を実質的に防止する条件下で焼成された、マトリ
ツクス量の水酸アパタイト、炭酸アパタイト、フ
ツ素アパタイト、塩素アパタイトおよびこれらの
混合物から選ばれる焼結アパタイトから本質的に
なり、該焼結アパタイトは充分な強度を有する微
細な結晶構造のマトリツクス材を形成し、かつ該
繊維材料が実質的に非変性であることを特徴とす
る、鉱物系繊維−アパタイト系焼成複合体。 2 該繊維材料が1〜50重量%そして該アパタイ
トが99〜50重量%の範囲である、特許請求の範囲
第1項の複合体。 3 該アパタイトがその基本組成は下式で表わさ
れそしてカルシウム対リンの原子比(Ca/P比)
は4/3〜11/6の範囲にあるアパタイトまたは
これらの混合物である、特許請求の範囲第1また
は2項の複合体、 Ca10(PO4)6Zm ここに、ZはOH、CO3、F、Clの一または二
以上から選ばれ、そしてmは原子価をみたす数で
ある。 4 該繊維材料が、短繊維、長繊維、繊維糸、繊
維束、ウール状繊維、不織布および/または織布
の形態である、特許請求の範囲第1〜3項のいづ
れかの複合体。 5 該繊維材料がムライト、炭化珪素、炭素、ア
パタイトガラス、ガラス、チツ化珪素、シリカ、
アルミナの繊維材料、および無機物被覆金属繊維
から選ばれる、特許請求の範囲第1〜4項のいづ
れかの複合体。 6 該繊維材料が実質的に一ないし三軸方向に配
向している、特許請求の範囲第1〜5項のいづれ
かの複合体。 7 該複合材料がマトリツクス中に実質的に均一
に分散してる、特許請求の範囲第1〜6項のいづ
れかの複合体。 8 該アパタイトが本質的に水酸基のみを含有す
る水酸アパタイトおよび/または該水酸基が小量
のCO3基にて置換されている水酸系アパタイトで
ある、特許請求の範囲第1〜7項のいづれかの複
合体。 9 該焼成温度が700℃未満である、特許請求の
範囲第1〜8項のいづれかの複合体。 10 生体用セラミツクスである、特許請求の範
囲第1〜9項のいづれかの複合体。 11 水酸アパタイト、炭酸アパタイト、フツ素
アパタイト、塩素アパタイト、これらの混合物お
よびこれらのアパタイト前駆体材料からなる群か
ら選ばれるマトリツクス量のアパタイト原料と補
強有効量の鉱物系繊維材料(ただし炭素繊維単独
の場合を除く)とから本質的になる複合体材料
を、実質的に密接した状態で800℃未満かつ該繊
維材料の変性温度未満の温度にて加圧下に、少な
くとも該アパタイトの結晶水に相当する水分の存
在下で焼成して該アパタイトを焼結せしめること
を特徴とする、マトリツクス材である焼結アパタ
イトは充分な強度を有する微細な結晶構造であり
そして該繊維材料は実質的に非変性である鉱物系
繊維−アパタイト系焼成複合体の製法。 12 焼成工程を150℃から該焼成条件での該繊
維材料の変性温度未満の温度範囲で10Kg/cm2以上
の加圧下にて実施する、特許請求の範囲第11項
の複合体の製法。 13 アパタイトの結晶水以外に20%未満の水分
を存在させて焼成を実施する、特許請求の範囲第
11または12項の複合体の製法。 14 該混合材料を加圧変形性容器中に封入して
焼成を実施する特許請求の範囲第11〜13項の
いづれかの複合体の製法。 15 該繊維材料が1〜50重量%そして該アパタ
イトが99〜50重量%の範囲である、特許請求の範
囲第11〜14項のいづれかの複合体の製法。 16 該アパタイトがその基本組成は下式で表わ
されそしてカルシウム対リンの原子比(Ca/P
比)は4/3〜11/6の範囲にあるアパタイトま
たはこれらの混合物である、特許請求の範囲第1
1〜15項のいづれかの複合体の製法。 Ca10(PO4)6Zm ここにZはOH、CO3、F、Clの一または二以
上から選ばれ、そしてmは原子価をみたす数であ
る。 17 該繊維材料が、短繊維、長繊維、繊維糸、
繊維束、ウール状繊維、不織布および/または織
布の形態である、特許請求の範囲第11〜16項
のいずれかの複合体の製法。 18 該アパタイトが本質的に水酸基のみを含有
する水酸アパタイトおよび/または該水酸基が小
量のCO3基にて置換されている水酸系アパタイト
である、特許請求の範囲第11〜17項のいづれ
かの複合体の製法。 19 該繊維材料が炭素、炭化珪素、ムライト、
シリカ、アルミナ、アパタイトガラス、およびチ
ツ化珪素の繊維材料から選ばれる、特許請求の範
囲第8項の複合体。 20 該複合体が生体用セラミツクスである、特
許請求の範囲第1〜19項のいづれかの複合体の
製法。 21 該焼成温度が700℃未満である、特許請求
の範囲第1〜20項のいづれかの複合体の製法。[Claims] 1. An effective amount of reinforcing mineral fiber material (excluding the case of carbon fiber alone), and a material that is in close contact with the fiber material and prevents moisture loss at a low temperature of less than 800°C under pressure. consisting essentially of a matrix amount of sintered apatite selected from hydroxyapatite, carbonate apatite, fluoroapatite, chlorapatite, and mixtures thereof, calcined under conditions that substantially prevent 1. A mineral fiber-apatite fired composite material, which forms a matrix material having a fine crystalline structure having a high strength, and is characterized in that the fiber material is substantially unmodified. 2. The composite of claim 1, wherein the fibrous material ranges from 1 to 50% by weight and the apatite ranges from 99 to 50% by weight. 3 The basic composition of the apatite is expressed by the following formula, and the atomic ratio of calcium to phosphorus (Ca/P ratio)
is an apatite or a mixture thereof in the range of 4/3 to 11/6, the complex of claim 1 or 2, Ca 10 (PO 4 ) 6 Zm where Z is OH, CO 3 , F, and Cl, and m is a number satisfying the valence. 4. The composite according to any one of claims 1 to 3, wherein the fibrous material is in the form of short fibers, long fibers, fiber yarns, fiber bundles, wool-like fibers, nonwoven fabrics, and/or woven fabrics. 5 The fiber material is mullite, silicon carbide, carbon, apatite glass, glass, silicon titanide, silica,
The composite according to any one of claims 1 to 4, which is selected from alumina fiber material and inorganic coated metal fiber. 6. A composite according to any one of claims 1 to 5, wherein the fibrous material is oriented in substantially one to three axes. 7. The composite of any of claims 1-6, wherein the composite material is substantially uniformly dispersed in a matrix. 8. Claims 1 to 7, wherein the apatite is hydroxyapatite essentially containing only hydroxyl groups and/or hydroxyapatite in which the hydroxyl groups are substituted with a small amount of CO3 group. Any complex. 9. The composite according to any one of claims 1 to 8, wherein the firing temperature is less than 700°C. 10. The composite according to any one of claims 1 to 9, which is a ceramic for living body. 11 A matrix amount of apatite raw material selected from the group consisting of hydroxyapatite, carbonate apatite, fluoroapatite, chlorapatite, mixtures thereof, and apatite precursor materials thereof and an effective amount of mineral fiber material for reinforcement (however, carbon fiber alone ) in substantially intimate contact under pressure at a temperature below 800°C and below the denaturation temperature of the fibrous material corresponding to at least the water of crystallization of the apatite. The sintered apatite matrix material has a fine crystalline structure with sufficient strength, and the fiber material is substantially unmodified. A method for producing a mineral fiber-apatite fired composite. 12. The method for producing a composite according to claim 11, wherein the firing step is carried out at a temperature range from 150°C to below the denaturation temperature of the fiber material under the firing conditions and under a pressure of 10 Kg/cm 2 or more. 13. The method for producing a composite according to claim 11 or 12, wherein the calcination is carried out in the presence of less than 20% water other than crystallization water of apatite. 14. The method for producing a composite according to any one of claims 11 to 13, wherein the mixed material is sealed in a pressurized deformable container and fired. 15. A method for making a composite according to any of claims 11 to 14, wherein the fibrous material ranges from 1 to 50% by weight and the apatite ranges from 99 to 50% by weight. 16 The basic composition of the apatite is expressed by the following formula, and the atomic ratio of calcium to phosphorus (Ca/P
Claim 1, wherein the ratio) is apatite in the range of 4/3 to 11/6 or a mixture thereof.
A method for producing a composite according to any one of items 1 to 15. Ca 10 (PO 4 ) 6 Zm where Z is selected from one or more of OH, CO 3 , F, and Cl, and m is a number satisfying the valence. 17 The fiber material is short fiber, long fiber, fiber yarn,
17. A method for producing a composite according to any one of claims 11 to 16, which is in the form of fiber bundles, wool-like fibers, non-woven fabrics and/or woven fabrics. 18 The apatite according to claims 11 to 17, wherein the apatite is a hydroxyapatite containing essentially only hydroxyl groups and/or a hydroxyapatite in which the hydroxyl group is substituted with a small amount of CO 3 group. A method for making any complex. 19 The fiber material is carbon, silicon carbide, mullite,
9. The composite of claim 8 selected from silica, alumina, apatite glass, and silicon titanide fibrous materials. 20. The method for producing a composite according to any one of claims 1 to 19, wherein the composite is a bioceramic. 21. The method for producing a composite according to any one of claims 1 to 20, wherein the firing temperature is less than 700°C.
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