Файл: белорусский государственный технологический университет.docx

---

РАЗРАБОТКА СОСТАВОВ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПРОИЗВОДСТВА БИОАКТИВНЫХ КАЛЬЦИЙ-ФОСФАТНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Целью настоящего исследования является изучение возможности повышения прочностных характеристик кальций-фосфатной керамики за счет применения добавок оксида алюминия и пирофосфата кальция, полученных методом самораспространяющегося высокотемператур- ного синтеза (СВС) в растворе, установление влияния указанных ком- понентов на особенности формирования структуры и фазового состава материала.

Для приготовления реакционных растворов использовали следу- ющие химические реагенты: нитрат алюминия Al(NO₃)₃·9H₂O (ч.д.а., ГОСТ 3757) и карбамид CH₄N₂O (ч.д.а., ГОСТ 6691). Исходные твердо- фазные реагенты с соотношением восстановителя к окислителю φ = 1,00растворяли в дистиллированной воде и тщательно перемешивали. Синтез проводился при температуре 500–600 °С путем помещения рас- твора в нагретую муфельную печь в кварцевом стакане, где происхо- дила экзотермическая реакция. В результате реакции образовывался корунд α-Al₂O₃ (ДРОН-2, D8 ADVANCE Bruker). Электронная микро- скопия (JSM–5610 LV с системой химического анализа EDX JED–2201 JEOL) показала, что полученный материалы состоял из чешуйчатых аг- регатов, размер которых составлял 1–200 мкм.

Исходными компонентами для проведения СВС в растворе явля-

лись следующие: тетрагидрат нитрата кальция Ca((NO₃)₂)∙4Н₂О (х.ч., ГОСТ 4142); гидроортофосфат аммония (NH₄)₂HPO₄ марки А (ГОСТ 8515); 25 % водный раствор аммиака NH₄OH (ос.ч., ГОСТ 24147); азот- ная кислота HNO₃ (ГОСТ 4461); лимонная кислота C₆ H₈ O₇ (х.ч., ГОСТ 908). В стеклянный стакан объемом 500 мл сливались водные

---

растворы Са(NO₃)₂∙4H₂O концентрацией 0,12 г/мл, (NH₄)₂HPO₄ 0,13 г/мл и лимонной кислоты 0,19г/мл (φ = 1,50). Полученная смесь перемешивалась магнитной мешалкой в течение 10 мин при комнатной температуре. Далее с помощью NH₄OH рН раствора доводился до 9,5, после чего в него по каплям добавлялся раствор (NH₄)₂HPO₄. Затем об- разовавшийся белый осадок растворялся концентрированной HNO₃, а pH раствора доводился до 1. После этого прозрачный раствор выдер- живался в течение 2 ч при температуре 70^оС в сушильном шкафу SNOL 58/350 (Литва). При нагревании полученного раствора до 185–425 ⁰ C

происходило его воспламенение. С помощью рентгенофазового ана- лиза и электронной микроскопии установлено, что в синтезированных материалах идентифицируется пирофосфат кальция Ca₂P₂O₇, размер кристаллов – от 0,5 до 10 мкм.

Экспериментальные образцы готовились следующим образом. Смеси гидроксиапатита, полученного методом жидкофазного синтеза, и добавок подвергались совместному мокрому помолу в лабораторной шаровой мельнице BML-2 (DAIHAN) в течение 30–60 мин для гомоге- низации. Содержание добавок составляло 2,5–10,0 мас. % сверх 100 %. Влажность приготовленных керамических масс – 45,0 мас. %. Изделия формовались методом экструзии на 3D-принтере. Сформованные об- разцы подвергались сушке в сушильном шкафу SNOL 58/350 при тем- пературе 60±5 °С, а затем обжигу в электрической лабораторной печи SNOL 1,6,2,5.1/13,5-Y1 при температурах 500–1200 °С. Скорость набора температуры составляла 2–4 ⁰ С/мин. Выдержка при макси- мальной температуре – 60 мин.

В результате проведенных исследований получены пористые ке-

---

рамические материалы. Их физико-химические свойства определялись в соответствии с ГОСТ 30534, ГОСТ 2409, ГОСТ Р 57606 и приведены в таблице.

Таблица – Технологические и физико-химические свойства керамики полученной в температурном интервале обжига 500–1200 ℃

Применяемая до- бавка	Значение показателя
	водопо- глощение, %	открытая пористость, %	кажущаяся плотность, кг/м3	механическая прочность при сжатии, МПа	общая усадка, %
Без добавок	10,0–49,6	23,8–59,7	1200–2380	4,1–41,8	10,5–27,8
Оксид алюминия	29,7–53,3	47,5–62,1	1152–1602	2,7–14,3	9,6–18,4
Пирофосфат каль- ция	9,8–57,2	23,3–62,2	1076–2388	2,3–31,1	9,1–29,6

Как известно, для эффективного применения керамических мате- риалов в качестве имплантатов, они должны обладать требуемым раз- мером пор и относительно высокими прочностными характеристи- ками. Максимальными значениями механической прочности при сжа- тии обладает керамика без добавок, однако ее открытая пористость от- личается низкими значениями.

Поскольку благодаря пирофосфату кальция, введенному в коли- честве 10 мас.% сверх 100 %, при температуре обжига 1150 ℃ обеспе- чиваются одновременно сравнительно высокие значения открытой по- ристости – 36,9 % и механической прочности при сжатии – 18,3 МПа, в качестве

---

оптимальной выбрана данная добавка.

---