Структурные изменения в образцах гидроксилапатита с различным содержанием примесей при отжиге в заданном интервале температур
Дипломная работа - Разное
Другие дипломы по предмету Разное
ерамические материалы двух типов: однофазные пористые (пористость около 20%) и бифазные (ГА+?-ТКФ) плотные (пористость менее 8%). Благодаря эффекту активизации спекания, пористую керамику получали при температурах отжига 900-1000оС, т.е. на 200-300оС меньших, чем по известным способам. Функциональные характеристики керамических материалов удовлетворяли таковым для эффективных заменителей костной ткани.
Основные результаты исследований, представленные в разделе 5, опубликованы в [153-156].
Выводы
В работе системно исследованы структурные изменения в фосфатах кальция на основе гидроксилапатита, связанные с влиянием примесей, на стадиях осаждения из раствора, получения порошка, а также, его отжига и спекания в широком интервале температур. Получены такие основные научные и практические результаты:
.Решена задача по установлению особенности строения дифракционно-аморфного вещества, известного как аморфный фосфат кальция (АФК) на начальной стадии процесса кристаллизации ГА из раствора. Показано, что нанокластеры, которые составляют частицы АФК сразу после формирования, в процессе синтеза ГА переходят в элементарные ячейки ГА, затем - в нанокристаллы ГА размером в несколько параметров решетки. Отношение ГА/АФК в образовавшейся двухфазной смеси увеличивается с течением процесса. К концу фазового перехода начинается рост нанокристаллов ГА, что приводит к появлению дифракционных максимумов.
2.Предложены схема перехода АФК>ГА и возможный механизм роста ГА путем автоэпитаксии нанокристаллов ГА. Они качественно объясняют как результаты данной работы, так и последние сведения о формах нанокристаллов ГА и их образований, полученные с помощью техники атомного разрешения.
.Показано, что ограничение или, тем более, блокирование диффузии кальция и (или) гидроксильных групп в нанокластеры путем уменьшения содержания молекул воды в гидратированном слое тормозит их конверсию в ГА и позволяет сохранять кальций-фосфатный осадок (или порошок) в аморфном состоянии длительное время. Этот результат свидетельствует в пользу предложенной схемы фазового перехода.
.Исследованы морфологические и структурные особенности, а также примесный состав порошков ГА, полученных в результате синтеза при низкой (20оС) и высокой (96оС) температурах.
Частицы в порошках ГА характеризовались произвольной формой и широким интервалом размеров. Вместе с тем, все они состояли из наночастиц: округлых, размерами около 20 нм - в низкотемпературном порошке, и несколько удлиненных, размерами около 40 нм - в высокотемпературном. Размеры наночастиц совпадали со значениями ОКР в этих порошках. Таким образом, оба порошка были нанокристаллическими.
Установлена природа и происхождение примесей в порошках. Ключевой интерес представили решеточные примеси. В обоих порошках ими преимущественно оказались молекулы воды, захваченные в катионные позиции ("решеточная вода) и карбонатные ионы CO32-, которые замещали фосфатые группы PO43 - (В-тип замещения).
.Изучены изменения параметров решетки и фазовый состав в порошках ГА после отжига в интервале температур 20-1200оС.
Параметры решетки ГА в образцах низкотемпературного порошка, отожженных при 800-1200оС, были ниже их табличных значений. К тому же, при высоких температурах отжига часть ГА переходила в ?-ТКФ. Отсюда следовало, что порошок был нестехиометрическим и имел отношение Са/Р<1,67.
Впервые получена зависимость параметров решетки ГА от решеточных примесей после отжига в интервале температур 20-1200оС. Обнаружен немонотонный ход зависимости, который связан с определенными реакциями примесных ионов и выделением образующихся газообразных продуктов из решетки. В связи с примесными замещениями в обеих подрешетках отношение Са/Р в порошке оказалось близким к 1,67, и в результате высокотемпературного отжига (термического удаления примесей) образовался однофазный продукт из стехиометрического ГА.
.Обнаружен новый примесный эффект активизации спекания в твердом теле. Эффект заключается в ускорении спекания порошковых прессовок карбонизированного ГА в случае одновременного выделения газообразных продуктов из кристаллической решетки этого вещества. Механизм эффекта предположительно связан с увеличением концентрации вакансий в объеме кристалликов ГА за счет "примесных" вакансий, которые образуются в результате термического разложения карбонатных ионов и выделения продуктов разложения из решетки. Увеличение концентрации вакансий обусловливает интенсификацию диффузионных процессов, а значит - и спекания в прессовке.
7.Результаты работы были опорными в разработке новых биоактивных материалов на основе ГА. В частности, используя слабокарбонизированные высокодисперсные порошки ГА, были получены керамические материалы двух типов: однофазные пористые (пористость около 20%) и бифазные (ГА+?-ТКФ) плотные (пористость менее 8%). Благодаря эффекту активизации спекания, пористую керамику получали при температурах отжига 900-1000оС, т.е. на 200-300оС меньших, чем по известным способам. Функциональные характеристики керамических материалов удовлетворяли таковым для эффективных заменителей костной ткани.
Список использованных источников
1.Баринов С.М. Биокерамика на основе фосфатов кальция [текст] / С.М. Баринов, В.С. Комлев. - М.: Наука, 2005. - 204 с.
2.Posner A. S. Refinement of the hydroxyapatite structure [текст] / A. S. Posner, A. Perloff, A. F. Diorio // Acta Cryst. - 1958. - Vol.11. - P.308.
.Robinson R. A. An electron-microscopic study of the crystalline inorganic component of bone and its relat