Структурные изменения в образцах гидроксилапатита с различным содержанием примесей при отжиге в заданном интервале температур
Дипломная работа - Разное
Другие дипломы по предмету Разное
?коло 9,5Е. Образование ГА объясняется растворением АФК и последующей кристаллизацией ГА из раствора. Однако в последних работах, выполненных с применением техники атомного разрешения, утверждается, что кристаллизация ГА происходит путем структурной реорганизации кластеров внутри АФК и образования в нем дальнего порядка. Противоречивы также рентгеновские данные об АФК (неопределенность в положении диффузного максимума). К тому же, не установлен его химический состав: из АФК на ранних стадиях синтеза образуются различные продукты после термического отжига.
2.Показано, что наличие примесей СО32-, Cd2+, Mg2+, Y2+, F-, Sr2+ в образцах ГА приводит к изменению параметров решетки. Примеси карбонатных групп при замещениях СО32-РО43 - приводят к уменьшению параметра решетки а и возрастанию параметра с, а при замещениях СО32-ОН - к увеличению параметра решетки а и уменьшению параметра с. Примеси Cd2+, Mg2+, Y2+, F - уменьшают параметр решетки а и содействуют увеличению размера кристаллитов при спекании. Примеси Sr2+ увеличивают оба параметра а и с. Изменение параметров решетки объясняется различием ионных радиусов примесей и ионов кристаллической решетки ГА. В тоже время практически не изучено влияние примесей H2O, NH4+, HPO42 - и NO3-, изначально присутствующих в растворе при кристаллизации ГА. Имеющиеся сведения о влиянии карбонатных ионов на параметры кристаллической решетки ГА относятся к отдельным интервалам температур, что не позволяет представить общую картину изменения параметров после отжига в интервале температур от комнатной до 1200оС.
3.Спекание образцов ГА при введении примесей Al2O3, ZrO2, Ag, Si, F приводит к упрочнению образующейся керамики. Примеси Al2O3 в концентрации до 40 об. %, а также ZrO2 в концентрации до 20-60 об. %, увеличивают плотность, трещиностойкость, прочность на изгиб, твердость. Примеси Ag в концентрации до 25 об. % увеличивают прочность и уменьшают плотность, твердость. Примеси Si в концентрации до 0.16 вес. % и F в концентрации до 10 вес. % понижают температуру начала спекания. При этом примеси F увеличивают трещиностойкость, твердость и уменьшают плотность. Считается, что улучшение прочностных свойств происходит благодаря тому, что примесные частицы создают препятствия для распространения трещин в спеченных образцах ГА. Вместе с тем, практически отсутствуют работы, посвященные влиянию примесей, происхождение которых связано с условиями синтеза ГА. Особый интерес представляют решеточные замещения комплексными ионами, которые могут разлагаться в процессе отжига и влиять на вакансионную систему спекающегося тела. Практически отсутствуют работы, в которых описывается механизм спекания образцов ГА. Таким образом, в литературе отсутствуют систематические исследования, посвященные зависимости структурных характеристик образцов фосфатов кальция, содержащих примеси, от условий синтеза при различных температурах, а также отжигах в интервале температур 20-1200оС. Для решения этой задачи следовало:
Исследовать структурные изменения в процессе кристаллизации ГА;
Установить природу и происхождение примесных соединений и решеточных замещений в образцах ГА;
Изучить структурные изменения в образцах ГА нестехиометрического и стехиометрического состава после отжиге в интервале температур 20-1200оС;
Выяснить влияние примесей на спекание в образцах ГА.
Раздел 2. Материалы и методы исследования
2.1 Получение порошка гидроксилапатита
ГА осаждали из водного раствора (по Ярчо) [87]. Метод основан на химической реакции:
(2.1)
Раствор (NH4) 2HPO4 вводили капельным образом в раствор Ca (NO3) 2 в течение 40 мин (скорость 20 мл/мин), тщательно перемешивая реагирующую смесь; при этом pH смеси поддерживали вблизи значения 11 путем добавления NH4OH. После прокапывания коллоидный раствор при перемешивании выдерживали в течение суток для формирования ГА (так называемая стадия созревания).
При выборе масс реагентов исходили из того, что стехиометрическое атомное отношение Ca/P для ГА равно 1,67. Температура синтеза в большинстве опытов была равна комнатной (вблизи 20оС). Такие температуры химических реакций условно называют низкими. Для исследований, посвященных изучению решеточных изменений в ГА в процессе отжига и расчетов параметров решетки, синтез проводили при высокой температуре (96оС).
Осадок в реакторе появлялся сразу после смешивания исходных растворов. Отделение осадка от маточного раствора производили путем центрифугирования при 2800 об/мин в течение 20 мин. Очистку от примесей проводили путем промывки осадка в дистиллированной воде. Для этого осадок диспергировали в дистиллированной воде при помощи мешалки, и образовавшийся коллоидный раствор центрифугировали. Последующие промывки и центрифугирования проводили аналогичным образом. Всего проводили 4 цикла очистки. После завершения процедуры очистки осадок сушился при комнатной температуре в течение 3 суток. Для получения порошка после сушки продукт растирали в ступке пестиком и просеивали через 100 мкм сито.
.2 Получение аморфного фосфата кальция
Процедура состояла из нескольких этапов:
а)На первом этапе проводили собственно синтез АФК. Для этого готовили растворы нитрата кальция и гидрофосфата аммония. Как и прежде, массовое соотношение компонентов выбирали из такого расчета, чтобы молярное отношение Са/Р в реакционной смеси составляло 1,67. Синтез проводили путем быстрого смешивания раств?/p>