Биокерамика на основе фосфатов кальция
Методическое пособие - Химия
Другие методички по предмету Химия
?ения зависит от содержания карбонат-ионов: при содержаниях СО32- более 4 масс.% они предпочтительно занимают Б-позиции в структуре КГА.
КГА может быть получен из оксида кальция, кислого фосфата аммония и карбоната аммония в условиях твердо-жидкофазного взаимодействия [165]. Исходные ингредиенты в твердом состоянии смешивают в планетарной мельнице в расчетном соотношении, эквивалентном КГА заданной степени замещения. Затем к смеси добавляют воду и продолжают смешение в течение 30 мин. Смесь помещают в микроволновую печь (частота 2,45 ГГц, мощность 630 Вт) на 40 мин, поскольку известно ускоряющее воздействие микроволнового излучения на процесс синтеза КГА [166]. Продукт реакции подвергают термообработке на воздухе при 3000С для кристаллизации КГА.
Существует мнение, что компенсация дефицита заряда катионом щелочного металла или аммония при введении карбонат групп в положение Б не является обязательной [159]. Зарядовое соотношение может быть обеспечено в результате образования вакансий по кальцию в структуре КГА. Исходя из этой предпосылки, авторы работы [159] предложили метод синтеза КГА АБ-типа, в котором расчетное соотношение Са/Р a priori больше 1,67. Готовили суспензию 0,528 моля Са(ОН)2 в 1 л деионизованной воды. Карбонат-группы вводили барботированием СО2 через 0,75 л воды в течение 30 мин, при этом значение рН изменялось от 7 до примерно 4. К обработанной таким образом воде добавляли 0,3 моля Н3РО4 и доводили водой объем до 1 л. Фосфатно-карбонатный раствор покапельно вводили в суспензию гидроксида кальция при непрерывном перемешивании в течение 3 ч при комнатной температуре. Значение рН смеси был больше 9 за счет избытка Са(ОН)2, поэтому не требовалось введения аммиака. После перемешивания в течение 2 ч смесь старили в течение суток, осадок отфильтровывали и сушили при 800С.
Синтез КГА осаждением в жидкости, моделирующей внеклеточную жидкость организма (СБФ) и в присутствие мочевины (H2NCONH2), описан в работе [167]. В качестве исходных реагентов использовали Ca(NO3)24H2O и (NH4)2HPO4. Готовили 9,5М раствор мочевины в СБФ, который выдерживали при 850С в течение суток. Добавлением аммиака значение рН раствора снижали с 9 до 7,4. Применяли 2 схемы осаждения. Согласно первой из них, 204 мл СБФ смешивали с приготовленным раствором мочевины, затем к раствору при 370С добавляли 1,583 г (NH4)2HPO4 и 5,1 г Ca(NO3)24H2O. После перемешивания к смеси добавляли покапельно аммиак для доведения рН до 7,4 и обрабатывали ультразвуком. Осадок промывали и сушили при 800С. Вторая схема отличалась от первой тем, что первоначально смешивали 148,9 мл 0,218М раствора Ca(NO3)24H2O с 23 мл раствора мочевины, а затем к этой смеси прибавляли покапельно 211,4 мл 0,085М раствора (NH4)2HPO4. Величину рН поддерживали на уровне 7,4 добавлением аммиака. Получены карбонат-содержащие ГА высокой термической стабильности. Полагают, что высокая ионность среды (СБФ), в которой проводится осаждение, способствует нуклеации осаждения апатита при столь низком значении рН.
В работе [168] проводили осаждение КГА в растворе, содержащем ионы Ti4+. Раствор 5,2 г Na2HPO47H2O в 200 мл дист. воды прибавляли покапельно к раствору 14,5 г Ca(NO3)24H2O в 200 мл дист. воды при 85-900С. Карбонат-ионы вводили добавлением 0-5 мл 1М раствора NaHCO3, ионы титана - покапельным, с малой скоростью (во избежание прямого гидролиза титана и формирования диоксида титана) прибавлением раствора NH4TiF6 концентрации 980 мг/л. Значение рН поддерживали на уровне 7,0 добавлением NaOH. После 2 часов осаждения температуру системы повышали до точки кипения и оставляли на 2 ч. Фильтрат сушили при 1200С на воздухе. Порошки имели пластинчатую морфологию с длиной пластин на уровне десятков нанометров и толщиной - менее 10 нм. Структура порошков - аморфизированная. Установлено, что титан оказывает дестабилизирующее действие на апатит.
Таким образом, существует множество способов синтеза карбонат-замещенных гидроксиапатитов, обеспечивающих возможность получения порошков различной морфологии, степени кристалличности и размеров. Важной проблемой для получения керамики из таких порошков является их термическая стабильность, существенно снижающаяся при введении карбонат-групп в структуру.
Синтез многокомпонентных фаз на основе гидроксиапатита
Повышение механических свойств многих керамических материалов достигается введением в керамическую матрицу добавок тонкодисперсного ZrO2 тетрагональной модификации в сочетании со стабилизирующими эту фазу диоксида циркония добавками Y2O3, MgO, СеО2 [169,170]. Эффект повышения прочности и трещиностойкости обусловлен мартенситным превращением частиц диоксида циркония из тетрагональной в моноклинную модификацию, происходящим с положительным дилатометрическим эффектом и создающим поля сжимающих напряжений в матрице. Обычно дисперсные частицы диоксида циркония вводят простым механическим смешением с матричным материалом.
В качестве альтернативы, В.П. Орловским с сотр. разработаны основы метода совместного осаждения ГА с диоксидом циркония [171,172]. Синтезированы смеси ГА с гидроксидами циркония, иттрия и алюминия, которые отличаются высокой дисперсностью, равномерным распределением осажденных компонентов. Из таких порошков, полученных прокаливанием смесей ГА и гидроксидов, формируют керамику с высокими механическими характеристиками.
Изучены условия совместного осаждения ГА и гидроксидов циркония, иттрия и алюминия в системах
CaCl2 - Zr(OH)2Cl2 - (NH4)2HPO4 - NH3 - H2O (40)
CaCl2 - Zr(OH)2Cl2 -YCl3- (NH4)2HPO4 - NH3 - H2O (41)
CaCl2 - AlCl3 - (NH4)2HPO4 - NH3 - H2O (42)
CaCl2 - Zr(OH)2Cl2 - AlCl3 - (NH4)2HPO4 - NH3 - H2O (43)
методами растворимос?/p>