Влияние условий синтеза и спекания нанопорошков гидроксиапатита на формирование микроструктуры и свойств керамики

• Автор: Петракова, Наталия Валерьевна
• Шифр специальности: 05.17.11
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 143 с. : ил.

Оглавление
Оглавление

Список используемых сокращений

Введение

Сведения из литературы

1 Керамика на основе гидроксиапатита как материал для костной имплантации

1.1 Биологический апатит

1.2 Кристаллохимические особенности ГА

1.3 Методы синтеза ГА

1.3.1 Осаждение из водных растворов солей

1.3.2 Механохимический синтез

1.4 Керамика на основе ГА
1.4.1 Методы получения
1.4.2 Свойства
1.5 Заключение и основные выводы
Экспериментальная часть
2 Материалы и методы экспериментов
2.1 Материалы и технология
2.2 Методы исследований
2.3 Обработка экспериментальных данных
Результаты исследований
3 Влияние метода и условий синтеза на характеристики нанопорошков ГА
3.1 Осаждение из водных растворов солей
3.1.1 Температура осаждения
3.1.2 Время старения осадка
3.1.3 Температурная обработка порошков
3.2 Механохимическая активация
3.2.1 Продолжительность синтеза
3.2.2 Условия старения

4 Влияние технологических факторов на формирование микроструктуры и механических свойств керамики из нанопорошков ГА
4.1 Условия прессования
4.2 Плотность полуфабриката
4.3 Дисперсность порошков
4.4 Условия спекания
4.4.1 Спекание в вакууме
4.4.2 Горячее прессование
4.5 Зависимость прочности керамики от размера кристаллов
5 Заключение и выводы
Литература
Список используемых сокращений
АФК - аморфный фосфат кальция;
ГА - гидроксиапатит;
ГГГ - горячее прессование;
ГСП - гидростатическое прессование;
ДКФД - дикальций фосфат дигидрат;
ДТА - дифференциально-термический анализ;
КГА - карбонат-замещенный гидроксиапатит;
ОКФ - октакальциевый фосфат;
ОКР - область когерентного рассеяния;
ПАВ — поверхностно-активные вещества;
ПР - произведение растворимости;
ПЭМ - просвечивающая электронная микроскопия; РФА - рентгенофазовый анализ;
СЭМ - сканирующая электронная микроскопия;
ТГ -термогравиметрия;
ТеКФ - тетракальций фосфат;
ТКФ - трикальций фосфат;
ФК - фосфаты кальция;
ЭДА - энергодисперсионный микроанализ;
можно описать логарифмическими уравнениями. Основные уравнения были предложены A.C. Бережным и М.Ю. Бальшиным, соответственно:
где Р - давление прессования, а, Ь - константы, определяемые свойством данного порошка, е - коэффициент пористости. Они хорошо описывают экспериментальные данные в интервале давлений 10-200 МПа, но при условиях Р—>0 и Р—>со теряют физический смысл. Обычно коэффициенты а и Ь лежат в пределах 23-80 и 3-10, соответственно. Чем меньше отношение этих параметров, тем выше способность порошков к уплотнению [106]. Также зависимость плотности прессовки от давления можно описать степенной функцией и экспоненциальной, однако, эти выражения являются менее распространёнными и менее надежными.
При прессовании нанопорошков возникают различные осложнения, связанные с низким уплотнением частиц вследствие значительного влияния сил трения между ними. Это связано с высокой поверхностной энергией частиц и высокой адсорбционной способностью [105]. Частицы образуют рыхлые агломераты, препятствующие их равномерному распределению в объеме и плотной упаковке. На поверхности наночастиц находится большое количество всевозможных дефектов, обусловленных наличием ненасыщенных ионов, анионно-катионных вакансий и избытков электронов [88]. Учитывая высокую шероховатость поверхности частиц нано-ГА и его гидрофильность в условиях даже невысокой влажности, агломераты порошка интенсивно захватывают молекулы воды из воздуха. При прессовании таких структур воздух и вода, находящиеся в порах, сжимаются, перераспределяются в объеме заготовки, в то время как их выход на поверхность затрудняется. При этом накапливаются механические напряжения, которые после снятия давления прессования реализуются в виде эффекта упругого расширения в различных направлениях, что служит одной из основных причин склонности к пере-прессовке наноразмерных порошков, в частности гидроксиапатита [107]. Существует несколько приёмов, которые позволяют преодолеть эту трудность - ис-
П = а~Ъ IgP, IgP = - Le + С,