8.4. Механические свойства кальцийфосфатных материалов
Коммерческие кальций фосфатные (КФ) материалы подразделяются на керамику, некерамические материалы, материалы из натуральных продуктов и стеклокерамику.
8.4.1. Пористая керамика из гидроксиапатита
Биомеханические свойства спеченной и пористой ГА керамики зависят от степени пористости и размеров пор, которые могут достигать более 200 – 500 мкм. Биомеханические свойства ГА керамики из кораллов являются анизотропными. Керамика из кораллов более хрупкая, чем пористые материалы, полученные из костной ткани или искусственным путем.
24
Область применения пористой КФ керамики пока ограничивается только пластической и заместительной хирургией.
Механические свойства КФ биокерамики (низкая прочность на растяжение и сопротивлению удару, хрупкость и др.) не позволяют использовать ее для изготовления имплантатов (табл. 8.5). Обычно ее используют в сочетании в виде композитов либо покрытий на различных металлах и их сплавах.
25
Одноосное растяжение образца – простейшее испытание, но на практике очень трудно реализуемое при испытании хрупких материалов.
Трудно обеспечить соосность линии действия сил и оси образца.
На результаты испытаний может влиять концентрация напряжений в зонах перехода от рабочей части образца к головкам образца. Необходимо предусмотреть галтели с большим радиусом кривизны одинакового размера.
Непростой является и задача закрепления хрупкого образца в захватах разрывной машины, требуются специальные прокладки.
Неточности, которые приводят появлению моментов, связаны с неточностью изготовления образцов и приложения сил (см. следующий рисунок).
27
Источники погрешностей испытаний при одноосном растяжении |
28 |
|
|
|
|
Диаметральное сжатие силами вдоль образующей цилиндрического образца, (разрушение вдоль вертикального диаметра)
= 2Р/ dh
29
p – давление, R - срединный радиус образца, h – толщина стенки образца,
R/h > 10
Схема испытания трубчатого образца внутренним давлением
30
Таблица 8.5 Биомеханические свойства пористой ГА керамики из кораллов
Свойство |
Ориентация |
Среднее |
Диапазон |
|
нагрузки |
значени |
|
|
|
е |
|
|
|
|
|
Прочность |
Параллельно |
9,30 |
6,87 – 11,56 |
при |
Перпендикулярн |
4,32 |
1,77 – 6,64 |
дроблении, |
о |
|
|
МПа |
|
|
|
|
|
|
|
Предел |
Перпендикулярн |
373 |
251 – 544 |
прочности |
о |
|
|
10-4, Па |
|
|
|
Жесткость |
Перпендикулярн |
8300 |
3310 – 11470 |
(Н/см) |
о |
|
|
|
|
|
|
Модуль |
|
|
5,2 – 6,0 |
Юнга 10-5, Па |
|
|
|
|
|
|
31 |
Композиционные материалы – стеклокерамики.
Эти композиционые материалы нашли самое широкое применение в медицине в качестве замещающего или пластического материала. Так,
Bioverit используется для пластики корней зубов,
позвоночника и косточек среднего уха,
Cervital – косточек среднего уха и замещения костей верхней челюсти, Cerbone A-W – корней зубов,
костей позвоночника, таза, межпозвонковых дисков.
32
Таблица 8.6
Механические свойства биоактивных стекол, стеклокерамики и гидроксиапатитной керамики
Показатели |
Bioglass |
Cervital |
Carabone A-W |
Bioverit |
ГА |
|
|
|
KGS |
стеклокерамик |
|
|
|
|
|
|
а |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Na2O– |
ГА+ |
38% ГА |
- |
|
|
|
CaO– |
стекло- |
+ 34% |
волласто- |
|
|
|
P2O5– |
Матрикс |
нита |
|
|
|
|
SiO2 |
|
+ 28% |
стекло- |
|
|
|
стекло |
|
матрикса |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
2 |
3 |
|
4 |
5 |
6 |
Плотность, |
- |
- |
3,07 |
2,8 |
3,16 |
|
г/см3 |
|
|
|
|
|
|
Прочность на |
- |
500 |
80 |
500 |
500–1000 |
|
сжатие, MПa |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Прочность на |
42 |
100– |
215 |
100–160 |
115–200 |
|
изгиб, MПa |
|
150 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Модуль Юнга, ГПа |
35 |
- |
118 |
77–88 |
80–110 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Предел |
- |
- |
2,0 |
0,5–1,0 |
1,0 |
|
прочности, МПа |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Твердость по |
- |
- |
680 |
500 |
600 |
33 |
Виккерсу, HV, МПа |
|
|
|
|
|
|