Влияние технологии изготовления на механические характеристики плотной ГА-керамики
Режим спекания и другие факторы |
Относител |
σсж, |
σизг, |
|
ьная плот- |
||
|
МПа |
МПа |
|
|
ность, % |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
Прессованный порошок после синтеза мокрым способом |
96,2 |
120 |
− |
с осаждением спекали при 1200 °С в течение 0,5 ч. |
|
|
|
Размер частиц ~ 2 мкм |
|
|
|
|
|
|
|
Отжатый осадок после синтеза мокрым способом с |
99,4…99,6 |
920 |
200 |
осаждением микрокристаллов размером 0,03 мкм |
|
|
|
спекали при 1000…1200 °С в течение 1 ч. Полученный |
|
|
|
порошок полупрозрачный. Размер частиц − 0,15…0,72 |
|
|
|
мкм |
|
|
|
|
|
|
|
Прессованный порошок после синтеза сухим способом |
95 |
130 |
− |
спекали при 1300 °С в течение 1 ч. Размер частиц − 10 |
|
|
|
мкм. Твердость по Виккерсу − HV = 3…4 ГПа |
|
|
|
|
|
|
|
Прессованный порошок после синтеза мокрым способом |
94,4…99,4 |
− |
− |
с осаждением спекали при 1050…1450 °С в течение 3 ч. |
|
|
|
Размер частиц − 0,8…12,0 мкм. Твердость по Виккерсу − |
|
|
|
HV = 5,20…6,50 ГПа |
|
|
|
|
|
|
|
Спекание при 1300 °С в течение 3 ч. Размер частиц − |
97,6 |
460…560 |
100…130 |
4…5 мкм. Предел прочности при кручении − τ = 67…82 |
|
|
6 |
МПа |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
изг, МПа
120
100
80
60
40
70 |
80 |
90 |
100 , % |
Рис. 9.1. Зависимость прочности при изгибе ГА-керамики от плотности
8
сж, МПа
200
160
120
80
40
0 |
20 40 60 80 , % |
Рис.9.2. Зависимость прочности при сжатии ГА-керамики от общей пористости
9
Пористая ГА
Степень пористости материала произвольно меняется до 50 % (и более) в результате применения водных растворов неорганических или органических соединений.
Пористые материалы хотя и обладают достаточной прочностью на сжатие, но имеют предел прочности при изгибе и ударную вязкость в два-три раза меньше необходимых значений.
Компенсация недостающей прочности достигается за счет пропитки полимером, способным растворяться в живом организме. В
итоге прочность возрастает в два-три раза.
10
В ряде случаев предпочтение может быть отдано пористой керамике, содержащей взаимопроникающие канальные поры. Такая керамика может быть использована для заполнения костных дефектов, например верхней суставной поверхности большеберцовой кости, или в системе доставки лекарственных препаратов. Взаимопроникающие поры должны иметь диаметр не менее 100…135 мкм, чтобы обеспечивать доступ крови к контактным поверхностям, а также прорастание и фиксацию костной ткани. Поры меньшего размера также необходимы, поскольку они способствуют повышению адсорбции
протеинов и адгезии остеогенных клеток.
11
Композиционные материалы на основе гидроксиапатита.
Применение ГА-керамики в хирургии часто невозможно изза недостаточности прочностных характеристик. Значительные перспективы для повышения механических свойств керамики имеют идеи формирования композиционных структур.
Введением соответствующих добавок в керамику можно улучшить механические характеристики, но при этом должны сохраняться ее биологические свойства, и в первую очередь – биосовместимость с тканью живого организма.
Композиционные материалы (КМ), содержащие ГА, подразделяют на две основные группы:
1) керамика, армированная дисперсными частицами, дискретными и непрерывными волокнами; 2) наполненные дисперсными частицами керамики
биосовместимые полимеры.
12
Формирование микроструктуры композиционных материалов. ГАполимер получают при вакуумной пропитке керамики водными растворами некоторых полимеров. Способ приготовления основан на инфильтрации раствора полимера (желатин и ПВС − синтетический
полимер (Поливиниловый спирт), с последующей сушкой композиции .
Вакуумметр
Вакуумный
насос
Раствор
полимера
Образец
Рис. 9.3 Схема установки для пропитки пористой керамики раствором полимера
13