Склад і структура кальцій-фосфатних покриттів на Ti3AlC2, отриманих золь-гель синтезом
Анотація
Кальцій-фосфатні матеріали протягом багатьох років широко використовуються в медичній практиці. Їхніми основними перевагами є висока біоактивність та інтеграція з твердими тканинами людини та тварин. Кальцій-фосфатні біоматеріали виготовляють у вигляді щільної кераміки різної форми та розмірів, цементів, порошків та голкоподібних кристалів ("вуса"). Незважаючи на високі механічні характеристики (твердість, компресійна міцність), кальцій-фосфатні кераміки переважно використовуються в ортопедії та стоматології переважно як наповнювачі дефектів кісток, утворених внаслідок травм, зламів або захворювань. Висока крихкість та низька тріщиностійкість кальцій-фосфатних біоматеріалів, нажаль, не дозволяють використовувати їх для заміщення кісток які мають високі механічні навантаження (наприклад заміна вдавлених зубів, операції на тазостегновому суглобі). Для вирішення таких завдань використовують металеві імпланти. Серед них найбільшого застосування набули сплави на основі Ti через його високі механічні характеристики, біосумісність, високу корозійну стійкість. Останнім часом в літературі з'явились дані про застосування МАХ фаз для медичних матеріалів. Проведено дослідження можливості ущільнення кераміки гідроксилапатиту завдяки створенню композиту на основі Ti3SiC2.
В даній роботі вперше отримано кальцій-фосфатні покриття на Ti3AlC2 підкладці методом золь-гелю. Досліджено вплив хімічного складу реактивів, часу нанесення покриття, температури синтезу на склад та структуру покриттів. Рентгеноструктурними дослідженнями показано, що покриття складаються з частинок розмірами 0.1-1 мкм. Основними кальцій-фосфатними фазами, з яких складаються покриття є CaHPO4 та b-Ca3(PO4)2. Встановлено, що товщина та фазовий склад покриттів залежать від часу нанесення покриття у кальцій-фосфатному розчині. Встановлено оптимальні умови формування покриттів.
Завантаження
Посилання
2. S. Zhang. Hydroxyapatite coatings for biomedical applications, CRC Press (2013), 463 p.
3. V. S. Gshalaev, A. C. Demirchan. Hydroxyapatite: Synthesis, Properties and Applications, Nova science publishers (2012), 493 p.
4. Y. Oshida. Hydroxyapatite: Synthesis and Applications, Momentum Press (2014), 220 p.
5. L. L. Hench. An introduction to bioceramics - 2nd edition, Imperial College Press (2013), 597 p.
6. J. Park, R. S. Lakes. Biomaterials. An Introduction, Springer (2010), 564 p.
7. B. Ben-Nissan. Advances in Calcium Phosphate Biomaterials, Springer (2014), 559 p.
8. K. de Groot. Bioceramics of calcium phosphate, CRC Press (1983), 153 p.
9. P. Van Landuyt, F. Li, J.P. Keustermans, J. M. Streydio, F. Delannay, E. Munting. The influence of high sintering temperatures on the mechanical properties of hydroxylapatite, J. Mater. Sci.: Mater. in Med.,6, 8 (1995).
10. M. Jarcho, C.H. Bolen, M.B. Thomas, J. Bobick, J.F. Kay, R.H. Doremus. Hydroxylapatite synthesis and characterization in dense polycrystalline form, J. Mater. Sci., 1976, 11, 2027.
11. R. Tolouei, R. Singh, I. Sopyan, T.C. Yong, M. Amiriyan, T.W. Dung. Dependence of the Fracture Toughness on the Sintering Time of Dense Hydroxyapatite Bioceramics, Mat. Sci. For., 694, 391 (2011).
12. A. Goharian, M.R. Abdullah. Bioinert Metals (Stainless Steel, Titanium, Cobalt Chromium),Trauma Plating Systems(2017), 115 p.
13. J. Enderle, J. Bronzino. Introduction to Biomedical Engineering, 3rd Edition, Academic Press, (2011), 1270 p.
14. N.F. Gao, Y. Miyamoto, H. Oonishi, D. Zhang. Investigation on the application of Ti3SiC2 ceramics for biomaterials, J. Mater. Sci. Lett., 21, 783 (2002).
15. T. L. Ngai, L. Lua, J. Chen, Junhong Zhang, Yuanyuan Li. Preparation of SiC reinforced Ti3SiC2-base composite and its biocompatibility evaluation, Ceram. Int., 40, 5343 (2014).
16. K. Chen, N. Qiu, Q. Deng, M.-H. Kang, H, Yang, J.-U. Baek, Y.-H. Koh, S. Du, Q. Huang, H.-E. Kim, Cytocompatibility of Ti3AlC2, Ti3SiC2, and Ti2AlN: In vitro Tests and First-principles Calculations, ACS Biomater. Sci. Eng., 3, 10, 2293, (2017).
17. M.W. Barsoum. The MN+1AXN Phases: A New Class of Solids, Frog. Solid St. Chem., 28, 201 (2000).
18. S.L. Shi, W. Pan, M.H. Fang, Z.Y. Fang. Reinforcement of Hydroxyapatite Bioceramic by Addition of Ti3SiC2, J. Am. Ceram. Soc., 89, 743 (2006).
19. S. L. Shi, W. Pan. Machinable Ti3SiC2/Hydroxyapatite Bioceramic Composites by Spark Plasma Sintering, J. Am. Ceram. Soc., 90, 3331 (2007).
20. Y.I. Boyko, V.V. Bogdanov, R.V. Vovk, E.S. Gevorkyan, V.A. Kolesnichenko, V.F. Korshak, T.A. Prikhna. Thermal and crack resistance of ceramics based on the MAX phase Ti3AlC2, Functional Materials, 25, 708 (2018).
21. A. Dehghanghadikolaei, B. FotovvatiCoating. Techniques for Functional Enhancement of Metal Implants for Bone Replacement: A Review, Materials, 12, 1795 (2019).
22. Z.Z. Zyman, D.V. Rokhmistrov, V.I. Glushko. Structural and compositional features of amorphous calcium phosphate at the early stage of precipitation, J. Mater. Sci: Mater. Med., 21, 123 (2010).
23. ICDD (2004). PDF-2 2004. International Centre for Diffraction Data, Newtown Square, PA, USA.
3.gif){kind=logo}
