Крижановська Олександра Сергіївна. Вирощування полікристалічних кальцій-фосфатних покриттів на поверхнях титану і сапфіру

brief description

Крижановська Олександра Сергіївна. Вирощування полікристалічних кальцій-фосфатних покриттів на поверхнях титану і сапфіру : дис... канд. техн. наук: 05.02.01 / НАН України; Інститут монокристалів. - Х., 2006.

Крижановська О. С., Вирощування полікристалічних кальцій-фосфатних покриттів на поверхні титану й сапфіру. Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.02.01. матеріалознавство. Інститут монокристалів НАН України, Харків, 2006.
Дисертація присвячена отриманню та дослідженню біосумісних полікристалічних кальцій-фосфатних покриттів з контрольованими властивостями для застосування при виготовленні косних імплантів. Для отримання покриттів було здійснено спрямовану кристалізацію фосфатів кальцію з водних розчинів в умовах постійного складу на поверхні титану і сапфіру. Вивчено вплив ростових умов (температури, перенасичення, виличини рН і ростового періоду) на фазовий склад і структурні характеристики кальцій-фосфатних покриттів. Отримано покриття складу: гідроксиапатит, гідроксиапатит / октакальцій фосфат, гідроксиапатит / октакальцій фосфат/ дікальцій фосфат дигідрат.
Механізми зародкоутворення і росту покриттів розглянуто в рамках класичної теорії кристалізації Арреніуса. Досліджено вплив швидкості росту покриттів в залежності від способу модифікації поверхні підкладки. Показано, що початковим етапом формування кальцій-фосфатних покриттів з водних розчинів є аморфний фосфат кальцию. Розроблено методи створення шарів, що модифікують інертну поверхню сапфіру, на основі боросилікатных біостекол, діоксиду кремнію й трикальцій фосфату, які забезпечують спрямоване зародкоутворення й ріст кальцій-фосфатних покриттів.

У дисертаційній роботі встановлено закономірності процесу спрямованої кристалізації кальцій-фосфатних покриттів з водних розчинів. Проаналізовано вплив ростових параметрів і способів модифікації підкладок на швидкість формування й властивості покриттів. Отримано наступні наукові й практичні результати:
1. На підставі аналізу отриманої діаграми спрямованої кристалізації покриттів з водних розчинів показано, що зміна рН робочого розчину при температурі 37 С дозволяє одержувати трифазні покриття ДКФД/ОКФ/ГАП (при рН < 7), двофазні покриття ОКФ/ГАП (7 рН < 8) і однофазні покриття ГАП (рН 8). Із збільшенням рН робочих розчинів у покриттях, що утворюються, збільшується зміст ГАП й зменшується зміст ОКФ. Величина рН істотно не впливає впливу на розмір кристалів ГАП уздовж кристалографічної осі «с».
2. Збільшення температури процесу в інтервалі від +15 до +45 C призводить до зменшення змісту АФК і збільшення ступеню криста-лічності покриттів.
3. Ефективна ширина метастабільної області робочих розчинів з збільшенням температури від +15 до +55 C зменшується з 1,5 до 0,3 одиниць lg(CCaCP), тому що при зниженні концентрації реагентів при підвищеній температурі відбувається різке зниження перенасичення.
4. За результатами мікродифракції й просвітчастої електронної мікроскопії на ранніх етапах росту покриттів встановлено, що попередня обробка оксигідроксидної титанової поверхні в концентрованих розчинах солей кальцію знижує передкристалізаційний період в 6 разів. Зниження концентрації робочого розчину в межах метастабільної області в 1,5 рази призводить до збільшення передкристалізаційного періоду в 3 рази.
5. На підставі аналізу кінетики зародкоутворення в процесі росту покриттів на поверхні титану показано, що даний процес може розглядатися в рамках класичної теорії кристалізації з пересичених розчинів. Величина міжфазної поверхневої енергії (s) системи «титанова підкладка/кальцій-фосфатний зародок» змінюється в межах 12 25 мДж/м2.
6. Запропоновано методи модифікації хімічно інертної поверхні сапфіру, за допомогою нанесення шарів на основі боросилікатних стекол, діоксиду кремнію й трикальцій фосфату, що забезпечують ефективне зародкоутворення й ріст із розчинів кальцій-фосфатних покриттів. Ступінь ефективності зародкоутворення визначено по розрахованих величинах міжфазної поверхневої енергії системи модифікована сапфірова поверхня/ кальцій-фосфатний зародок”. Найбільш ефективною є модифікація шаром, «боросиликатне скло/трикальцій фосфат»(s= 58,3 мДж/м2).