Композиційні матеріали на основі гідроксилапатиту і ZrO₂, призначені для використання в напружених частинах скелету

Abstract

У статті розглянута можливость отримання композиційних матеріалів біомедичного призначення на основi гідроксилапатиту, які для підвищення тріщиностійкості і міцності армовані нанокристалічними частками ZrO₂, частково стабілізованого 3 мол. % Y₂О₃ або MgO. Визначені оптимальні співвідношення вихідних компонентів і режими термообробки композиційних матеріалів, які мають в 2 – 3 рази більш високий рівень тріщіностійкості у порівнянні з тріщиностійкістю неармованих матричних матеріалів. Визначено, що композиційні матеріали, які можуть бути отримані термообробкою (при 1150 – 1300 °С) сумішей попередньо синтезованого нанодисперсного Са₁₀(PO₄)₆(OH)₂ і нанокристалічного ZrO₂ тетрагональної модифікації, характеризуються біологічною сумісністю з кісткової тканиною (за рахунок вмісту Са₁₀(PO₄)₆(OH)₂) і інертністю по відношенню до рідинних середовищ організму (за рахунок вмісту ZrO₂).

The principles of obtaining calcium phosphate composite materials based on hydroxyapatite biomedical purpouse are considered in the article. These composites are reinforced with finely dispersed ZrO₂ watchlets, partially stabilized with 3 mol. % Y₂О₃, to improve strength and fracture toughness. The ZrO₂ nanoparticles have an average size of 40 – 90 nm. The compositions and foundations of the technology for the production of new 9 composite materials have been developed that have a 2 to 3 times higher strength level than the strength and crack resistance of unreinforced matrix materials. The optimum proportions of components in the composite material and the heat treatment regimes of the mixtures of the original components were determined. In particular, a calcium phosphate-based composite material can be obtained by heat treatment (at a temperature between 1150 °С and 1350 °С) of mixtures of a pre-synthesized nanodispersed powder of hydroxylapatite and partially stabilized zirconia nanopowder of tetragonal modification. The developed composite materials are characterized by biological compatibility from bone tissue (due to the content of hydroxyapatite) and inertness in relation to aggressive liquid media (due to the content of oxide ceramics).