RU2585954C1 - Композиционный материал на основе фторгидроксиапатита и частично стабилизированного диоксида циркония для замещения костных дефектов - Google Patents
Композиционный материал на основе фторгидроксиапатита и частично стабилизированного диоксида циркония для замещения костных дефектов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2585954C1 RU2585954C1 RU2014150460/15A RU2014150460A RU2585954C1 RU 2585954 C1 RU2585954 C1 RU 2585954C1 RU 2014150460/15 A RU2014150460/15 A RU 2014150460/15A RU 2014150460 A RU2014150460 A RU 2014150460A RU 2585954 C1 RU2585954 C1 RU 2585954C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- fluorohydroxyapatite
- mpa
- composite material
- strength
- sintering
- Prior art date
Links
Landscapes
- Materials For Medical Uses (AREA)
Abstract
Изобретение относится к медицине, в частности биокерамическим материалам, предназначенным для изготовления костных имплантатов и/или замещения дефектов при различных костных патологиях. Техническим результатом изобретения является увеличение прочности материалов в системе 40-60 масс. % фторгидроксиапатит - 40-60 масс. % диоксид циркония, содержащих от 2 до 5 масс. % спекающей добавки. В результате использования добавки спекание проходило при низких температурах 1300-1330°C, что позволило сохранить исходный фазовый состав и получить композиционный материал с высокими механическими характеристиками: прочностью при изгибе не менее 300 МПа и трещиностойкостью не менее 4 МПа*м1/2. Высокая прочность композиционных материалов позволяет использовать их для получения имплантатов, способных нести физиологические нагрузки в организме. 1 пр., 1 табл.
Description
Изобретение относится к медицине и касается композиционных керамических материалов для замещения костных дефектов.
Наиболее близок к естественной костной ткани по своему химическому составу гидроксиапатит (ГА). Однако керамические материалы на его основе характеризуются низкой прочностью и трещиностойкостью, что ограничивает их применение в качестве конструкционных костных имплантатов. Решить эту проблему возможно за счет создания композитов на основе гидроксиапатита, содержащих высокопрочную биоинертную вторую фазу - ZrO2. Получить подобные композиты технологически сложно вследствие взаимодействия между ГА и ZrO2, что препятствует получению прочных и плотных композитов [Z. EVIS, С. ERGUN H. DOREMUS Hydroxylapatite-zirconia composites: Thermal stability of phases and sinterability as related to the CaO-ZrO2 phase diagram J. Materials science 40 (2005) 1127-1134]. Использование вместо ГА фторгидрокстиапатита (ФГА) способствует повышению термической стойкости композитов. Это позволяет сохранять исходный фазовый состав материалов на основе системы ΦΓΑ-ΖrO2 и достичь более высоких механических свойств.
Наиболее близким по техническому решению и достигаемому эффекту является композиционный материал следующего состава 60 об. % ФГА - 40 об. % ZrO2 [Hae-Won Kim, Young-Min Kong, Young-Hag Koh, Hyoun-Ee Kim Pressureless Sintering and Mechanical and Biological Properties of Fluor-hydroxyapatite Composites with Zirconia J. Am. Ceram. Soc, 86 [12] 2019-26 (2003)], что составляет 43 масс. % ФГА и 57 масс. % ZrO2. При этом ZrO2 (частично стабилизированный) в качестве стабилизирующей фазы содержит оксид иттрия в количестве 3 мол. %, а в ФГА анионы ОН- на 80% замещены на анионы F-. Недостатком данного материала является низкая прочность 220 МПа при изгибе и трещиностойкость 2,5 МПа*м1/2, а также высокое содержание фтора, что может приводить к флюорозу (при замещении анионов ОН- на ионы F- более чем на 10% [Баринов С.М., Комлев B.C. Биокерамика на основе фосфатов кальция; Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН. - 2-е изд. - М.: Наука, 2014].
Задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, заключается в создании композиционного материала на основе фторгидроксиапатита - диоксида циркония, спекающегося до плотного состояния (открытая пористость менее 2%).
Техническим результатом изобретения является повышение механических свойств: прочность при изгибе не менее 300 МПа и трещиностойкость не менее 4 МПа*м1/2.
Технический результат достигается тем, что композиционный материал на основе фторгидроксиапатита и частично стабилизированного диоксида циркония для замещения костных дефектов содержит добавку, способствующую спеканию при следующих соотношениях компонентов в материале, масс. %:
фторгидроксиапатит (замещение анионов ОН- на ионы F- в количестве 10%) - 40-60, частично стабилизированный диоксид циркония (содержание оксида иттрия 3 мол. %) - 40-60 и добавка силикат натрия в количестве 2-5 масс. %, взятом сверх 100% по отношению к фторгидроксиапатиту и диоксиду циркония, при этом получаемый материал после спекания характеризуется прочностью при изгибе не менее 300 МПа, трещиностойкостью не менее 4 МПа*м1/2 и открытой пористостью менее 2%.
Керамический материал указанного состава неизвестен. При спекании добавка (силикат натрия, температура плавления около 1070-1120°C) образует низкотемпературный расплав, что способствует спеканию композиционного материала по жидкофазному механизму. В результате спекание до плотного состояния (открытая пористость менее 2%) становится возможным при низких температурах 1300-1330°C, что позволяет сохранить исходный фазовый состав композиционного материала - ZrO2 - ФГА и получить высокие механические свойства (прочность при изгибе, трещиностойкость). При более высоких температурах между компонентами происходит реакция, в результате которой образуются цирконаты кальция, обладающие более низкой механической прочностью и биологическими свойствами. При снижении температуры спекания ниже 1300°C материал получается пористым с низкой прочностью. При увеличении в композите диоксида циркония более 60 масс. % и при содержании его до 40 масс. % материал получается с прочностью меньше 300 МПа. При использовании добавки менее 2 масс. % материал имеет высокую открытую пористость, что приводит к снижению прочности материала, а при более 5 масс. % в материале образуется большое количество жидкой фазы, что приводит к деформации образцов при спекании.
Пример 1. Композиционную керамику получали механическим смешением компонентов. Для этого смешивали 40 г порошка ФГА (замещение анионов ОН- на ионы F- в количестве 10%) и 60 г порошка частично стабилизированного диоксида циркония (содержание оксида иттрия 3 мол. %) с последующим введением добавки силиката натрия в количестве 5 г (5 масс. % сверх 100% по отношению к смеси порошков ΦΓΑ-ZrO2). После прессования порошков полученные образцы спекали при температуре 1300°C. В результате получали композиционный материал состава 40% ФГА и 60% ZrO2, содержащий добавку силиката натрия 5 масс. % сверх 100% по отношению к ФГА-ZrO2 с открытой пористостью менее 2%, прочностью при изгибе 370 МПа и трещиностойкостью 5,7 МПа*м1/2. Были изготовлены образцы композиционной керамики, имеющие составы в пределах заявленных, и определены их свойства в сравнении с прототипом. Полученные результаты сведены в таблицу.
Claims (1)
- Композиционный материал на основе фторгидроксиапатита и частично стабилизированного диоксида циркония для замещения костных дефектов, содержащий добавку при следующих соотношениях компонентов в материале, масс. %:
фторгидроксиапатит (замещение анионов OH- на ионы F- в количестве 10%) - 40-60,
частично стабилизированный диоксид циркония (содержание оксида иттрия 3 мол. %) - 40-60
и добавка силикат натрия в количестве 2-5 масс. %, взятом сверх 100% по отношению к фторгидроксиапатиту и диоксиду циркония, при этом получаемый материал после спекания характеризуется прочностью при изгибе не менее 300 МПа, трещиностойкостью не менее 4 МПа*м1/2 и открытой пористостью менее 2%.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014150460/15A RU2585954C1 (ru) | 2014-12-15 | 2014-12-15 | Композиционный материал на основе фторгидроксиапатита и частично стабилизированного диоксида циркония для замещения костных дефектов |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014150460/15A RU2585954C1 (ru) | 2014-12-15 | 2014-12-15 | Композиционный материал на основе фторгидроксиапатита и частично стабилизированного диоксида циркония для замещения костных дефектов |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2585954C1 true RU2585954C1 (ru) | 2016-06-10 |
Family
ID=56115209
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014150460/15A RU2585954C1 (ru) | 2014-12-15 | 2014-12-15 | Композиционный материал на основе фторгидроксиапатита и частично стабилизированного диоксида циркония для замещения костных дефектов |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2585954C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2771382C1 (ru) * | 2021-05-25 | 2022-05-04 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии твердого тела Уральского отделения Российской академии наук | Композиционный материал на основе гидроксиапатита для костных имплантатов и способ его получения |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0328041A2 (en) * | 1988-02-08 | 1989-08-16 | Mitsubishi Chemical Corporation | Ceramic implant and process for its production |
RU2132202C1 (ru) * | 1996-08-26 | 1999-06-27 | Институт физики прочности и материаловедения СО РАН | Металлокерамический биоимплантат на основе диоксида циркония |
-
2014
- 2014-12-15 RU RU2014150460/15A patent/RU2585954C1/ru active
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0328041A2 (en) * | 1988-02-08 | 1989-08-16 | Mitsubishi Chemical Corporation | Ceramic implant and process for its production |
RU2132202C1 (ru) * | 1996-08-26 | 1999-06-27 | Институт физики прочности и материаловедения СО РАН | Металлокерамический биоимплантат на основе диоксида циркония |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Hae-Won Kim, Young-Min Kong, Young-Hag Koh, Hyoun-Ee Kim Pressureless Sintering and Mechanical and Biological Properties of Fluor-hydroxyapatite Composites with Zirconia J. Am. Ceram. Soc, 86 [12] 2019-26 (2003). Z. EVIS, С. ERGUN H. DOREMUS Hydroxylapatite-zirconia composites: Thermal stability of phases and sinterability as related to the CaO-ZrO2 phase diagram J. Materials science 40 (2005) 1127-1134. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2771382C1 (ru) * | 2021-05-25 | 2022-05-04 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии твердого тела Уральского отделения Российской академии наук | Композиционный материал на основе гидроксиапатита для костных имплантатов и способ его получения |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2005082459A (ja) | 複合セラミックスおよびその製法 | |
Vasanthavel et al. | Stabilization of at-ZrO 2 polymorph in a glassy SiO 2 matrix at elevated temperatures accomplished by ceria additions | |
RU2476406C2 (ru) | Способ получения пористого керамического материала | |
Nandha Kumar et al. | Formation mechanisms in β-Ca3 (PO4) 2–ZnO composites: structural repercussions of composition and heat treatments | |
RU2585954C1 (ru) | Композиционный материал на основе фторгидроксиапатита и частично стабилизированного диоксида циркония для замещения костных дефектов | |
JP6035627B2 (ja) | β型リン酸三カルシウムからなる生体材料 | |
JP6109773B2 (ja) | 生体材料セラミックス焼結体及びその製造方法 | |
RU2675391C1 (ru) | Керамический материал с низкой температурой спекания на основе диоксида циркония тетрагональной модификации | |
Ganesh et al. | Influence of chemical composition on sintering ability of ZTA ceramics consolidated from freeze dried granules | |
Smirnov et al. | Study of liquid-phase sintering of materials based on zirconium dioxide containing alumina | |
Smirnov et al. | Evolution of the microstructure and phase composition of materials based on the fluorohydroxyapatite–zirconia–alumina system during sintering | |
Ertuğ et al. | The Effect of Mechanical Alloying on the Microhardness and Fracture Toughness of BaTiO_3 | |
JP5898877B2 (ja) | β型リン酸三カルシウムからなる生体材料セラミックス及びその製造方法 | |
Lee et al. | Sintering behaviour of forsterite bioceramics | |
Wang et al. | Effect of titanium addition on thermal stability of hydroxyapatite/zirconia nanocomposite | |
RU2428206C1 (ru) | Низкотемпературная фторгидроксиапатитовая керамика для реконструкции костных дефектов | |
JP6320872B2 (ja) | 中空粒子および中空粒子を含む断熱材 | |
Yoon et al. | The Role of MgAl2O4 Powder Packing on Phase Stability of Hydroxyapatite During Sintering | |
JP6221663B2 (ja) | ジルコニア粉末 | |
Leong et al. | A review: Effect of sintering method on the decomposition of hydroxyapatite and density of hydroxyapatite zirconia composites | |
JP2010248051A (ja) | アルミナ−ジルコニア複合焼結体 | |
RU2555348C1 (ru) | Способ получения пористых керамических гранул на основе карбоната кальция и гидроксиапатита и/или карбонатгидроксиапатита для заполнения костных дефектов при реконструктивно-пластических операциях | |
Bulut et al. | Characterization and Bioactivity of Hydroxyapatite-ZrO2 Composites with Commercial Inert Glass (CIG) Addition | |
RU2597905C1 (ru) | Стеклокристаллический материал | |
Yeo et al. | Effects of bismuth oxide on the properties of calcium phosphate bioceramics |