Registration Number
0824U002727, PhD dissertation
Status
Доктор філософії
Date
04-09-2024
popup.evolution
o
Title
Physical properties and characteristics of calcium phosphates with impurities after annealing in the temperature range from 20 to 1400°С
Author
Karyna Sokol,
popup.head Ruslan Vovk
popup.opponent Leonid Sukhodub
popup.opponent Yuriy Prylutskyy
popup.review Volodymyr Sukhov
popup.review Mykola Tkachenko
popup.rada
V.N. Karazin Kharkiv National University
Description
Дисертація присвячена дослідженню фізичних властивостей та характеристик кальцій-фосфатних матеріалів, які містять домішки в інтервалі температур від кімнатної до 1400°С, який охоплює отримання кальцій фосфатних порошків та формування щільних та пористих керамік на основі фосфатів кальцію при високих температурах. Вперше отримані кальцій-фосфатні покриття шляхом осадження із водних розчинів на новий тип металевих підкладок із MАХ фази Ti3AlC2.
У першому розділі розглядаються кристалічні структури фосфатів кальцію, проводиться аналіз стехіометрії даних сполук, умови їхньої фазової рівноваги. У розділі ґрунтовно розглянуто механізми спікання кераміки, методи формування щільної та пористої кераміки. В частині розділу, присвяченій електричним властивостям кальцій-фосфатних матеріалів, розглядаються механізми переносу електричних зарядів. Також у даному розділі розглядаються методи формування кальцій-фосфатних покриттів на металевих підкладках.
Другий розділ дисертації присвячено методам отримання кальцій-фосфатних матеріалів та дослідженню фізичних властивостей та характеристик кальцій-фосфатних матеріалів. Детально описано апаратуру та методики, за якими проводяться вимірювання фізичних характеристик.
У третьому розділі дисертації представлено результати створення кальцій-фосфатних покриттів на підкладках із МАХ фази Ti3AlC2 шляхом осадження у водних розчинах. Дослідження проводилися окремо для гідроксиапатиту (Ca/Р=1,67) та інших фосфатів кальцію змінного хімічного складу (Ca/Р≠1,67).
У четвертому розділі розглянуто електричні характеристики кальційфосфатних матеріалів, які містять домішки в залежності від температури відпалу в інтервалі температур від кімнатної до 1200°C. Вперше було продемонстровано, що домішки в зразках гідроксиапатиту впливають на хід температурної залежності електричного опору при постійному струмі. Проведено ідентифікацію таких домішок.
П’ятий розділ дисертації присвячено дослідженням процесів спікання кальцій-фосфатних матеріалів. Встановлено, що спікання фосфатів кальцію відбувається за механізмами поверхневої дифузії та межами зерен.
Головні наукові результати, отримані у роботі, є наступними.
1. Отримано кальцій-фосфатні покриття на підкладках Ti3AlC2 золь-гель методом. Показано, що фазовий склад покриттів залежить від часу витримки зразків у розчині фосфату кальцію.
2. Показано, що оптимальними умовами для формування кальцій-фосфатного покриття на підкладках Ti3AlC2 є занурення підкладки у розчин фосфатів кальцію упродовж 24 годин. Покриття мають пористу структуру, яка повинна сприяти утворенню щільного контакту металевих імплантатів з кісткою.
3. Показано, що зміни електричної ємності, електричного опору, а також діелектричної проникності зразків у залежності від температури відпалу пов’язані із розкладанням і взаємодією домішок: десорбцією води з поверхні наночастинок КФМ, а також із кристалічної ґратки, розкладанням HPO42- та взаємодією отриманих продуктів із СО32-, а також відбуваються в наслідок вивільнення СО2 з кристалічної ґратки гідроксиапатиту.
4. Показано, що електричний опір зразків при постійному струмі суттєво залежить від наявності домішок у зразках фосфатів кальцію, які призводять до появи мінімумів на відповідних залежностях. Основними носіями електричного заряду в зразках є ОН-, а також іони домішок (NH4+, СО32-, P2O74-), які утворюються на етапі синтезу фосфатів кальцію.
5. Визначено енергію активації процесів переносу іонів у зразках гідроксиапатиту із домішками при високих температурах.
6. Вперше показано, що залежності лінійної та об’ємної усадки, густини та мікротвердості за Віккерсом мають немонотонний вигляд, який пов’язаний з наявністю домішок як у вигляді окремих фаз, так і у вигляді іонів, розташованих у кристалічній ґратці гідроксиапатиту.
7. Показано, що спікання зразків гідроксиапатиту із домішками відбувається за механізмом ґраткової дифузії з поверхні та дифузії межами зерен.
8. Розраховано енергії активації росту кристалітів гідроксиапатиту із домішками під час спікання зразків. Значення енергії активації зразків ГА добре узгоджуються з наведеними в літературі даними для росту частинок КФМ.
Registration Date
2024-07-24
popup.nrat_date
2024-10-18 / 2026-07-01
