Томские ученые представили метод улучшения сырья для имплантатов
Специалисты из Томского политеха совместно с Томским научным центром Сибирского отделения Российской академии наук разработали новый способ получения сырья для форстеритовой керамики. Этот материал востребован в производстве огнеупоров, медицинских изделий и электронных компонентов. Ученые создали частицы, которые обеспечивают формирование прочных и плотных керамических заготовок.
Как сообщает пресс-служба вуза, основная цель заключалась в поиске оптимального метода синтеза форстерита. Это соединение магния, кремния и кислорода ценится за свою высокую огнеупорность и биосовместимость, однако традиционные технологии часто приводят к получению неоднородного сырья, что затрудняет формовку. Исследователи применили золь-гель метод, используя тетраэтоксисилан, нитрат магния и полиэтиленгликоль, а процесс проходил в растворе азотной кислоты.
«Золь-гель методы обычно используются для получения наночастиц, которые, несмотря на высокую активность, плохо формируются и не подходят для создания керамических изделий сложной формы. Мы частично восполнили этот пробел, адаптировав метод для синтеза сферических частиц биоактивных стекол. Ключевой задачей было найти условия синтеза, которые позволили бы сохранить сферическую форму частиц и соблюсти стехиометрию форстерита с соотношением магния и кремния 2:1», — пояснил ассистент Научно-образовательного центра Н.М. Кижнера ТПУ Александр Меженин.
В ходе экспериментов ученые изучили процесс формирования частиц в растворе. Выяснилось, что при неправильно подобранных условиях сферы сливаются в крупные капли размером до 50 микрометров, что ухудшает свойства порошка. Также промывка высушенных гелей в изопропиловом спирте оказалась нежелательной, так как она вымывала часть нитрата магния и нарушала химический состав. Оптимизация методики позволила устранить эти недостатки.
В результате специалисты получили порошок, который более корректно называть полусферическим. По словам Меженина, идеальные микросферы составляют около половины всех частиц, а остальная часть — субмикроскопические частицы оксида магния. Тем не менее, даже в таком виде материал демонстрирует хорошую формуемость и позволяет создавать качественную плотную керамику.
Из полученного сырья ученые спрессовали образцы и спекли их при температурах от 1300 до 1600 градусов Цельсия. Исследования показали, что керамика имеет чистый форстеритовый состав, открытой пористостью 1,3% и относительной плотностью 91%. Прочность при изгибе составила 202 мегапаскаля, а микротвердость — 7,2 гигапаскаля. Эти показатели сопоставимы с характеристиками материалов, полученных из более дорогих нанопорошков.
В дальнейших планах научной группы — исследование поведения новых сферических порошков в реальных производственных процессах, включая использование суспензий для трехмерной печати, технологий литья и экструзии.
