Способ введения спекающей добавки на основе тройного карбоната кальция, калия и натрия

Изобретение относится к медицине, а именно к получению пористой кальций-фосфатной керамики. Предложен способ введения компонентов спекающей добавки на основе тройного карбоната кальция, калия и натрия в виде растворов. Добавка составляет 5-10 мас.% шликера для спекания керамики при температуре 850-900°С. Добавка вводится в шихту последовательно в виде 20% растворов солей кальция, калия и натрия. Затем проводится сушка при соотношении нитрата или ацетата кальция к двойному карбонату калия-натрия: 32,60 мас.% и 67,40 мас.% соответственно. Применение изобретения возможно в медицине при производстве керамики для лечения поврежденной костной ткани. Технический результат настоящего изобретения заключается в получении пористой кальций-фосфатной керамики с пористостью более 50% и прочностью на изгиб 30 МПа. 2 пр.

 

Изобретение относится к медицине, а именно к получению пористой кальций-фосфатной керамики (КФК). Пористая КФК используется в медицине при лечении поврежденных костных тканей. Для снижения температуры спекания КФК и увеличения ее прочности используют спекающие добавки. Так, известен материал на основе фторгидроксиапатита, при изготовлении которого используется спекающая добавка из фторидов лития и натрия, позволяющая снизить температуру спекания до 700°С (Патент РФ №2428206 Низкотемпературная фторгидроксиапатитовая керамика для реконструкции костных дефектов /Смирнов В.В., Антонова О.С., Баринов С.М., Тютькова Ю.Б. Заявка: 2010124155/15, 16.06.2010). Недостатком такой спекающей добавки является присутствие в ней ионов лития, которые могут негативно влиять на организм, вызывая, в том числе, психические расстройства.

Известна также спекающая добавка, использующаяся для понижения температуры спекания карбонат гидроксиапатита (Патент РФ №2280017 Шихта для карбонат гидроксиапатитовой керамики / Баринов С.М., Смирнов В.В., Фадеева И.В., Комлев B.C., Бибиков В.Ю. Заявка №2004138284/03 от 28.12.2004). Недостатком данного изобретения является плохая воспроизводимость результатов спекания при использовании карбоната калия в качестве спекающей добавки.

Наиболее близким к настоящему изобретению (прототипом) является патент (патент РФ №2578435 Способ получения пористой керамики из фосфатов кальция для лечения дефектов костной ткани /Баринов С.М., Фадеева И.В., Фомин А.С., Петракова Н.В. Заявка: 2015112518/15, 07.04.2015) Спекающей добавкой в прототипе является двойной карбонат калия и кальция, который вводят в шликер в виде порошка. Такой способ введения добавки не позволяет равномерно распределить добавку по всему объему, кроме того, требуется дополнительная операция синтеза двойного карбоната калия и кальция.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является получение пористой КФК, имеющей прочность при изгибе не менее 30 МПа при пористости более 50%.

Технический результат достигается тем, что для приготовления шликера для спекания пористой керамики из катион- или анион-замещенных фосфатов кальция (гидроксиапатита или трикальцийфосфата) при температуре 850-900°С, согласно изобретению, спекающую добавку на основе тройного карбоната кальция, калия и натрия вводят в шихту из фосфатов кальция последовательно, в виде 20%-ных растворов водорастворимых солей кальция, двойного карбоната калия и натрия, с последующей сушкой при 100°С при следующем соотношении компонентов спекающей добавки:

Нитрат или ацетат кальция - 32.60% масс.

Двойной карбонат калия-натрия - 67.40% масс.

Для формирования на поверхности частиц ФК тройного карбоната кальция, калия и натрия в водную суспензию, содержащую 20% масс. порошка ФК, предварительно прошедшего термообработку при 400°С, при перемешивании добавляют 10%-ный раствор ацетата кальция, затем 10%-ный раствор двойного карбоната калия и натрия. При взаимодействии ионов кальция и карбоната калия и натрия на поверхности частиц ФК происходит формирование тройного карбоната кальция, калия и натрия. Полученную суспензию упаривают при постоянном перемешивании, после чего используют высушенный порошок для изготовления керамики.

При последовательном введении в порошок ФК ацетата кальция и двойного карбоната калия и натрия происходит взаимодействие ионов кальция и карбоната с образованием на поверхности частиц ФК тройного карбоната кальция, калия и натрия, равномерно распределенного по поверхности частиц ФК. Тройной карбонат кальция, калия и натрия характеризуется температурой плавления ниже 800°С, благодаря чему спекание керамики происходит по жидкофазному механизму. В результате понижения температуры спекания от 1100 до 800°С в процессе спекания сохраняется пористость керамики, а также в результате спекания происходит консолидация материала, сопровождающаяся увеличением прочности. Пример 1.

К 10 г порошка карбонатгидроксиапатита (КГА), предварительно прошедшего термообработку при 400°С, добавляют 50 мл дистиллированной воды и перемешивают при скорости оборотов вала мешалки 500-600 мин^-1 в течение 10 мин. После чего при постоянном перемешивании смеси со скоростью вращения 500-600 мин^-1 по каплям в течение 3-4 мин добавляют 50 мл раствора, содержащего 0.975 г ацетата кальция, после чего по каплям в течение 3-4 мин добавляют 50 мл раствора, содержащего 0.7626 г двойного карбоната натрия и калия. После перемешивания в течение 10 мин взвесь выпаривают при постоянном перемешивании досуха. Полученный КГА, содержащий спекающую добавку, формуют и спекают при 850°С в течение 2 часов. В результате получают пористую керамику с прочностью 40 МПа при пористости не менее 50%.

Пример 2.

К 10 г порошка (медь и стронций)-замещенного ТКФ, предварительно прошедшего термообработку при 900°С, добавляют 50 мл дистиллированной воды и перемешивают при скорости оборотов вала мешалки 500-600 мин^-1 в течение 10 мин. После чего при постоянном перемешивании смеси со скоростью вращения 500-600 мин^-1 добавляют порошок тройного карбоната каьция-калия-натрия. После перемешивания в течение 30 мин взвесь выпаривают при постоянном перемешивании досуха. Полученный порошок (медь и стронций)-замещенного ТКФ, содержащий спекающую добавку, прессуют, полученные заготовки спекают в камерной печи с силитовыми нагревателями со скоростью подъема температуры 2 град/мин при 850°С в течение 2 часов. В результате получают пористую керамику с прочностью 5 МПа при пористости 55%.

Способ введения спекающей добавки на основе тройного карбоната кальция, калия и натрия, взятой в количестве 5-10 мас.%, для приготовления шликера для спекания пористой керамики из катион- или анионзамещенных фосфатов кальция - гидроксиапатита или трикальцийфосфата при температуре 850-900°С, отличающийся тем, что добавка вводится в шихту из фосфатов кальция последовательно в виде 20%-ных растворов водорастворимых солей кальция, двойного карбоната калия и натрия с последующей сушкой при следующем соотношении компонентов спекающей добавки, мас.%:

Нитрат или ацетат кальция	32.60
Двойной карбонат калия-натрия	67.40