способ получения пористой биокерамики

Формула изобретения

Способ получения пористой биокерамики на основе гидроксиапатита и минерала игольчатой формы, включающий подготовку шихты, отличающийся тем, что изделия формуют и обжигают на пористой подложке из спеченного кварца или подсыпке из кварцевой крупки с размером зерен 0,5-1,0 мм при температуре 1150-1400С с выдержкой при конечной температуре 0,5-2,5 ч.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области керамических медицинских материалов и может быть использовано при изготовлении искусственных костей и заполнителя костных дефектов в челюстно-лицевой хирургии.

Известен способ изготовления керамики с пористой поверхностью на основе фосфата кальция, включающий в себя стадию изготовления необработанной керамики на основе фосфата кальция и стадию обработки керамики кислотным раствором для селективного растворения трикальцийфосфата в поверхностном слое керамики [заявка DE № 05 3831260, кл. С 04 В 41/91, 35/00, А 61 К 6/06, A 61 L 27/00, B 01 D 15/08, 1989]. Недостатком данного способа является невозможность получения керамики со сквозной пористостью, необходимой для прорастания костной ткани в имплантат.

Известны способы получения высокопористой керамики, заключающиеся в пропитке суспензией, содержащей фосфат кальция, органических пористых изделий, сушке и последующем обжиге [заявка PL № 272058, кл. С 04 В, 1989; заявка JP № 1-54308, кл. С 04 В 38/00, 1989]. Основным недостатком указанных способов получения керамики является невозможность равномерной пропитки губки суспензией, особенно в случае изделий большого размера, что ведет к неравномерности свойств керамики по объему.

Наиболее близким по сути к предлагаемому изобретению является способ получения пористой керамики, используемой в биомедицинских целях для изготовления искусственных костей, путем удаления сублимирующегося связующего из неспеченной заготовки, спрессованной из смеси керамического материала и указанного связующего [заявка ЕР № 0335359, кл. С 04 В 38/06, A 61 L 27/00, А 61 К 6/00, 1989]. Недостатком данного способа является разупрочнение заготовки в процессе сублимации связующего из-за нарушения контактов между частицами, что затрудняет получение изделий больших размеров и является причиной недостаточной прочности керамики.

Задачей настоящего изобретения является получение пористой биокерамики и изделий из нее больших размеров.

Поставленная задача достигается тем, что шихту, содержащую (маc.%): 5-55 тонкодисперсного гидроксиапатита, 40-95 минерала игольчатой формы с размером кристаллов 0,3-1,0 мм, 0-20 легкоплавкого стекла, смешивают и формуют из нее изделия методом полусухого прессования. Влажность формуемых масс должна составлять 5-7%. Затем изделия помещают на пористую подложку из спеченного кварца или подсыпку из кварцевой крупки с размером зерен 0,5-1,0 мм, сушат и обжигают при 1150-1400С с выдержкой при конечной температуре 0,5-2,5 ч. В состав шихты входят грубодисперсная часть, представленная минералом, имеющим игольчатое строение кристаллов (например, волластонитом, муллитом или др.) и образующим пространственный жесткий каркас из переплетенных игл, и тонкодисперсная часть - гидроксиапатит и стекло (плавень), способная образовывать маловязкий расплав, вытекающий из изделия в процессе обжига в пористую подложку, в результате чего образуется свободное поровое пространство.

Для получения изделий по предлагаемому способу были приготовлены массы с различным содержанием указанных компонентов. Данные по составу масс и свойствам полученных на их основе материалов представлены в таблицах 1 и 2.

Результаты испытаний подтверждают возможность получения пористой биокерамики предложенным способом.

Для получения пористой биокерамики готовят шихту, содержащую, мас.%: 43 гидроксиапатита, 45 волластонита с размером кристаллов 0,7-0,9 мм, 12 легкоплавкого стекла. Компоненты перемешивают в шаровой мельнице до получения гомогенной массы. Из полученной шихты методом полусухого прессования формуют изделия заданной формы при удельном давлении прессования 10-20 МПа. Затем изделия помещают на пористую подложку из спеченного кварца или подсыпку из кварцевой крупки с размером зерен 0,5-1,0 мм, сушат и обжигают при 1180°С с выдержкой при конечной температуре 2 ч.

Основным преимуществом предложенного способа является возможность изготовления изделий больших размеров с пористой структурой, что обусловлено образованием маловязкого расплава из тонкодисперсных компонентов, способного под действием гидростатических сил вытекать из объема изделия и впитываться в пористую подложку. Жесткий каркас из взаимно переплетенных игл минерала после вытекания основного количества расплава обеспечивает достаточную механическую прочность.

Процесс спекания в составах, содержащих плавень, протекает с участием жидкой фазы. Стекло инициирует образование жидкой фазы, состав и количество которой в процессе обжига изменяются. При повышении температуры за счет взаимодействия тонкодисперсной части шихты с образовавшимся эвтектическим расплавом нарастает его количество и уменьшается вязкость.

При температуре ниже 1150С не образуется достаточное количество расплава, при этом он имеет высокую вязкость. Времени выдержки при конечной температуре менее 0,5 ч недостаточно для равномерного прогрева изделия и для образования маловязкого расплава. Повышение температуры выше 1400С и выдержка свыше 2,5 ч экономически нецелесообразны.

Когда капиллярные силы, удерживающие за счет поверхностного натяжения расплав внутри игольчатого каркаса, становятся меньше гидростатических сил, расплав вытекает из объема изделия и впитывается кварцевой подсыпкой или пористой подложкой. Часть апатитсодержащего расплава удерживается в наиболее тонких капиллярах, а также на поверхности игл минерала и в местах примыкания игл друг к другу. После охлаждения застывший расплав частично кристаллизуется с выделением гидроксиапатита, а часть его остается в виде фосфатного стекла, покрывающего поверхность игл минерала и скрепляющего их между собой, что обусловливает повышенную биоактивность материала.