Томские исследователи разработали новый метод получения порошка форстерита, который применяется для создания биосовместимых имплантатов и огнеупорной керамики.
Разработанный метод позволяет управлять формой и составом частиц, а после обжига получать плотную и прочную керамику, сравнимую по характеристикам с материалами, созданными из нанопорошков.
«Исследователи Томского политехнического университета (ТПУ) и Томского научного центра СО РАН предложили новый способ получения высококачественного порошкового сырья для форстеритовой керамики. Этот материал используется в огнеупорных изделиях, электронике и биомедицинских имплантатах. Метод ученых обеспечивает контроль формы и химического состава частиц, а после спекания позволяет получить прочную керамику с высокой плотностью».
Форстерит — это соединение магния, кремния и кислорода, которое благодаря своей прочности и огнеупорности идеально подходит для электроники, керамики и биосовместимых имплантатов. Для его использования необходимы порошки высокой чистоты, содержащие частицы одинакового размера и формы, что сложно добиться из природных материалов из-за их неоднородного состава и склонности к слипанию.
Исследователи смешали кремнийсодержащее вещество, нитрат магния и специальный полимер в кислой среде, в результате чего образовались сферические заготовки размером 1–5 микрометров. При нагреве выше 900 градусов Цельсия они превращаются в чистый форстеритовый порошок. Ученые установили, что при неправильных условиях синтеза частицы слипаются в крупные капли размером до 50 микрометров, что ухудшает качество порошка. Промывка спиртом также оказалась нежелательной, так как она вымывала магний и нарушала нужный состав материала. После оптимизации метода удалось устранить эти проблемы.
«В конечном итоге полученный продукт можно назвать полусферическим, так как микросферы составляют около половины всех частиц. Остальная часть — это субмикроскопические частицы, преимущественно оксида магния, избавиться от которых в данной системе, видимо, невозможно. Тем не менее, даже в таком состоянии порошок демонстрирует хорошую формуемость и позволяет получать плотную качественную форстеритовую керамику», — отметил ассистент Научно-образовательного центра Н. М. Кижнера ТПУ Александр Меженин.
Из полученных порошков ученые изготовили керамические образцы и обожгли их при температуре 1300–1600 градусов Цельсия. Готовая керамика имела относительную плотность 91% и пористость 1,3%, а прочность на изгиб составила 202 МПа, что сопоставимо с характеристиками материалов, получаемых из нанопорошков по другим технологиям.
Об исследовании
Результаты исследования опубликованы в журнале Ceramics International (Q1, IF: 6.0). В будущих исследованиях ученые собираются проверить, как сферические порошки ведут себя в реальных процессах формования — например, в суспензиях для 3D-печати, при литье и экструзии.
Фото: hi-tech.mail.ru