Obróbka hydrotermalna powłok HAp

• Autorzy: Górska M. , Maniukiewicz W. , Szymanowski H. , Niedzielska A.

Warianty tytułu

EN

Hydrothermal tratment of HAp coatings

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Hydroksyapatyt (HAp), jedna z odmian fosforanów wapnia, stanowi główny składnik kości i zębów. Tworzy ich mineralną macierz i nadaje im sztywność. Należy do grupy najlepszych biomateriałów. Syntetycznie wytwarzany HAp ma jednak wady, takie jak: kruchość, słaba adhezja do podłoża, mała wytrzymałość mechaniczna i mały stopień krystaliczności. Wady te w znacznym stopniu ograniczają jego zastosowanie. Celem badań było określenie wpływu modyfikacji za pomocą obróbki termicznej i hydrotermalnej cienkich powłok hydroksyapatytu nałożonych na stop tytanu Ti6Al7Nb oraz na stopu tytanu z warstwą węglową Ti6Al7Nb/C. Przeprowadzono również wygrzewanie hydrotermalne samego proszku HAp w celu sprawdzenia wzrostu krystalitów. Zadaniem obróbki termicznej i hydrotermalnej jest głównie zwiększenie stopnia krystaliczności, dzięki czemu poprawiają się właściwości mechaniczne, chemiczne oraz biologiczne HAp. Do badań przygotowano dwa rodzaje próbek na podłożu metalicznym w układach Ti6Al7Nb/HAp oraz Ti6Al7Nb/C/HAp, które poddano wygrzewaniu w piecu, w środowisku suchym, w atmosferze azotu oraz wygrzewaniu hydrotermalnemu w autoklawie. Wygrzewanie hydrotermalne uzależniono od parametrów, takich jak czas ekspozycji oraz pH wody. W badaniach wygrzewano również hydrotermalnie proszek hydroksyapatytowy, uzależniając proces wygrzewania od czasu ekspozycji w autoklawie. Wygrzewanie w piecu pomimo licznych doniesień literaturowych nie przyniosło oczekiwanych efektów. Naniesione powłoki uległy w dużej części zniszczeniu, a podłoże utleniło się. Przyczyną mogła być zbyt mała ich grubość oraz niedostateczna adhezja. Obiecujące wyniki przyniosło Wygrzewanie hydrotermalne. Niezależnie od środowiska wygrzewania (zasadowe, kwaśne) hydroksyapatytowe powłoki zwiększyły stopień krystaliczności. Jednocześnie ze wzrostem struktur krystalicznych następowało stopniowe odkrywanie podłoża. Jest to związane z pobieraniem materiału do krystalizacji z najbliższego otoczenia. Poddane obróbce hydrotermalnej proszki HAp zostały zbadane metodą XRD. Badanie wykazało wzrost wielkości krystalitów oraz zwiększenie ilości fazy krystalicznej.

EN

The subject of the present work is hydroxyapatite (HAp), a material constituting the main component of bones and teeth, forming their mineral matrix and determining their rigidity. A member of the calcium phosphate family, the compound is one of the best biomaterials. However, synthetic brands of HAp are characterized by a number of setbacks such as: brittleness, poor adhesion, low mechanical strength, and low degree of crystallinity, which severely restrict their applications. The aim of the study was to investigate the effect of thermal and hydrothermal annealing of thin hydroxyapatite films deposited on titanium alloy Ti6Al7Nb and on carbon coated titanium alloy Ti6Al7Nb/C. In addition, hydrothermal annealing of HAp powder was also carried out in order to com- pare different conditions of a growth of crystalline phase. Both thermal and hydrothermal annealing processes are cited in the literature as methods of improving the above mentioned HAp properties by means of increasing its degree of crystallinity. Two types of samples, namely those of Ti6Al7Nb/HAp and Ti6Al7Nb/C/ HAp geometry, were subj ected to both dry thermal annealing at 870°C in an oven and hydrothermal annealing at 134°C in an autoclave. Hydrothermal annealing was carried out using exposure time and water pH as operational process parameters. Autoclave exposure time was also used as a parameter in the case of hydrothermal annealing of hydroxyapatite powder. Thermal annealing in the oven did not produce expected results. The coatings were destroyed and the substrates oxidized. Much more promising results were obtained in the case of hydrothermal processing. Independent of the environment (either basic or acidic), the HAp material underwent crystallization. However, the larger was the crystallite size, the more fraction of a substrate remained uncoated. Evidently, material for the crystallization was collected from the crystallite direct neighborhood.

Słowa kluczowe

PL

hydroksyapatyt; obróbka hydrotermalna; XRD

EN

hydroxyapatite; hydrothermal treatment; XRD

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2013
• Tom: Vol. 34, nr 5
• Strony: 443--446
• Opis fizyczny: Bibliogr. 10 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Górska M.

• Wydział Mechaniczny, Politechnika Łódzka

autor

Maniukiewicz W.

• Wydział Chemiczny Politechnika Łódzka

autor

Szymanowski H.

• Wydział Mechaniczny, Politechnika Łódzka

autor

Niedzielska A.

• Wydział Mechaniczny, Politechnika Łódzka

Bibliografia

• [1] Yanagisawa K., Toya H., Feng Qi, Yamasaki N.: ln-situ formation of Hap crystals under hydrothermal conditions. Phosphorus Res. Bull.5 (1995) 43÷46.
• [2] Byrappa K., Ohachi T.: Crystal growth technology. WILEY, Springer, New York, USA (2003)
• [3] Satoshi Nakamura, Jun-lchi Hamagami, Kimihiro Yamashita: Hydrothermal crystallization of carbonate-containing hydroxyapatite coatings prepared by Radiofrequency-Magnetron Sputtering method. Wiley lnterScience (www.interscience.wiley.com). DOI: 10.1002/jbm.b.30574 (2006).
• [4] Ozeki K., Aoki H., Fukui Y.: Dissolution behaviour and in vitro evaluation of sputtered hydroxyapatite films subject to a low temperature hydrothermal treatment. Wiley lnterScience (wwwinterscience.wiley.com). DOI: 10.1002/jbm.a.30574 (2005).
• [5] Ozeki K., Aoki H., Fukui Y.: Effect of pH on crystallization of sputtered hydroxyapatite film under hydrothermal conditions at low temperature. Journal of Materials Science 40 (2005) 2837÷2842.
• [6] Byrappa K., Masahiro Yoshimura: Handbook of hydrothermal technology - A technology for crystal growth and materials processing. Wiliam Andrew Publishing, LLC, New York, USA (2001)
• [7] Hui P., Meena S. L., Gurbhinder Singh, Agarawal R. D., Satya Prakash: Synthesis of hydroxyapatite bio-ceramic powder by hydrothermal method. Journal of Minerals & Materials Characterization & Engineering 9 (8) (2010) 683÷692.
• [8] Mitura S., Mitura A., Niedzielski P.: Nanocrystalline diamond coatings. Chaos Solitons & Fractals 10 (12) (1999) 2165÷2176.
• [9] Kaczorowski W., Niedzielski P.: Morphology and growth process of carbon films prepared by microwave/radio frequency plasma assisted CVD. Advanced Engineering Materials 10 (7) (2008) 651÷656.
• [10] Mitura K., Niedzielski P., Bartosz G.: lnteractions between carbon coatings and tissue. Surface & Coatings Technology 201 (6) (2006) 2117÷2123.