Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Preparatyka i właściwości kompozytu Al2O3-10 % obj. YAG (Y3Al5O12)

Lach R., Haberko K.

Materiały Ceramiczne

|

2011

|

T. 63, nr 2

439-443

PL

Opracowano metodę preparatyki kompozytu ziarnistego w układzie Al2O3-10 % obj. granatu itrowo-glinowego (YAG). Zawiesinę ziaren α-Al2O3 z dodatkiem azotanu itru traktowano roztworem węglanu amonu. W wyniku tego doszło do wytrącenia prekursora tlenku itru. Po odfiltrowaniu zawiesinę poddano prażeniu w temperaturze 600°C otrzymując w wyniku jednorodną mieszaninę ziaren tlenku glinu i tlenku itru. Spiekanie wyprasek z proszku przygotowanego w ten sposób pozwoliło uzyskać materiał kompozytowy składający się z osnowy Al2O3 i równomiernie rozłożonych wtrąceń YAG. Zmierzono twardość, odporność na pękanie, wytrzymałość i moduł Younga kompozytu i spieku czystego tlenku glinu. Kompozyt wykazuje wyższą odporność na pękanie i twardość niż spiek czystego tlenku glinu.

EN

A preparation technique of particulate composite materials in the alumina/YAG system was elaborated. Within the alumina particles suspension, yttria precursor was precipitated with ammonium carbonate. Drying and calcination at 600°C resulted in a mixture of alumina and yttria particles, the latter being much finer than the alumina particles. This mixture was additionally homogenized by short attrition milling in an aqueous suspension. Sintering of such powders results in the materials composed of YAG inclusions of sizes smaller than shown by the alumina grains and evenly distributed within the matrix. The YAG particles result from the reaction of Y2O3 with Al2O3 during heat treatment. Hardness, fracture toughness, strength and Young modulus of the composites and pure alumina polycrystal were measured. The composites show fracture toughness and hardness essentially higher than the one observed in pure alumina polycrystals.

2

Anode materials for solid oxide fuel cells

Haberko K., Drożdż-Cieśla E., Jasiński M., Radecka M., Rękas M.

Materiały Ceramiczne

|

2011

|

T. 63, nr 1

147-150

EN

The ceramic-metal composites (cermets) containing yttria-stabilized zirconia, YSZ, and Ni particles are commonly used as anode materials in solid oxide fuel cells. The long-term performance of fuel cells is strictly related to both the structural and electrical properties of anode materials. The chemical composition and preparation method are key to achieving high mixed electrical conductivity and high activity of electrochemical reactions and hydrocarbon fuel reforming. The materials containing 8 mol.% yttria-stabilized zirconia and Ni were prepared by co-precipitation method. The structure of the materials was characterized by means of X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM) and porosity studies. The coefficient of thermal expansion (CTE) was determined via a dilatometric method. Electrochemical impedance spectroscopy (EIS) was used to determine electrical conductivity.

PL

Kompozyty ceramiczno-metaliczne (cermety), zawierające dwutlenek cyrkonu stabilizowany Y2O3 (YSZ) i cząstki Ni są powszechnie wykorzystywane jako materiał anodowy w stałotlenkowych ogniwach paliwowych. Długoterminowe osiągi ogniw paliwowych są ściśle związane zarówno ze strukturą, jak i z elektrycznymi właściwościami materiałów anodowych. Skład chemiczny i metoda wytwarzania stanowią klucz do osiągnięcia wysokiej, mieszanej przewodności elektrycznej i wysokiej aktywności reakcji elektrochemicznych oraz reformingu paliwa węglowodorowego. Materiały zawierające Ni i dwutlenek cyrkonu stabilizowany 8 % mol. Y2O3 wytworzono metodą współstrącania. Budowę materiałów scharakteryzowano za pomocą dyfraktometrii rentgenowskiej (XRD), elektronowej mikroskopii skaningowej (SEM) i badań porowatości. Współczynnik rozszerzalności cieplnej (CTE) określono metodą dylatometryczną. Elektrochemiczną spektroskopię impedancyjną (EIS) wykorzystano do określenia przewodności elektrycznej.

3

Particulate composites in the Al2O3-YAG system

Lach R., Haberko K.

Materiały Ceramiczne

|

2010

|

T. 62, nr 4

496-499

EN

Contrary to the composites in the Al2O3–ZrO2 system, materials with Al2O3 matrix and YAG (Y3Al5O12) inclusions are much less recognized. YAG is one of the three compounds in the Y2O3-Al2O3 system of the highest alumina content. It is well known that YAG polycrystals belong to the materials of especially high creep resistance. Since coefficients of thermal expansion of YAG and alumina do not differ essentially from each other, the YAG inclusions in the alumina matrix seem to lead to a material of interesting mechanical properties. Only a few publications concern the preparation of such composites by powder sintering. In the present work Y2O3 was introduced to alumina by yttrium hydroxide precipitated within the alumina powder suspension. By low temperature calcinations a homogenous alumina/yttria mixture was received. Yttria content corresponded to 20 vol.% YAG after the reaction. It was found that at 1500oC YAG and α-alumina were the only phases present in the system. The investigation of the resulting material microstructure revealed a uniform distribution of sub-micrometer YAG particles. Hardness of the material was similar to that of dense alumina and fracture toughness (KIc ≈ 6 MPa.m1/2) was close to the observed in the case of the 3-YTZP material.

PL

W przeciwieństwie do kompozytów Al2O3-ZrO2, materiały na bazie tlenku glinu z wtrąceniami YAG (Y3Al5O12) są słabo rozpoznane w literaturze. YAG (granat itrowo-glinowy) jest fazą o najwyższej zawartości glinu wśród znanych glinianów itru. Jak dobrze wiadomo polikryształy YAG zaliczają się do materiałów o szczególnie wysokiej odporności na pełzanie. Ze względu na niewielką różnicę wartości współczynników rozszerzalności cieplnej granatu itrowo-glinowego i tlenku glinu, materiał zawierający wtrącenia YAG w matrycy Al2O3 może się charakteryzować interesującymi właściwościami mechanicznymi. Jedynie nieliczne doniesienia literaturowe dotyczą preparatyki kompozytów Al2O3-YAG drogą spiekania proszków. W prezentowanej pracy prekursor Y2O3 został wytrącony w zawiesinie Al2O3. Następnie zawiesina została wysuszona, a otrzymany proszek poddano prażeniu, dzięki czemu uzyskano jednorodną mieszaninę ziaren Al2O3 i Y2O3. Zawartość tlenku itru odpowiadała 20 % obj. YAG po reakcji. Stwierdzono, że α-Al2O3 i YAG jako jedyne fazy występują w materiale spiekanym w temperaturze 1500oC. W mikrostrukturze uzyskanych spieków obserwuje się submikronowe cząstki YAG. Wtrącenia cząstek YAG w osnowie Al2O3 podnoszą twardość materiału w porównaniu do spieków czystego tlenku glinu. Natomiast odporność na kruche pękanie (KIc ≈ 6 MPa.m1/2) jest porównywalna z wartością obserwowaną w przypadku materiału 3-YTZP.

4

Gelcast components having controlled porosity features obtained from a natural hydroxyapatite powder

Lombardi M., Palmero P., Haberko K., Pyda W.

Materiały Ceramiczne

|

2010

|

T. 62, nr 3

342-348

EN

An innovative gelcasting process was developed in order to obtain macroporous hydroxyapatite (Ca10(PO4)6(OH)2, HAp) scaffolds having controlled porosity features. Two different HAp powders have been employed. The former is a natural carbonated hydroxyapatite nanopowder, produced by extraction from pig bones. The latter, used as a reference, is a commercially available HAp powder. On the natural HAp, a preliminary treatment was carried out in order to limit carbonates decomposition during sintering. After calcination at 700°C the powder was in fact washed in pure distilled water, thus to eliminate the highly soluble Ca(OH)2. The porous materials were produced, exploiting PE spheres, having two different size distributions, as pore former for tailoring the porosity size and volume. Moreover, the polymerization of the agar as a natural gelling agent was exploited for controlling the pore distribution.

PL

Rozwinięto innowacyjny proces odlewania żelowego w celu otrzymania rusztowań z makroporowatego hydroksyapatytu (Ca10(PO4)6(OH)2, HAp), mających kontrolowaną porowatość. Wykorzystano dwa różne proszki HAp. Pierwszym był nanoproszek karbonizowanego, naturalnego hydroksyapatytu, wyprodukowanego drogą ekstrakcji z kości wieprzowych. Drugim, użytym jako materiał odniesienia, był handlowy proszek HAp. W stosunku do naturalnego hydroksyapatytu wykonano wstępną obróbkę w celu ograniczenia rozkładu węglanów podczas spiekania. Po kalcynacji w 700°C proszek przemywano wodą destylowaną, aby wyeliminować łatwo rozpuszczalny Ca(OH)2. Porowate materiały wyprodukowano wykorzystując sfery PE o dwóch różnych rozkładach wielkości, stanowiące wzornik umożliwiający kształtowanie rozmiaru i objętość porów. Ponadto, wykorzystano polimeryzację agaru, jako naturalny czynnik żelujący, kontrolujący rozkład wielkości porów.

5

Effect of sintering atmosphere on the selected properties of the natural origin hydroxyapatite materials

Brzezińska-Miecznik J., Macherzyńska B., Haberko K., Strojny A., Mozgawa W., Bućko M. M., Pyda A.

Materiały Ceramiczne

|

2010

|

T. 62, nr 3

363-365

EN

Natural origin hydroxyapatite was extracted from the long cortical part of pig bones by treatment with the hot NaOH solution. After that, the material was carefully washed with distilled water, dried, and calcined in air at 450 ° C. The samples compacted under 200 MPa were subjected to heat treatment at 1000°C in air, CO2, O2, Ar and N2 atmospheres. It was found that sintering atmosphere influences greatly densification of the system, sample morphology, chemical stability and elastic properties. The materials sintered in air showed high density characterized by low open porosity and relatively large faceted grains. Heat treatment in the remaining atmospheres led to essentially lower densification. Grain sizes in these cases were much smaller. It was found that CO2 atmosphere arrested decomposition of the material; no free CaO appeared, and additional CO3(2-) groups were built into the hydroxiapatite structure.

PL

Hydroksyapatyt pochodzenia naturalnego został uzyskany z długiej części korowej kości wieprzowych drogą obróbki w gorącym roztworze NaOH. Następnie, materiał starannie przemyto wodą destylowaną, wysuszono i kalcynowano w powietrzu w 450°C. Próbki wyprasowane pod 200 MPa poddano obróbce cieplnej w 1000°C w atmosferach powietrza, CO2, O2, Ar lub N2. Stwierdzono, że atmosfera spiekania wpływa znacząco na zagęszczenie materiału, jego morfologię, skład chemiczny i właściwości sprężyste. Materiały spieczone w powietrzu pokazały wysokie zagęszczenie charakteryzujące się niską porowatością otwartą i względnie dużymi ziarnami o płaskich ścianach. Obróbka cieplna w pozostałych atmosferach prowadziła do znacząco mniejszego zagęszczenia. Rozmiary ziaren w tych przypadkach były znacznie mniejsze. Stwierdzono, że atmosfera CO2 zatrzymywała rozkład materiału; nie występował wolny CaO i dodatkowe grupy CO3(2-) wbudowywały się w strukturę hydroksyapatytu.

6

Materiał kompozytowy w układzie Al2O3-YAG (20% obj.)

Lach R., Haberko K., Trybalska B.

Kompozyty

|

2010

|

R. 10, nr 4

362-367

PL

Do intensywnie mieszanej zawiesiny tlenku glinu wprowadzono azotan itru. Alkalizacja układu węglanem amonu doprowadziła do wytrącenia prekursora Y2O3 wśród ziaren Al2O3. Następnie zawiesinę tę wysuszono i wyprażono w temperaturze 600°C, uzyskując tym sposobem jednorodną mieszaninę ziaren Al2O3 i Y2O3. Cząstki tlenku itru były znacznie mniejsze od ziaren Al2O3. Opisaną mieszaninę poddano dodatkowej homogenizacji poprzez krótkie mielenie w młynie mieszadłowym w środowisku wody o wartości pH dobranej na podstawie pomiarów potencjału dzeta (ζ). Stwierdzono, że mieszanina przygotowana w kwaśnym środowisku (uzyskanym poprzez wprowadzanie do układu HNO3) charakteryzuje się po wysuszeniu obecnością twardych, wytrzymałych mechanicznie aglomeratów. Proszek taki nie pozwala uzyskać gęstych spieków. Z tego punktu widzenia proszki homogenizowane w środowisku alkalicznym wykazują wyraźnie lepsze właściwości, również pod względem zagęszczenia przygotowanych z nich spieków. W mikrostrukturze tych spieków obok itru (YAG), powstający wskutek reakcji Y2O3 z Al2O3. Homogenizacja proszków w środowisku o pH = 8, co odpowiada warunkom heterokoagulacji, prowadzi do spieków o bardziej równomiernie rozłożonych wtrąceniach cząstek YAG w osnowie Al2O3, niż ma to miejsce w przypadku homogenizacji proszku wyjściowego w warunkach pH = 10. Wtrącenia cząstek YAG w osnowie Al2O3 podnoszą twardość i odporność na pękanie materiału w porównaniu do spieków czystego tlenku glinu.

EN

YAG (Y3Al5O12) is one of three phases existing in the Al2O3-Y2O3. system. This compound contains the highest alumina content. So, it seems justified to assume that heat treatment of the alumina - yttria mixture, with alumina being dominating constituent should result in YAG inclusions within alumina matrix. Proportion of yttria in the present study corresponded to 20 vol. % YAG after this reaction. Yttrium nitrate, prepared by dissolving yttria in nitric acid was introduced into αAl2O3 suspension of 50 vol. % concentration. The vigorously stirred suspension was treated with (NH4)2CO3 until pH of the suspension reached value of 8.5. Under such conditions quantitative precipitation of yttria precursor occurs. Drying of the suspension and its calcination at 600°C resulted in the homogenous mixture of alumina and yttria particles. Size of the latter were several times smaller than the former ones. In order to remove agglomerates this mixture was subjected to short attrition milling in aqueous suspension of pH selected on the basis of zeta (ζ) potential measurements. It was found that acidic conditions, pH = 3, (realized with HNO3) resulted after drying in hard agglomerates. At elevated temperatures this powder showed emission of NO and NO2 coming most probably from the decomposition of aseotropic nitric acid solution filling the inter-particle space and playing the role of "glue" responsible for the high strength of agglomerates. That is why compacts of the powder homogenized under acidic conditions show poor sintering ability. Much better properties showed powders homogenized under basic condition, i.e. at pH = 8 and 10. At sintering temperatures of 1500 and 1600°C they give dense materials composed of YAG inclusions within alumina matrix. YAG particles resulted from the reaction of Y2O3 with Al2O3 during heat treatment. Microstructure of the material derived from the powder homogenized at pH = 8 is more uniform and shows smaller alumina and YAG grains than that prepared at pH = 10. As is indicated by the zeta (ζ) potential measurements, pH = 8 of the alumina/yttria suspension corresponds to the hetero-flocculation effect. Microscopic observations reveal that YAG inclusions limit grain-growth of alumina matrix compared to the pure alumina polycrystal. This effect is more visible in the material derived from the powder homogenized at pH = 8 than that at pH = 10. In both cases the materials are characterized by higher fracture toughness and hardness than that observed in pure alumina polycrystal sintered at the same temperature. It is worth to notice that KIc values approach those characteristic for yttria stabilized tetragonal zirconia (3Y-TZP), a material which is known from its high toughness.

7

Wpływ atmosfery wypalania na zagęszczanie, morfologię i właściwości sprężyste spieków z naturalnego hydroksyapatytu

Brzezińska-Miecznik J., Macherzyńska B., Haberko K., Mozgawa W., Bućko M., Pyda A.

Engineering of Biomaterials

|

2009

|

Vol. 12, no. 86

17-21

PL

Naturalny hydroksyapatyt został wyekstrahowany z korowej części długich kości wieprzowych poprzez potraktowanie ich gorącym roztworem NaOH, przemycie H2O i wyprażenie w temperaturze 450°C. Pod ciśnieniem 200 MPa wyprasowano próbki, które spiekano w atmosferze powietrza, CO2 i argonu w temperaturze 1000°C. Stwierdzono, że atmosfera spiekania wpływa na zagęszczenie, morfologię, stabilność chemiczną i w konsekwencji na właściwości sprężyste spieków. W wyniku spiekania hydroksyapatytu w powietrzu uzyskano gęste spieki o dużych, wykształconych ziarnach. Próbki spiekane w argonie i w CO2 charakteryzują się mniejszym zagęszczeniem i drobnoziarnistą mikrostrukturą. Stwierdzono także, że atmosfera CO2 nie tylko przeciwdziała rozkładowi hydroksyapatytu (nie pojawia się wolne CaO), lecz powoduje wbudowywanie się grup CO3(2-) w strukturę.

EN

Natural hydroxyapatite was extracted from cortical part of long pig bones by treatment in hot sodium hydroxide solution. Material was washed with water, dried and calcined at 450°C. Cylindrical samples compacted under 200 MPa were sintered in air, CO2 and Ar atmospheres at 1000°C. Sintering atmosphere influences densification, microstructure, chemical stability and consequently elastic properties of the samples. Treatment in air atmosphere leads to the most dense material of the largest and faceted grains. Lower densification and smaller grains occur in CO2 and Ar atmospheres. Carbon dioxide atmosphere counteracts decomposition of the material, no free CaO appears, but additional CO3(-2) groups become built into the HAp structure.

8

Wpływ nanometrycznych cząstek tlenku cyrkonu na mikrostrukturę i właściwości mechaniczne spieków tlenku glinu

Zych Ł., Haberko K., Bućko M. M., Rutkowski P., Trybalska B., Piekarczyk J., Lach R.

Materiały Ceramiczne

|

2008

|

T. 60, nr 4

254-257

PL

Korzystny wpływ wtrąceń ZrO2 na właściwości spieków AI2O3 wynika z martenzytycznej przemiany cząstek tlenku cyrkonu o symetrii tetragonalnej w cząstki o symetrii jednoskośnej na koniuszku pęknięcia biegnącego przez materiał. Stosowane dotychczas rozmiary cząstek ZrO2 mieściły się w przedziale od dziesiątych części mikrometra do kilku mikrometrów. Zbadano wpływ cząstek ZrO2 o znacznie mniejszych rozmiarach, wynoszących zaledwie 10 nm. Nanometryczny proszek ZrO2 otrzymano metodą krystalizacji w warunkach hydrotermalnych. Homogenizację AI2O3 z cząstkami ZrO2 (w ilości 10% obj.) prowadzono w młynie mieszadłowym dobierając na podstawie pomiarów potencjału dzeta (ζ) pH wodnego środowiska zawiesiny. Okazało się, że czynnik ten jest istotny zarówno dla homogenizacji układu jak również ma wpływ na wytrzymałość aglomeratów proszku. Oba te czynniki znacząco wpływają na mikrostrukturę i właściwości mechaniczne spieku.

EN

Zirconia additives have the favourable influence on mechanical properties of dense alumina polycrystals. It results from the martensitic transformation of tetragonal zirconia particles into monoclinic symmetry at the crack tip propagating through a material. Usually applied zirconia particles were of sub-micrometer or micrometer sizes. In the present work nanometric zirconia particles prepared by the hydrothermal crystallization technique were introduced into the alumina matrix. Both powders were homogenized in an aqueous suspension of pH selected on the basis of zeta (ζ) potential measurements. It was found that this factor influences greatly both homogenization of the system and strength of the resultant powder agglomerates and hence mechanical properties of the sintered material.

9

Badania nad spiekaniem naturalnego hydroksyapatytu w atmosferze powietrza i CO2

Brzezińska-Miecznik J., Kasprzyk E., Haberko K., Pyda A., Bućko M., Mozgawa W., Zych Ł., Trybalska B., Reczyński W.

Materiały Ceramiczne

|

2008

|

T. 60, nr 4

274-277

PL

Naturalny hydroksyapatyt został wyekstrahowany z kości wieprzowych poprzez traktowanie ich gorącym roztworem NaOH, przemycie i wyprażenie w temperaturze 450°C. Pod ciśnieniem 200 MPa wyprasowano próbki, które spiekano w atmosferze powietrza i CO2 w zakresie temperatur od 400°C - 1000°C. Stwierdzono, że atmosfera spiekania wpływa na zagęszczenie, morfologię i stabilność chemiczną spieków. W wyniku spiekania hydroksyapatytu w powietrzu uzyskano gęste spieki o dużych, wykształconych ziarnach. Próbki spiekane w CO2 charakteryzują się mniejszym zagęszczeniem i drobnoziarnista mikrostrukturą. Ponadto atmosfera CO2 nie tylko przeciwdziała uwalnianiu się CaO i grup węglanowych z próbek lecz powoduje wbudowywanie się tych grup w strukturę.

EN

Hydroxyapatite was extracted from the cortical part of pig bones. The bones were treated with hot NaOH aqueous solution and after washing with water were calcined at 450°C in O2 atmosphere. Samples compacted under 200MPa were sintered in air and CO2 atmosphere at the temperature range of 400 - 1000°C. An essential influence of sintering atmosphere on densification, microstructure and chemical stability of the samples was observed. Those heat treated in CO2 atmosphere densified to the lesser extent, their grain sizes were smaller when compared to the materials sintered in air atmosphere. In addition, CO2 atmosphere prevented the release of free CaO and CO3(-2) groups, and caused their incorporation into the structure of hydroxyapatite.

10

Synteza proszku YAG

Zarzecka-Napierała M., Bućko M.M., Brzezińska-Miecznik J., Haberko K.

Materiały Ceramiczne

|

2006

|

R. 58, nr 1

27-31

PL

Proszki Nd:YAG otrzymywano dwoma metodami: cytrynianową i amoniakalną. Metoda cytrynianowa wykorzystuje kompleksujące właściwości kwasu cytrynowego. W metodzie amoniakalnej amorficzny rentgenograficznie żel otrzymano w wyniku współstrącania amoniakiem z odpowiednich roztworów azotanów. Czystą fazę Nd:YAG otrzymano w wyniku obróbki termicznej. Pierwszy z preparatów wymagał w tym celu zastosowania 3 h prażenia w temperaturze 900 stopni C. W drugim przypadku obróbkę cieplną prowadzono przez 1,5 h w temperaturze 950 stopni C. Obydwa typy proszków charakteryzują się budową aglomeratową. Powolny wzrost temperatury do 1700 stopni C z szybkością 1 stopień C/min. polepszał zagęszczenie spieków w porównaniu do szybszego wzrostu temperatury (5 stopni C/min). Proszki otrzymane metodą cytrynianową dają spieki o wyższym zagęszczeniu.

EN

Two techniques were applied to prepare single phase NdY-AG powders. Citrate process is based on the complexing properties of citric acid. Co-precipitation from relative nitrate solution with ammonia resulted in the X-ray amorphous gel. Its heat treatment results in the crystalline form of the material. Calcination at 900 Celsius degrees for 3 h is necessary in the former method and 950 Celsius degees for 1.5 h in the latter one in order to obtain the single phase material. Both powders show presence of agglomerates. Slow rate of temperature increase (1Celsius degrees/min.) up to 1700 Celsius degrees gave higher densification of the powder compacts than fast sintering with high rate of temperature increase (5 Celsius degrees/min). The citrate process leads to powder of higher sintering ability.

11

Przemiany hydroksyapatytu pochodzenia naturalnego w podwyższonych temperaturach i wybranych atmosferach

Haberko K., Bućko M.M., Mozgawa W., Haberko M., Pyda A., Carpentier J.

Inżynieria Biomateriałów

|

2006

|

R. 9, nr 58-60

35-35

PL

Ostatnie nasze badania wskazały na istotne różnice pomiędzy syntetycznym hydroksyapatytem (HAp) a materiałem wyekstrahowanym z kości zwierzęcych. Ten ostatni jest niestechiometryczny: stosunek Ca do P jest większy, od 1,67, co jest wartością charakterystyczną dla stechiometrycznego HAp. Ponadto hydroksyapatyt pochodzenia naturalnego zawiera grupy CO3(-2) oraz niewielki udział Mg. Oba te składniki są wbudowane w strukturę HAp. Są to cechy występujące w materiale z kości świńskich, wołowych a także ludzkich. Opracowano metodę ekstrakcji naturalnego hydroksyapatytu z korowej części zwierzęcych kości długich. Aby uzyskać z tego materiału kształtki użyteczne do badań biologicznych i zastosowań medycznych należy go poddać obróbce cieplnej w toku której zachodzi proces spiekania nadający wyrobom pożądane cechy mechaniczne. Stwierdzono jednakże, iż w podwyższonych temperaturach, począwszy od około 700 stopni Celsjusza podlega rozkładowi. Wydzielanie się z materiału CO2 wskazuje na zmniejszanie się w nim udziału grup CO3(-2). Potwierdzenie tego wniosku uzyskano poprzez pomiary metodą spektroskopii w podczerwieni. Pojawia się również wolny tlenek wapnia (CaO). Jakkolwiek pozostała część układu zachowuje nadal strukturę hydroksyapatytu, to obecność wolnego CaO dyskwalifikuje materiał do zastosowań biologicznych i medycznych. Przedmiotem niniejszej pracy były badania nad zachowaniem się hydroksyapatytu w temperaturach do 1000 stopni Celsjusza w atmosferze tlenu i CO2 (suchego i nasyconego parą wodną). Otrzymane próbki poddano analizie chemicznej, badaniom metodą dyfrakcji rentgenowskiej i metodą spektroskopii w podczerwieni. Stwierdzono, że atmosfera CO2 (zarówno suchego jak i nasyconego parą H2O) hamuje rozkład hydroksyapatytu: w próbkach preparowanych w ten sposób nie pojawia się wolny tlenek wapniowy. Równocześnie w temperaturach >900 stopni Celsjusza udział grup CO3(-2) w strukturze materiału nawet wzrasta. W przeciwieństwie do tego w atmosferze tlenu obserwuje się wydzielanie wolnego tlenku wapnia i ubytek udziału grup CO3(-2), podobnie jak poprzednio w atmosferze powietrza. W wyniku opisanej pracy stało się możliwe przygotowanie próbek użytecznych do badań nad zachowaniem się hydroksyapatytu pochodzenia naturalnego w środowisku biologicznym.

EN

Our previous investigations show essential difference between synthetic hydroxyapatite (HAp) and the material which occurs in animal bones. The latter one is non-stoichiometric; its Ca/P ratio in higher than 1.67, contains carbonate groups (CO3(-2)) and usually some Mg built into the HAp structure. This is a mutual feature of the material extracted from bovine, pig and human bones. A method of extracting HAp from animal cortical bones was elaborated. Application of such material involves subjecting it to the treatment et elevated temperatures in order to prepare useful shapes for biological and medical purposes. However it was found that the material decomposes starting from about 700 degrees of Celsius; emission of CO2 indicates the decrease in the CO3(-2) groups content. It was confirmed by IR measurements. Some free CaO also appears. Although the remaining material retains the HAp structure, the process of its decomposition is detrimental from the point of view of biological applications of the material or at least limits them. In the present work the behavior of HAp extracted from pig bones at elevated temperatures up to 1000 degrees of Celsius in O2 and CO2 (wet and dry) atmospheres was studied. Chemical analysis, X-ray diffraction and IR spectroscopy were useful to study changes in the material structure during processing. It was found that CO2 (dry and wet) atmosphere arrests HAp decomposition. At sufficiently high temperatures (>900 degrees of Celsius) concentration of CO3(-2) groups even increases. No free CaO appears. In contrast to that in oxygen atmosphere decomposition of HAp occurs, as it was previously observed in air atmosphere. Results of this work allow manufacturing samples useful for biological investigations.

12

Modyfikacja hydroksyapatytem włókien resorbowalnych

Buczyńska J., Pamuła E., Błażewicz S., Mikołajczyk T., Boguń M., Dobrzyński P., Haberko K.

Inżynieria Biomateriałów

|

2006

|

R. 9, nr 58-60

85-89

PL

Stosując metodę przędzenia z roztworu na mokro otrzymano trzy rodzaje włókien PGLA różniących się średnicą i właściwościami mechanicznymi. Włókna poddano inkubacji w sztucznym płynie fizjologicznym (SBF) w celu uzyskania warstwy fosforanu wapnia na powierzchni włókien. Oceniono mikrostrukturę wydzieleń fosforanowych i właściwości mechaniczne otrzymanych materiałów. Badania wykazały, że ilość i morfologia wydzieleń zależy od czasu przetrzymywania włókien w roztworze SBF. Po 15 dniach inkubacji powierzchnie wszystkich włókien całkowicie były pokryte warstwą fosforanu wapnia. Wytrzymałość na rozciąganie oraz odkształcenie zniszczenia wszystkich włókien spadały w funkcji czasu inkubacji w SBF, natomiast moduł Younga włókien ulegał podwyższeniu. Inkubacja w buforowanym roztworze soli fizjologicznej (PSB) nie powodowała zmian właściwości mechanicznych włókien.

EN

Three types PGLA fibres differing in diameter and mechanical properties were manufactured by solution spinning process. The fibres were incubated in simulated body fluid (SBF) to deposit calcium phosphate layer on their surface. The microstructure of deposits and mechanical properties of the materials were characterized. The results show that the amount and morphology of deposits depend on incubation time in SBF. After 15 days of incubation the surface of all fibres was completely covered with calcium phosphate layer. Tensile strength and strain of all fibres decreased during incubation time in SBF, while Young modulus of fibres increased. The incubation in phosphate buffered saline (PBS) did not cause changes in mechanical properties of fibres.

13

Naturalny hydroksyapatyt - właściwości, zmiany podczas ogrzewania

Haberko K., Bućko M.M., Brzezińska-Miecznik J., Haberko M., Mozgawa W., Panz T., Pyda A., Zarębski J.

Materiały Ceramiczne

|

2004

|

R. 56, nr 3

93-97

PL

Naturalny hydroksyapatyt ekstrahowano z kości zwierzęcych drogą ich traktowania gorącym roztworem Na-OH. Pozostająca po tej obróbce część organiczną kości utleniono w umiarkowanych temperaturach w warunkach ogrzewania preparatu w atmosferze powietrza. Pozostający po tej obróbce materiał wykazywał obecność grup węglanowych i niewielkiej ilości magnezu. Stosunek Ca/P w materiale świńskiej kości korowej był wyraźnie wyższy niż w stechiometrycznym hydroksyapatycie. Udział grup węglanowych zmniejszał się ze wzrostem temperatury prażenia. Równocześnie pojawiał się wolny tlenek wapnia (CaO). Pomimo tego struktura charakterystyczna dla hydroksyapatytu została zachowana. Transmisyjna mikroskopia elektronowa pokazała, że uzyskany opisaną drogą hydroksyapatyt ma postać krystalitów o rozmiarach mniejszych od 20 nm. Intensywny rozrost tych krystalitów obserwuje się w temperaturach > 750 stopni C. Równocześnie wypraski z tego materiału wyraźnie się kurczą.

EN

Natural origin hydroxyapatite (HAp) was extracted from animal bones by their treatment with hot NaOH solution. The remaining organic matter oxidizes in air atmosphere at moderate temperatures. In the material of this kind carbonate groups and small amounts of magnesium were found. Ca/P ratio in pig cortical bones was higher than in the stoichiometric HAp. Fraction of carbonate groups decreases with temperature and CaO appears at higher temperatures, but structure of hydroxyapatite becomes preserved. Transmission electron microscopy showed that natural HAp powders consisted of nanosized crystallites (<20 nm). Crystallite growth becomes intensive at temperatures >750 Celsius degrees and simultaneously compacts of such powder show large shrinkage.

14

Wpływ częstotliwości pracy lasera na teksturę i naprężenia własne w warstwach z HAp osadzanych z wykorzystaniem lasera ArF

Mróz W., Major R., Prokopiuk A., Wierzchoń T., Bonarski J., Haberko K., Major B.

Inżynieria Biomateriałów

|

2004

|

R. 7, nr 38-42

63-65

15

Surface engineering in formation of modern multiplayer structures - biofunctional hydroxyapatite coatings produced by pulsed laser ablation and glow discharge nitriding multiplex method

Major B., Wierzchoń T., Mróz W., Haberko K., Ebner R., Bonarski J., Major R., Prokopiuk A.

Bulletin of the Polish Academy of Sciences. Technical Sciences

|

2004

|

Vol. 52, nr 4

283-290

EN

Biocompatible coatings produced on the basis of the chemically extracted natural hydroxyapatite (HAp) from the animal bones were deposited using multiplex method comprising glow discharge nit riding (GDN) of the titanium alloy substrate and pulsed laser deposition (PLD) of HAp on the formerly fabricated titanium nitride layer (TiN). The TiN interlayer plays an important role improving adhesion of HAp to substrate and preserves the direct contact of the tissue with metallic substrate in the case of possible cracking of HAp coating. Surface morphology of deposited layers, crystallographic texture and residual stress were studied in relation to the type of laser applied to ablation (Nd:YAG or ArF excimer), laser repetition, temperature of substrate and atmosphere in the reactive chamber.

16

Synteza Ti-Y-TZP w układzie TiO2-Y2O3-ZrO2

Gasidło M., Haberko K., Bućko M.M., Piekarczyk J., Rączka M.

Materiały Ceramiczne

|

2003

|

R. 55, nr 2

65-68

PL

Wspólny roztwór wodny ZrOCl2, YCI3 oraz TiCl4 roztwór wprowadzono do roztworu NH3. W wyniku otrzymano bezpostaciowy rentgenograficznie żel, z którego po ogrzaniu krystalizuje roztwór stały Y2O3 i TiO2 w ZrO2. Posługując się tą techniką otrzymano 12 próbek o zmienianym systematycznie składzie: Y2O3 w zakresie od 2,1 do 3,0% mol oraz TiO2 w zakresie od 4% mol. do 18% mol. Temperatura krystalizacji była tym wyższa im większa była zawartość dodatków. Zmierzono parametry komórki elementarnej roztworów stałych, co pozwoliło obliczyć tzw. gęstość rentgenowską tych roztworów. Spieki w całym zakresie składów były jednofazowe i wykazały obecność wyłącznie fazy o symetrii tetragonalnej. Właściwości mechaniczne spieków o najniższych zawartościach TiO2 były najlepsze.

EN

Coprecipitation technique with ammonia from water solution of relative oxides was applied to prepare X-ray amorphous gels in the TiO2-Y2O3-ZrO2 system. Calcination of the gels results in solid solutions of TiO2 concentration ranging from 4 to 18 mole % and Y2O3 concentration from 2.1 to 3 mole %. Crystallization temperature was the higher the higher was concentration of the additional oxides. Within the whole composition range only tetragonal phase occurred in the sintered materials. Mechanical properties of the materials (Young modulus, hardness and fracture toughness) were best in compositions of the lowest concentration of the additives.

17

Hydrokysapatyt naturalny - preparatyka, właściwości

Haberko K., Bućko M., Haberko M., Mozgawa W., Pyda A., Zarębski J.

Inżynieria Biomateriałów

|

2003

|

R. 6, nr 30-33

32-37

PL

Opracowano metodę ekstrakcji naturalnego hydroksyapatytu (HAp) z kości zwierzęcych poprzez oddziaływanie na nie gorącym roztworem NaOH. Pozostająca w materiale substancja organiczna ulega utlenieniu w atmosferze powietrza w umiarkowanych temperaturach. W naturalnym hydroksyapatycie występują grupy węglanowe oraz niewielkie udziały magnezu, nieobecne w syntetycznym materiale. Udział grup węglanowych zmniejsza się ze wzrostem temperatury, równocześnie pojawia się wolny CaO. Struktura hydroksyapatytu zostaje jednak zachowana.

EN

Natural origin hydroxyapatite (HAp) was extracted from the animal bones by their treatment with hot NaOH solution. Remaining organic matter oxidized in air atmosphere at moderate temperatures. In the material of this kind carbonate groups and small amounts of magnesium were found, not present in the synthetic HAp. Fraction of carbonate groups decreases with temperature and also CaO appears, but structure of hydroxyapatite becomes preserved.

18

Problematyka formowania i spiekania nanoproszków ceramicznych.

Zych Ł., Haberko K.

Archiwum Nauki o Materiałach

|

2003

|

T. 24, nr 4

453-465

PL

Zwyczajowo przyjmuje się, iż nanoproszki zbudowane są z elementarnych cząstek (krystalitów) o rozmiarach mniejszych niż 20 nm. Ich wypalanie w temperaturach niższych niż stosowane w przypadku proszków "klasycznych", tj. zawierających cząstki o rząd większe, daje w wyniku polikryształy o bardzo małych rozmiarach ziaren. Spieki te charakteryzują się atrakcyjnymi właściwościami mechanicznymi. Chociaż opracowano liczne metody preparatyki nanoproszków to problematyka wykorzystania ich potencjalnych możliwości pozostaje nadal otwarta. Trudności formowania takich proszków wynikają z silnego rozwinięcia ich powierzchni właściwej i związanego z tym tarcia w obrębie proszku. Prowadzi to do niekorzystnej dla spiekania nierównomierności upakowania cząstek materiału, szczególnie wtedy, gdy jako technikę formowania stosuje się prasowanie. W pracy zastosowano proszek roztworu stałego Y2O3 (3% mol.) w ZrO2 przygotowany metodą krystalizacji w warunkach hydrotermalnych. Jako metodę formowania zastosowano prasowanie filtracyjne.

EN

Nanopowders are composed of elementary particles (crystallites) of sizes smaller than 20 nm. Their heat treatment at lower temperatures than in the case of classic powders results in polycrystals of very small grain sizes. Although numerous methods of producing nanopowders were elaborated, serious processing problems are still encountered, mainly due to the friction between powder particles. It follows that dry pressing of such powders leads to non-uniform densification of the system and hence its limited densification during sintering. Much better results can be achieved when shaping is performed in the presence of a liquid phase wetting the nanometric particles. The yttria (3 mol. %) zirconia powder of particle size about 8 nm was applied in the present work. It was synthesized by crystallization under hydrothermal condition. Shaping by pressure filtration technique resulted in very uniform packing of nanometric particles. It allowed us to reach nearly fully densified polycrystal of maximum grain sizes of 150 nm at sintering temperature of 1150 degrees centigrade.

19

Hydrotermalna preparatyka proszków ZrO2 - przykłady wykorzystania w technologii ceramiki

Bućko M.M., Zych Ł., Haberko K.

Materiały Ceramiczne

|

2002

|

R. 54, nr 2

46-52

PL

Z rentgenograficznie bezpostaciowego żelu uwodnionego tlenku cyrkonu podczas obróbki hydrotermalnej krystalizują cząstki ZrO2. Mechanizm ich wzrostu polega na łączeniu się cząstek w sposób uporządkowany krystalograficznie (koalescencja) i rozrastaniu się kontaktów poprzez rozpuszczanie się wypukłych powierzchni krystalitów i krystalizację materii w obrębie łączących je kontaktów. Ten ostatni proces jest znacznie szybszy w agresywnym chemicznie środowisku roztworu NaOH, niż w czystej wodzie. Prowadzi to do tworzenia się w środowisku zasady sodowej wydłużonych form krystalicznych. Przedstawiono możliwość ich wykorzystania dla uzyskania kierunkowych właściwości mechanicznych spieków AI2O3 umacnianych wtrąceniami takich cząstek. Cząstki izometryczne nie dają takiego efektu. Można je natomiast zastosować do otrzymywania gęstych spieków w relatywnie niskich temperaturach obróbki cieplnej. Ten ostatni przypadek zilustrowano posługując się proszkiem roztworu stałego Y2O3 w ZrO2. Kluczową sprawą, decydującą o powodzeniu jest równomierne upakowanie niezwykle drobnych (ok. 8 nm) krystalitów proszku. Wykazano, że można tego dokonać drogą prasowania filtracyjnego.

EN

Crystallization of the X-ray amorphous zirconia hydro-gel under hydrothermal conditions results in a powder composed of ZrO2 particles. The two step mechanism of their growth was identified: i) coalescence of the particles in an oriented manner and ii) growth of the contacts among them by the dissolution-precipitation process. The latter process is much faster in the aggressive NaOH solution than in water. Crystallization in sodium hydroxide results in formation of elongated particles. It was shown that they can be applied to toughen alumina of directional mechanical properties. No such effect was observed in case of isometric zirconia particles. But their sintering results in dense fine-grained polycrystals at Iow heat treatment temperature. It was illustrated using a solid solution of Y2O3 in ZrO2. The crucial problem in application of extremely fine particles (8 nm) is their uniform compaction. It was shown that this can be achieved by the pressure filtration technique.

20

Wpływ rodzaju podłoża na proces narastania apatytu w warunkach in vitro

Chłopek J., Haberko K., Szaraniec B.

Inżynieria Biomateriałów

|

2002

|

R. 5, nr 23-25

83-87

PL

W pracy dokonano oceny porównawczej wpływu rodzaju podłoża na proces narastania apatytu w sztucznym środowisku biologicznym. Badaniom poddano hydroksyapatyty naturalne oraz otrzymane syntetycznie, kompozyty węglowo-fosforanowe oraz kompozyt węgiel-węgiel. Wykorzystując skaningową mikroskopię elektronową oceniono stan powierzchni materiałów po różnych czasach inkubacji w sztucznym osoczu (płynie SBF). Badano również zmiany masy próbek oraz zmiany składu SBF. Przeprowadzone badania wykazały, że rodzaj hydroksyapatytu ma znaczący wpływ na proces narastania apatytu w warunkach sztucznego środowiska biologicznego oraz, że modyfikacja kompozytów węgiel-węgiel, poprzez wprowadzenie do nich odpowiednich faz fosforanowych znacznie poprawia ich aktywność.

EN

The aim of his study was to estimate the influence of the base type on the apatite growth process in simulated body fluid (SBF). Hydroxyapatites of natural origin, as well as synthetic ones, carbon-phosphate and carbon-carbon composites were examined. Using scanning electron microscope, the surfaces of investigated materials after different times of incubation in SBF were observed. Weight change and Ca2+ ions content in SBF were measured. Investigations proved, that the type of hydroxyapatite affects the rate of apatite growth process in simulated body fluid. Moreover, modification of carbon-carbon composites with phosphate phases increases their bioactivity.