Гончаренко А. В. Кристалізація та структурні перетворення у фосфатах кальцію з метастабільними та іонозаміщеними фазами

Об’єкт дослідження: нанодисперсні аморфні, нанокристалічні та субмікрокристалічні зразки фосфатів кальцію зі значеннями 1.0 ≤ Са/Р < 1.67. Мета: встановлення фізичних закономірностей і механізмів формування вихідного складу та структури, кристалізації рівноважних і метастабільних фаз, термічних фазових переходів і особливостей ущільнення ФК з відношенням 1.0 ≤ Са/Р < 1.67, а також визначення оптимальних умов отримання перспективних біоматеріалів на їхній основі. Методи: взаємно-доповнюючі методи фізики твердого тіла: рентгенівська дифрактометрія, растрова електронна мікроскопія з рентгенівським мікроаналізом, термогравіметрія та диференціальний термічний аналіз, ІЧ-спектрометрія, масс-спектрометрія, методи хімічного та хіміко-колорометричного аналізу. Теоретичні і практичні результати, наукова новизна: досліджено еволюцію складу, структури та морфології аморфних нанопорошків із заданим відношенням Са/Р = 1 в інтервалі температур 20–1000 ºС; встановлено, що утворені фази були нанокристалічними, у зв’язку з чим порошки проявили високу здатність до спікання; процеси ущільнення в них розпочиналися за температур, які на 150–200 ºС менші за типові для спікання компактів із фосфатів кальцію; вперше досліджено механізми та визначено характеристики кристалізації метастабільного α/-пірофосфату кальцію (α/-ПФК), а також фазового переходу α/-ПФК → β-ПФК і росту зерен у цих фазах; ґрунтуючись на значеннях енергій активації та експонент Аврамі, механізми перетворень визначено як переважно поверхневу дифузію за середніх температур і комбіновану поверхнево-об’ємну – за високих; утворення високотемпературних фаз за середніх температур пов’язано з правилом ступенів Оствальда, а водночас двох фаз α/-ПФК і β-ПФК із одного попередника – із формуванням двох типів кластерів перед кристалізацією; ґрунтуючись на отриманих наукових результатах, визначено оптимальні умови отримання перспективних біоматеріалів із фосфатів кальцію з метастабільними фазами ПФК і трикальційфосфату, а також градієнтних іонозаміщених керамік на основі кальцій-дефіцитного гідроксиапатиту. Практичне значення: Результати виконаних досліджень доповнюють знання щодо процесів кристалізації аморфних утворень, природу кристалізованих фаз і термічні фазові переходи в фосфатах кальцію з метастабільними та іонозаміщеними фазами. Запропонований підхід у мікрохвильовому синтезі градієнтних натрій-заміщених ФК може бути використаний при розробці новітньої технології отримання споріднених матеріалів. Сфера використання: у навчально-методичній роботі при підготовці фахівців за спеціалізацією «фізика біоматеріалів і медичне матеріалознавство», а також при підготовці підручників, навчальних посібників та іншої навчальної літератури із зазначених дисциплін.