Дисертація присвячена дослідженню фізичних властивостей та характеристик кальцій-фосфатних матеріалів, які містять домішки в інтервалі температур від кімнатної до 1400°С, який охоплює отримання кальцій фосфатних порошків та формування щільних та пористих керамік на основі фосфатів кальцію при високих температурах. Вперше отримані кальцій-фосфатні покриття шляхом осадження із водних розчинів на новий тип металевих підкладок із MАХ фази Ti3AlC2.
У першому розділі розглядаються кристалічні структури фосфатів кальцію, проводиться аналіз стехіометрії даних сполук, умови їхньої фазової рівноваги. У розділі ґрунтовно розглянуто механізми спікання кераміки, методи формування щільної та пористої кераміки. В частині розділу, присвяченій електричним властивостям кальцій-фосфатних матеріалів, розглядаються механізми переносу електричних зарядів. Також у даному розділі розглядаються методи формування кальцій-фосфатних покриттів на металевих підкладках.
Другий розділ дисертації присвячено методам отримання кальцій-фосфатних матеріалів та дослідженню фізичних властивостей та характеристик кальцій-фосфатних матеріалів. Детально описано апаратуру та методики, за якими проводяться вимірювання фізичних характеристик.
У третьому розділі дисертації представлено результати створення кальцій-фосфатних покриттів на підкладках із МАХ фази Ti3AlC2 шляхом осадження у водних розчинах. Дослідження проводилися окремо для гідроксиапатиту (Ca/Р=1,67) та інших фосфатів кальцію змінного хімічного складу (Ca/Р≠1,67).
У четвертому розділі розглянуто електричні характеристики кальційфосфатних матеріалів, які містять домішки в залежності від температури відпалу в інтервалі температур від кімнатної до 1200°C. Вперше було продемонстровано, що домішки в зразках гідроксиапатиту впливають на хід температурної залежності електричного опору при постійному струмі. Проведено ідентифікацію таких домішок.
П’ятий розділ дисертації присвячено дослідженням процесів спікання кальцій-фосфатних матеріалів. Встановлено, що спікання фосфатів кальцію відбувається за механізмами поверхневої дифузії та межами зерен.
Головні наукові результати, отримані у роботі, є наступними.
1. Отримано кальцій-фосфатні покриття на підкладках Ti3AlC2 золь-гель методом. Показано, що фазовий склад покриттів залежить від часу витримки зразків у розчині фосфату кальцію.
2. Показано, що оптимальними умовами для формування кальцій-фосфатного покриття на підкладках Ti3AlC2 є занурення підкладки у розчин фосфатів кальцію упродовж 24 годин. Покриття мають пористу структуру, яка повинна сприяти утворенню щільного контакту металевих імплантатів з кісткою.
3. Показано, що зміни електричної ємності, електричного опору, а також діелектричної проникності зразків у залежності від температури відпалу пов’язані із розкладанням і взаємодією домішок: десорбцією води з поверхні наночастинок КФМ, а також із кристалічної ґратки, розкладанням HPO42- та взаємодією отриманих продуктів із СО32-, а також відбуваються в наслідок вивільнення СО2 з кристалічної ґратки гідроксиапатиту.
4. Показано, що електричний опір зразків при постійному струмі суттєво залежить від наявності домішок у зразках фосфатів кальцію, які призводять до появи мінімумів на відповідних залежностях. Основними носіями електричного заряду в зразках є ОН-, а також іони домішок (NH4+, СО32-, P2O74-), які утворюються на етапі синтезу фосфатів кальцію.
5. Визначено енергію активації процесів переносу іонів у зразках гідроксиапатиту із домішками при високих температурах.
6. Вперше показано, що залежності лінійної та об’ємної усадки, густини та мікротвердості за Віккерсом мають немонотонний вигляд, який пов’язаний з наявністю домішок як у вигляді окремих фаз, так і у вигляді іонів, розташованих у кристалічній ґратці гідроксиапатиту.
7. Показано, що спікання зразків гідроксиапатиту із домішками відбувається за механізмом ґраткової дифузії з поверхні та дифузії межами зерен.
8. Розраховано енергії активації росту кристалітів гідроксиапатиту із домішками під час спікання зразків. Значення енергії активації зразків ГА добре узгоджуються з наведеними в літературі даними для росту частинок КФМ.
