Оптически прозрачная керамика на основе оксида иттрия

стого цемента. По данным РФА по истечению первых суток гидратации интенсивность дифракционных линий у модифицированного глиноземистого цемента больше, чем у бездобавочного цемента. В процессе дальнейшей гидратации образцов также наблюдается превышение прочностных показателей у глиноземистого цемента с добавкой в сравнении с контрольным цементом.

По данным РФА, на 28 сутки минералогический состав цементов отличается соотношением гексагональных и кубических форм гидроалюминатов кальция. В бездобавочном цементе основная часть гидратов через 28 суток твердения представлена С3АН6 и небольшим количеством С2АН8. При введении добавки-модификатора количество С3АН6 снижается, а большая часть гидратов представлена С2АН8 и даже САН10.

1 сутки 3 сутки 28 сутки

Контрольный ПС добавкой CuCl2

Рис. 1. Прочностные показатели цементов

Таким образом, введение добавок-модификаторов в глиноземистый шлак улучшает свойства цемента. В настоящее время Пашийский металлургическо-цементный завод выпускает цемент марки ГЦ-40 и ГЦ-50. Он может применяться для различных огнеупорных изделий (огнеупорность его составляет 1500°С) и во многих отраслях техники и строительства.

Список литературы

1. Кузнецова, Т.В. Глиноземистый цемент/ Т.В.Кузнецова, Й.Талабер. - М.: Стройиз-дат, 1988. - 272 с.

2. Раманчадран, В.С. Добавки в бетон. Справочное пособие/ В.С.Раманчадран, Р.Ф.Фельдман, М.И. Коллепарди др.. - М.: Стройиздат, 1988. - 575 с.

3. Кузнецова, Т.В. Алюминатные и сульфоалюминатные цементы/ Т.В.Кузнецова. - М.: Стройиздат, 1986.

УДК 666.3:535.345

Д.О. Лемешев, Е.С. Лукин, Н.А. Попова, Н.А. Макаров

Российский химико-технологический университет им. Д. И. Менделеева, Москва, Россия ОПТИЧЕСКИ ПРОЗРАЧНАЯ КЕРАМИКА НА ОСНОВЕ ОКСИДА ИТТРИЯ

Ways of manufacturing optical transparent ceramic materials on the basis of yttria derived from carbonate and aloxide are considered. Ceramics synthesized on the basis of yttrium isopropilate compared to a material received on the basis of a yttrium carbonate at the same modes of heat treatment and roasting is found to possess considerably better optical properties.

Рассмотрены способы изготовления оптически прозрачных керамических материалов на основе У203, полученные из карбонатных и алкоксидных прекурсоров. Установлено, что керамика, синтезированная на основе изопропилата иттрия, в сравнении с материалом, полученным на основе карбоната иттрия при таких же режимах термообработки и обжига, обладает значительно лучшими оптическими свойствами.

Цель данной работы - получение оптически прозрачной керамики на основе У203, активированной ионами №3+, с улучшающей спекание добавкой HfO2 при использовании карбонатных и алкоксидных прекурсоров. В работе использовали состав (мол. %): У20з - 93; НГО2 - 6; Ш2О3 - 1 [1].

В качестве компонентов шихты использовали: промышленный У2(С03)3; карбонат иттрия, синтезированный методом соосождения [2]; изопропилат иттрия, полученный по обменной реакции УС13 с № среде изопропилового спирта [3]. Уплотняющую добавку оксида гафния вводили в шихту в виде оксинитрата гафния, оксида неодима -в виде нитрата неодима [4]. Измельчение компонентов осуществляли в планетарной мельнице. Помол исходных порошков карбонатов иттрия проводили в водном растворе солей добавок при подкислении до pH = 2 + 4.

Микроскопические исследования прокаленных порошков показали, что порошок, полученный из промышленного карбоната, состоит из частиц неправильной формы размером 1 - 3 мкм. Порошок оксида иттрия на основе синтезированного карбоната представлен сферическими частицами размером 200 - 300 нм, объединенными в рыхлые непрочные агрегаты размером не более 1 мкм.

К раствору изопропилата иттрия быстро приливали дистиллированную воду при интенсивном перемешивании. При этом образовывался полупрозрачный вязкий гель. Полученный осадок смешивали с 5 мас. % водным раствором ПВС и вводили необходимое количество солей гафния и неодима. Возможно также использование раствора солей добавок в качестве гидролизата. После этого гель перемешивали 30 мин для равномерного распределения ПВС между частицами и сорбции на их поверхности. Далее гель высушивали при 150 °C до полного удаления жидкости.

Микроскопический анализ показал, что ксерогель состоит из пластинчатых частиц размером 20 - 30 мкм. Синтезированный порошок состоит из округлых частиц размером менее 200 нм, составляющих рыхлые агрегаты размером 1 - 2 мкм.

В полученные порошки вводили 5 мас. % раствор ПВС и формовали образцы (диаметр - 22 мм, толщина - 2,5 - 3,0 мм) методом полусухого прессования при давлении 100 МПа.

Заготовки обжигали на воздухе при 1400 °С с выдержкой 2 ч, а затем в вакууме (10-6 мм рт. ст.) при 1750 - 1950 °С в течение 2 ч. Впоследствии проводили окислительный обжиг на воздухе при 1400 °С с выдержкой 2 ч и осветлительный обжиг в вакууме при 700 °С с выдержкой 30 мин. Свойства образцов на основе различных видов исходного сырья приведены в таблице 1.

С целью повышения величины светопропускания и относительной плотности проведены обжиги с промежуточной выдержкой при температуре 1500 °С в течении 30 мин. Результаты приведены в таблице 1. Как следует из представленных данных, режимы с промежуточной выдержкой позволяют увеличить относительную плотность керамики на основе изопропилата иттрия с 99,5 до 99,7 %, размер кристаллов с 8 до 12 мкм, светопропускание с 42 до 48 % в видимой области спектра. Для материалов на основе карбоната практически не наблюдается прироста относительной плотности, размер кристаллов и светопропускание остаются такими же, как и без промежуточной выдержки. Повышение температуры обжига до 1810 °С дает возможность увеличить относительную плотность керамики до 99,9 % для образцов на основе изопропилата, размер кристаллов при этом увеличивается до 15 - 20 мкм. Петрографический анализ по-

казал, что габитус кристаллов изометричный, четко выделяются два типа твердых растворов: оксида гафния в Y2O3 и оксида неодима в Y2O3. Дальнейшее повышение температуры до 1950 °С привело к уменьшению относительной плотности образцов до 96 -98 %, линейных усадок до 16 - 17 %, полной потере прозрачности, резкому росту размеров кристаллов.

При этом следует отметить, что все образцы, полученные на основе промышленного карбоната, получились непрозрачными с видимыми неоднородностями. Это еще раз подтверждает влияние предыстории оксида иттрия на оптические свойства керамики.

Таблица 1. Свойства керамики на основе оксида иттрия

Исходное сырье

Характеристика микрострук-

Темпе- _туры_

ратура Размер

обжига, °С Фаза частиц,

мкм

Закрытая пористость

Размер, мкм

Количество, %

Свето-пропускание, %

Относительная плотность,

%

Без промежуточной выдержки

У2(СОз)з

У2Оз

1750

твердый раствор НГО2 в У2Оз

1-2

0,2

18

твердый раствор Ш2О3 в У2Оз

6-8

98,7

У(ьРгО)з

У2Оз

1750

твердый раствор НГО2 в У2Оз

42

твердый раствор Ш2Оз в У2Оз

з

99,5

С промежуточной выдержкой при 1500 °С в течении 30 мин

У2(СОз)з

У2Оз

5-12

1750

твердый раствор НГО2 в У2Оз

1-2

0,1

19

твердый раствор Ш2Оз в У2Оз

4-5

99,

У(ьРгО)з

У2Оз

8-12

1750

твердый раствор НГО2 в У2Оз

48

твердый раствор Ш2Оз в У2Оз

2-з

99,7

У2(СОз)з

У2Оз

12-24

1810

твердый раствор НГО2 в У2Оз

0,1

15

твердый раствор Ш2Оз в У2Оз

98,7

У(1-РгО)з

У2Оз

15-20

1810

твердый раствор HfO2 в У2Оз

64

тв.р-р Nd2O3 в У2Оз

4-6

99,9

8

5

8

з

4

1

з

8

2

2

Таким образом, керамика на основе промышленного карбоната иттрия обладает худшими свойствами, по сравнению с материалом, полученным на основе карбоната иттрия, синтезированного в лабораторных условиях. Показано, что порошки, изготовленные путем гидролиза изопропилата иттрия, характеризуются меньшим размером

частиц. На их основе получены оптически прозрачные керамические материалы со све-топропусканием 64 % в видимой области спектра.

Список литературы

1. Тельнова, Г.Б. Исследование и разработка технологии люминесцентной прозрачной керамики на основе оксида иттрия, активированного Ей +: Автореф. Дис. ... канд. техн. наук/ Г.Б.Тельнова. - М., 1981. - 32 с.

2. Лукин, Е.С. О влиянии метода синтеза и условий подготовки порошков в технологии высокоплотной керамики/ Е.С. Лукин // Тр. моск. хим.-технол. ин-та им. Д.И. Менделеева.- М.:МХТИ, 1982. - Вып. 123. - С. 5 - 16

3. Турова, Н.Я. Химия алкоголятов металлов/ Н.Я. Турова, Е.П.Туревская. - М.: МГУ им. М.В. Ломоносова, 2001. - 361с.

4. Лукин, Е.С. Современная высокоплотная оксидная керамика с регулируемой микроструктурой. Часть II. Обоснование принципов выбора модифицирующих добавок, влияющих на степень спекания оксидной керамики/ Е.С. Лукин // Огнеупоры и техническая керамика. - 1996. - № 4. - С. 2 - 13.

УДК 661.842.455-033.24:61 Ю.С. Лукина

Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия

ИНЖЕКТИРУЕМЫЙ БРУШИТОВЫЙ ЦЕМЕНТ ДЛЯ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ДЕФЕКТОВ КОСТНОЙ ТКАНИ

Calcium phosphates are considered to be very promising synthetic osteoinductive bone replacement substances. Among them, injectable cements are worth mentioning. Brushite cement has been synthesized, modified with sodium pyrophosphate and sulphuric acid in order to decrease plastic strength and prolongating setting time. Injectability of the above-mentioned cement has been investigated.

Фосфаты кальция - многообещающие синтетические остеокондуктивные костные заменители. Среди них - цементы, обладающие способностью инжектироваться. Получен брушитовый цемент. Модифицированный добавками пирофосфата натрия и серной кислоты для уменьшения пластической прочности и пролонгигования времени твердения. Изучена инжекционная способность полученного цемента.

В настоящее время для восстановления костной ткани перспективным является регенерационный подход, при котором важны биологические свойства материалов. Ведутся разработки новых и усовершенствование уже предложенных материалов, среди которых полимеры, керамика, цементы, а также их композиты. Фосфаты кальция идентифицированы в этой группе как многообещающие синтетические остеокондуктивные костные заменители. Такое определение обусловлено их биосовместимостью, схожестью структуры со структурой костной ткани. Важным преимуществом цементов является возможность их адаптации к костному дефекту, а также возможность получения цементной пасты прямо в операционной без предварительной формовки. Такие цементы обладают высокой удельной поверхностью, что делает их биоактивными по сравнению с высокотемпературной керамикой. Цементы хорошо срастаются с костью, постепенно растворяясь и регенерируя костную ткань.

Большой недостаток цементов заключается в том, что их механические свойства уступают механическим свойствам костной ткани, поэтому не могут быть использованы в качестве заменителей несущих костей. Но применение того или иного материала