ВЛИЯНИЕ ТЕРМООБРАБОТКИ НА ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА И ЛОКАЛЬНУЮ СТРУКТУРУ БИОСТЕКЛА 45S5

Першина С.В.^(1,2)

⁽¹⁾ Институт высокотемпературной электрохимии УрО РАН

620066, г. Екатеринбург, ул. Академическая, д. 20

⁽²⁾ Уральский федеральный университет

620002, г. Екатеринбург, ул. Мира, д. 19

Биоматериалы на основе стекла состава 45SiO₂–24.5Na₂O–24.5CaO–6P₂O₅ с общепринятым условным обозначением 45S5 успешно используются в последние годы в клинической медицине для восстановления костных дефектов, вызванных травмами, врожденными аномалиями или хирургическим вмешательством. Упорядочение локальной структуры стекла с контролируемой степенью кристалличности позволяет получать принципиально новые материалы с улучшенными свойствами. В свою очередь, функциональные свойства стеклокристаллических материалов во многом зависят от их предыстории и локальной структуры стекла, из которого они синтезированы. Целью данной работы является исследование фазового состава, микроструктуры, плотности и локальной структуры биостекла 45S5 до и после кристаллизации.

Стекло 45S5 получено методом закаливания расплава на воздухе при 1450 °C. Его термическое поведение изучено с помощью ДСК. Температура стеклования (T_g) составляет 541 °C, температура пика кристаллизации (T_p) – 760 °C. Стеклообразные образцы закристаллизованы при температуре выше T_p (800 °C, 2 ч). Согласно данным РФА, в стеклокристаллических образцах преобладающей фазой является Na₆Ca₃Si₆O₁₈. Локальная структура исследована спектроскопическими методами (ИК и КР). Полосы колебаний стекла широкие, что подтверждает его аморфную структуру, установленную с помощью РФА, а после термообработки основные полосы колебаний становятся более узкими, что характерно для кристаллических фаз, и появляются новые полосы колебаний, характерные для Na₆Ca₃Si₆O₁₈. Исследуемые материалы преимущественно образованы силикатными тетраэдрами с разной степенью полимеризации. Микроструктура поверхности стеклокерамики изучена с помощью РЭМ и картированием по элементам. Средний размер частиц после термообработки ~1.5 мкм, при этом элементы, входящие в состав материала, распределены равномерно.

Плотность стекла составляет 2.72 г/см³, а закристаллизованных образцов – 2.52 г/см³. Уменьшение плотности образцов после термообработки связано с упорядочением и уплотнением структуры, а также появлением микропор, что может привести к улучшению биоактивности материала.

Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 25-23-01320, https://rscf.ru/project/25-23-01320/