В чём суть

Новый метод позволяет получить материал, по прочности не уступающий самым современным аналогам, сообщили ТАСС в Минобрнауки РФ.

Что такое форстерит и зачем он нужен

Форстерит — это природный минерал, который состоит из магния, кремния и кислорода. Он очень прочный, выдерживает огромные температуры (плавится почти при 1900 °C) и при этом не вступает в реакцию с тканями человека, потому его используют для создания медицинских имплантов.

Ещё форстерит применяют в электронике как изолятор и в производстве огнеупорных материалов — тех, что не боятся высоких температур.

В чём была проблема

Для изготовления качественной керамики нужен порошок высочайшей чистоты. Все частицы в нём должны быть одинакового размера и формы — тогда изделия получаются плотными и прочными.

Но получить такой порошок из форстерита сложно. Природный минерал неоднороден по составу, а частицы в процессе производства слипаются друг с другом, образуя комки. Из-за этого керамика получается пористой и непрочной — для серьёзных задач она не годится.

Что придумали томские учёные

Исследователи модифицировали один из существующих методов получения порошков — так называемый золь-гель метод. Они взяли два вещества: источник кремния и источник магния, добавили специальный компонент, который помогает формировать частицы, и провели реакцию в кислой среде.

В результате у них получились крошечные сферические частицы размером от 1 до 5 микрометров (это в десятки раз тоньше человеческого волоса). При нагревании выше 900 °C они превращаются в чистый форстеритовый порошок.

«Обычно такие методы дают наночастицы — они очень мелкие, но плохо формуются и не подходят для создания изделий сложной формы. Нам же удалось получить частицы в виде микросфер — они идеальны для формования», – объяснил один из авторов разработки Александр Меженин.

Как избавлялись от дефектов

В ходе экспериментов учёные столкнулись с двумя проблемами и успешно их решили.

Слипание. Сначала частицы склеивались в крупные капли, но оптимизация процесса позволила этого избежать.

Нарушение состава. При промывке вымывалась часть магния, и нарушалось нужное соотношение веществ. Учёные скорректировали методику, и состав стал стабильным.

Что получилось в итоге

Из нового порошка изготовили керамические образцы и обожгли их при температурах от 1300 до 1600 °C. Результаты впечатляют.

Плотность — 91% от теоретически возможной.

Пористость — всего 1,3% (почти нет пустот).

Прочность на изгиб — 202 МПа (это сопоставимо с лучшими мировыми аналогами).

Твёрдость — 7,2 ГПа.

По своим свойствам новая керамика не уступает материалам, полученным из нанопорошков по другим технологиям.

Что дальше

Сейчас учёные планируют проверить, как новый порошок поведёт себя в реальном производстве — при 3D-печати, литье и других технологических процессах.

Результаты исследования уже опубликованы в авторитетном международном журнале Ceramics International, и, судя по отзывам, разработка томских учёных может стать важным шагом в создании доступных и качественных медицинских имплантов.

Ранее мы рассказывали о недостатках зубных имплантов.