Научный отчет № 4850

Название

Экспериментально-теоретическое исследование реологических процессов с учетом влияния агрессивных сред и старения материала и приложение к механике биоматериалов.

Авторы

Кузнецов В.Н., Коршунов А.Б., Путляев В.И., Агахи К.А., Иванов А.Н., Голубцов И.В., Ковальков В.К., Азовцева Н.А., Вересов А.Г., Басалов Ю.Г., Голубев В.А., Францев В.В.

Аннотация

Объектами исследований являются резорбируемые композиционные материалы нового поколения, предназначенные для замещения костной ткани. Цель работы: разработка и обоснование методики создания указанных материалов и экспериментального определения их механических свойств с учетом слабого ионизирующего облучения. Методы работы - экспериментально-теоретические, представляющие собой усовершенствованные применительно к проблеме традиционные методы и некоторые новые подходы. Результаты работы: впервые получены результаты, указывающие на явное влияние анионного состава растворов на форму и размер частиц гидроксиапатита (ГАП) при синтезе из растворов. Это различие связано с различным характером взаимодействия аниона с кристаллом ГАП (адсорбция или замещение ионов в кристаллической решетке). Получены биорезорбируемые композиционные цементные материалы. Показано, что причиной низкой прочности цементов является их макро- и микропористость. Для улучшения прочностных свойств и трещиностойкости цементного камня сделан акцент на цементы с вязкоупругой полимерной составляющей. Показано, что качественную кремний содержащую ГАП-керамику (с плотностью 96% и средним размером зерна не более 1 мкм) можно получить при помощи простых технологических операций: одноосного формования, спекания на воздухе без использования спекающих добавок. Механические испытания образцов описанного выше материала проведены на лицензированной испытательной установке Zwick//Roell Z100. Опыты на сжатие проводились при постоянной скорости деформирования и регистрировались тензометрической станцией на базе персонального компьютера. Разработана методика для определения фундаментальных механических характеристик костезамещающих цементов. Определены механические свойства при сжатии ряда марок костезамещающего цемента и композитов на его основе. Установлено влияние малых доз ионизирующего облучения на механические свойства материала. Разработана математическая модель реологических процессов в материале применительно к цементу и композитам на его основе. Определяющие соотношения модели учитывают как нелинейно-вязкое течение, так и пластическую деформацию материала, как при активном нагружении, так и при разгрузке. Показано, что воздействие рентгеновского облучения и облучения малыми дозами быстрых электронов может быть эффективным методом модификации структуры и механических свойств исследуемых материалов. Установлена корреляция между изменениями размеров блоков и величиной разрушающего напряжения материала при облучении быстрыми электронами: по мере уменьшения размеров блоков до определенного предела, зависящего от состава материала, это напряжение увеличивается, а затем, при дальнейшем уменьшении размеров блоков, резко падает.

Год публикации

2006 г.

Объём

110 с.

Научный руководитель

Кузнецов В.Н., Коршунов А.Б., Путляев В.И.

Ключевые слова

биоактивные искусственные материалы, резорбция, гидроксиапатит (ГАП), новое поколение, костезамещающие цементы, ГАП-керамика, композиты, реология, механические свойства, прочность, эксперимент, основы теории, математическая модель.