Synthèse, stabilité thermique et frittage d'hydroxyapatites carbonatées

Discipline

Matériaux Céramiques et Traitements de Surface

Classification

Technologie (Sciences appliquées),

Sciences de l'ingénieur

Mots-clés libres

modèles et modélisation, thermodynamique, frittage, apatites, stabilité thermique, tissus osseux, biocéramique

Mots-clés

Surfaces (technologie) -- Analyse - Thèses et écrits académiques,

Matériaux -- Propriétés thermiques,

Frittage (métallurgie)Frittage (métallurgie) -- Thèses et écrits académiques,

Modèles mathématiques

Des hydroxyapatites carbonatées de type B (substitution d'ions carbonate en site B type "phosphate") monophasées Ca₁₀₋ₓ□ₓ(PO₄)₆₋ₓ(CO₃)ₓ(OH)₂₋ₓ□ₓ (avec 0 ≤ x ≤ 2) ont été synthétisées par précipitation en milieu aqueux dans des conditions de pH et de température contrôlées, dans le but d'élaborer des substituts osseux. Le taux d'ions carbonate dans l'apatite est contrôlé par le rapport carbonate/phosphate (C/P) en réactifs et croît avec ce dernier. Les poudres restent monophasées de structure apatitique tant que le rapport C/P en réactifs n'excède pas 1. Au-delà de cette valeur, la synthèse mène à un précipité biphasé CaCO₃ / apatite carbonatée. La décarbonatation sous des atmosphères mettant en jeu des pressions partielles en H₂O / CO₂ / Ar est gouvernée par un équilibre thermodynamique bivariant. Il implique une solution solide apatitique à deux constituants et une phase secondaire de calcite CaCO₃ ou de chaux CaO. Bien que catalysée par la présence de vapeur d'eau dans l'atmosphère, la décarbonatation ne dépend thermodynamiquement que de la pression partielle de CO₂ et de la composition initiale de l'apatite. Parallèlement, mais indépendamment de l'équilibre de décarbonatation des sites B, les sites A (type "hydroxyde") sont susceptibles de se (dé)carbonater et / ou de se (dés)hydroxyler en fonction de la température et des pressions partielles d'H₂O et de CO₂ selon un système trivariant de deux équilibres entre trois constituants d'une solution solide apatitique. L'utilisation d'une atmosphère de frittage sous pression partielle de gaz carbonique stabilise les apatites carbonatées jusqu'à des températures permettant la densification des matériaux avant leur décomposition. Les diverses compositions synthétisées ont pu être densifiées à plus de 95%. La température de frittage est abaissée lorsque le taux de carbonatation en site B augmente, mais, elle s'élève lorsque la carbonatation des sites A s'accroît. La présence de vapeur d'eau dans l'atmosphère, en limitant la carbonatation des sites A, favorise la densification des matériaux.