Note publique d'information : La synthèse par voie aqueuse du phosphate tricalcique apatitique Ca9(HPO4)(PO4)6(OH),
qui conduit au TCP β anhydre Ca3(PO4)2 après calcination à une température supérieure
à 700°C, a été étudiée par la méthode des plans d’expériences. Sous couvert d’un contrôle
précis de la température et du pH, les conditions de stabilité permettant d’envisager
la synthèse reproductible de TCP apatitique sont réunies pour une température de 30°C,
un pH compris entre 6,5 et 7,0 et une durée de maturation minimale de 10 h. La validation
de ce protocole a nécessité la mise en place de méthodes de caractérisation par ATD
et DRX autorisant la détection à des seuils très faibles des deux phases secondaires
HA et CPP β qu’est susceptible de contenir le TCP synthétisé après calcination à 1000°C.
L’évolution cristallographique du TCP β en température semble se traduire par une
compensation progressive des altérations structurales affectant la maille hexagonale
à basse température. Le caractère renversable des processus mis en jeu ne semble assuré
que sous des conditions restrictives de recuit. Les valeurs optimales de résistance
à la rupture et à la propagation de fissures sont obtenues pour des compacts de TCP
β pur frittés sous charge à 1100°C pendant 30 mn. Ces valeurs sont respectivement
de 85 MPa et de 1,3 MPa.m1/2. Des pièces macroporeuses de TCP β et de mélange biphasé
65% HA/35% TCP β vouées à la substitution osseuse ont été élaborées par imprégnation
de mousse polymérique par des suspensions de phosphates de calcium. Après une étape
de broyage-mélange, les suspensions ont un comportement pseudo-plastique rhéofluidifiant
pour de faibles valeurs de vitesse de cisaillement suivi d’un écoulement de type linéaire
pour un cisaillement plus intense. Les pièces de TCP β présentent, après un frittage
de 2 h à 1100°C, une microstructure dense exempte de microporosité pour une macroporosité
totale de 74% et une résistance en compression de 2,1 MPa. Les échantillons de BCP
présentent, après frittage de 1 heure à 1350°C et recuit de 48 h à 1000°C, une porosité
totale de 78,5% composée de 80% de macropores et de 20% de micropores pour une valeur
moyenne de résistance en compression de 0,4 MPa. Les matériaux cellulaires obtenus
sont à porosité contrôlée et interconnectée : diamètres de macropores compris entre
330 et 690 µm et diamètres d’interconnexion compris entre 50 et 250 µm. Les pièces
de TCP β et de BCP finalisées ont des surfaces spécifiques respectives de 0,9 m²/cm3
et de 0,7 m²/cm3.
Note publique d'information : The synthesis via aqueous medium of apatitic tricalcium phosphate Ca9(HPO4)(PO4)6(OH),
which leads to anhydrous β TCP Ca3(PO4)2 above 700°C, was studied with the help of
Doelhert experimental designs. Under an accurate control of temperature and pH, the
experimental conditions allowing the reproducible synthesis of pure apatitic TCP are
a temperature of 30°C, a pH between 6,5 and 7,0 and a ripening time of 10 hours. Characterization
methods using ATD and DRX were required to validate the synthesis process and to control
the purity of the as-synthesized powders by detection of very small quantities of
secondary phases (β CPP, HA). Crystallographic changes of β TCP with temperature seems
analogue to a progressive compensation of structural alterations affecting its hexagonal
lattice at low temperature. Reversibility of the phenomenon involved is not insured
without restrictive conditions of additional heat treatment. Flexural strength and
indentation toughness of pure β TCP were measured on fully dense materials obtained
by hot pressing for 30 minutes at 1100°C. Optimal values are, respectively, 85 MPa
and 1,3 MPa.m1/2. Macroporous bone substitutes were prepared by immersion of polymeric
foams in β TCP or biphasic mixture 65% HA/35% β TCP slurries. After milling, BCP and
TCP slurries are shear thinning at low shear rate whereas they exhibit a linear rheological
behaviour at high shear rates. After sintering at 1100°C for 2 hours, samples of β
TCP were dense with a microstructure free from porosity for a total macroporosity
of 74% and a compressive strength of 2,1 MPa. Samples of BCP exhibit, after sintering
at 1350°C for 1 hour and a secondary firing step at 1000°C during 48 hours, a total
porosity of 78,5% made of 80% of macropores and 20% of micropores, for a compressive
strength of 0,4 MPa. Cellular materials obtained have a controlled and interconnected
porosity: macropores diameters between 330 and 690 µm and interconnexion diameters
between 50 and 250 µm. TCP and BCP processed parts have a specific area of, respectively,
0,9 m²/cm3 and 0,7 m²/cm3.
paprika.idref.fr
data.idref.fr
Documentation
