Boletín de la Sociedad Española de Cerámica y Vidrio (Mar 2021)
Synthesis and phase evolution of a glass-ceramic biomaterial with near-eutectic composition of the pseudo-binary system diopside–tricalcium phosphate
Abstract
A glass-ceramic biomaterial with near-eutectic composition of the pseudo-binary system diopside (CMS2, CaMgSi2O6)–tricalcium phosphate [C3P, Ca3(PO4)2], with a weight composition of 61% CMS2–39% C3P, was synthesized by the so-called “petrurgic method”. Three different cooling rates (0.5, 1 and 2 °C/h) were used through the mushy zone. The synthesized materials showed a microstructure consisting of β-C3Pss (solid solution of CMS2 in C3P) primary skeletal dendrites, with a peculiar comb-like morphology, and which were embedded in a matrix of lamellar CMS2–β-C3Pss eutectic phase. The matrix also presumably contained a small amount of CaO–SiO2 glass segregated during formation of the β-C3Pss phase. The cooling rate used through the mushy zone affected the microstructure and phase composition of the synthesized materials. The dendrites of the primary β-C3Pss phase became smaller and thicker with decreasing cooling rate, while the level of substitution of Mg for Ca (x) decreased and that of Si for P (δ) increased in the latter phase, and the CMS2/β-C3Pss weight ratio tended to increase slightly in the interdendritic matrix, with increasing cooling rate. Resumen: Un biomaterial vitrocerámico con composición cercana a la eutéctica del sistema seudobinario diópsido (CMS2, CaMgSi2O6) - fosfato tricálcico [C3P, Ca3(PO4)2], con una composición en masa del 61% CMS2 - 39% C3P, fue sintetizado utilizando el llamado «método petrúrgico». Se usaron 3 diferentes velocidades de enfriamiento (0.5, 1 y 2 °C/h) a través de la zona de transición sólido/líquido. Los materiales sintetizados mostraron una microestructura consistente en dendritas esqueléticas primarias de la fase β-C3Pss (solución sólida de CMS2 en C3P), con una morfología peculiar similar a un peine, embebidas en una matriz constituida por la fase eutéctica laminar CMS2 - β-C3Pss. La matriz probablemente también contenía una pequeña cantidad de vidrio CaO-SiO2 segregado durante la formación de la fase β-C3Pss. La velocidad de enfriamiento utilizada a través de la zona de transición sólido/líquido afectó la microestructura y la composición de fases de los materiales sintetizados. Las dendritas de la fase primaria β-C3Pss se volvieron más pequeñas y gruesas con una velocidad de enfriamiento decreciente, mientras que el nivel de sustitución de Mg por Ca (x) disminuyó y el de Si por P (δ) aumentó en la última fase, y la relación en peso CMS2/β-C3Pss tendió a aumentar ligeramente en la matriz interdendrítica, con una velocidad de enfriamiento creciente.
