На Урале создали порошок из диоксида циркония для коронок и имплантатов

14:39, 27 апреля 2024

По прочности и плотности новая керамика близка к ведущим мировым аналогам [фоторепортаж]

Ученые Уральского федерального университета и Института высокотемпературной электрохимии УрО РАН создали керамику на основе диоксида циркония для коронок и имплантатов. По характеристикам — прочности и качеству — она не уступает зарубежным аналогам (Япония, Германия, Швейцария). По стоимости конечные изделия еще предстоит оценить. На массовое производство керамики исследователи с промышленным партнером планируют выйти к 2027 году. Работа проводится при финансовой поддержке по программе «Приоритет-2030».

«Мы давно работаем над созданием керамики из диоксида циркония. Такую керамику из-за ее уникальных свойств — прочность, термостойкость, стабильность в окислительной атмосфере, высокая химическая и биологическая инертность и другие — можно использовать во многих высокотехнологичных отраслях: от огнеупорных и электроизоляционных изделий, изделий для химической промышленности, вакуумной техники до конструкционных деталей для атомной энергетики, радиотехники, авиации и металлургии, — поясняет научный руководитель ИВТЭ УрО РАН Юрий Зайков. — Так как сейчас в нашей стране сложности с поставкой импортных материалов, мы должны в кратчайшие сроки наладить выпуск отечественных материалов для авиастроения, турбостроения и медицины. С этой целью Институт высокотемпературной электрохимии совместно с Уральским федеральным университетом создают совместный центр керамических материалов».

Ученым удалось разработать технологию получения пресс-порошка, который используют для создания керамических заготовок. Из этих заготовок делают предварительно спеченные диски, из которых вырезают коронки и имплантаты, далее изделия обжигают для достижения конечной прочности. Каждый стоматологический центр сможет изготавливать коронки или имплантаты индивидуально, под заказ, добавляет специалист.

Уральская керамика по уровню плотности и прочности, повышенной износостойкости не уступает мировым аналогам. Это ключевые параметры стоматологической керамики, потому что срок службы циркониевых коронок и имплантатов должен превышать 50 лет. Изделия из циркония должны быть в 1,5–2 раза более прочные, чем кости, и не должны разрушаться (особенно имплантаты). Если коронку еще можно сточить и заменить на новую, то для удаления разрушенного имплантата понадобится сложная болезненная и дорогостоящая операция. Поэтому уровень прочности керамики должен быть не менее 800 МПа, а еще лучше не менее 1 000 МПа.

«Мы вплотную приблизились к этому показателю. Образцы, которые мы изготавливали и испытывали, гарантированно имеют прочность не менее 900 МПа. В течение года мы планируем поднять эту цифру до 1000–1100 МПа, и потом можно будет проводить испытания в аккредитованных лабораториях, тестирование на биологическую совместимость и выходить на рынок. Мы планируем запустить массовое производство порошка в России — минимум 10 тонн в год — к 2027 году. Полагаем, у нас это может получиться, потому что технология создания порошка не требует сложного оборудования или дорогостоящих реагентов, что в целом обеспечивает возможность быстрого масштабирования», — добавляет доцент кафедры редких металлов и наноматериалов УрФУ Максим Машковцев.

Ученые создали своего рода аналог порошка мирового лидера — японской компании Tosoh, которая более 40 лет разрабатывает такие порошки для прессования. Сегодня на российском рынке сложно найти диски из таких порошков, а стоимость тех, что еще можно купить, существенно выросла.

«Ключевым поставщиком стоматологической циркониевой керамики на наш рынок является Китай. Китайские материалы по стоимости дешевле японских и европейских аналогов. И мы, прорабатывая наш проект, конечно, учитываем этот момент и понимаем, что наши материалы должны быть конкурентоспособны по качеству, объемам производства и по цене. С партнерами мы просчитываем бизнес-модель и понимаем, что стоимость нашего порошка должна быть на уровне 7–8 тыс. рублей за кг», — рассказывает Максим Машковцев.

В реализации и коммерциализации проекта заинтересованы компании — производители порошка и CAD/CAM дисков, а также производители технической керамики.

«У нас в стране немного производителей имплантатов. По сути, массово производит керамические имплантаты только одна компания в Томске, при этом они используют японские порошки и немецкую технологию изготовления изделий. Мы же пытаемся проработать собственную технологию и наладить массовое дешевое производство, не уступающее японскому качеству», — заключает Максим Машковцев.

Справка

Материалы на основе диоксида циркония широко используются для формирования различной функциональной керамики, в частности термобарьерных покрытий, биокерамики, а также электродов и электролитов для высокотемпературных электрохимических устройств. Признанными лидерами в области производства подобных материалов в мире являются японские компании Tosoh, DKKK и французская корпорация Saint-Gobain. В России сегодня не существует промышленного производства порошков стабилизированного диоксида циркония для прессования, отвечающих передовому уровню развития науки и техники, что сдерживает развитие и обусловливает зависимость высокотехнологичных областей российской экономики от импорта этих материалов.

Анна Маринович