Structure, solubility and crystallisation behaviour of bioactive borosilicate glasses

Brandt-Slowik, Juliane GND

In der Dissertation wurde der Einfluss von Bor auf Struktur, Löslichkeit und Kristallisationsverhalten von bioaktiven Gläsern untersucht. Ausgehend von Bioglass® 45S5 wurde in der Glasserie 45S5-B Silizium systematisch durch Bor ausgetauscht. Die Strukturuntersuchungen haben gezeigt, dass die Siliziumatome mehrheitlich über zwei Sauerstoffatome mit den benachbarten Siliziumatomen verbunden sind (Q2 Gruppen), was zu einer kettenartigen Struktur führt. Des Weiteren liegt Bor für die ganze Serie überwiegend (>80%) dreifach koordiniert vor. Orthophosphat ist die hauptsächlich vorliegende P-spezies für alle Gläser, welches leicht aus dem Glas herausgelöst werden kann und damit die Bildung von Apatit unterstützt. Der Austausch von Bor gegen Silizium führte zu einer weniger vernetzten Struktur (verminderte Netzwerkpolymerisation). Weitere Ergebnisse zeigten, dass es möglich ist das Löslichkeitsverhalten mittels des Borgehaltes zu kontrollieren. Ein erhöhter Borgehalt im Glas führte zu einer zeitigeren Apatitbildung. Für die feinen Glaspulver wurde mit steigendem Boranteil eine geringfügige Abnahme der Kristallisationstendenz gefunden, wobei die Kristallisationstendenz der Glasserie 45S5-B im Vergleich zu anderen Glassystemen generell hoch ist. Für die feinen Glaspulver wird vorherrschend Oberflächenkristallisation angenommen, während für die groben Glaspulver eine komplexe Kristallisation, die in Verbindung zur Phasenseparation des Glases steht, vorgeschlagen wird. Interessanterweise war Glas 25B sogar nach teilweiser Kristallisation durch Wärmebehandlung in der Lage Apatit zu bilden. Die Strukturuntersuchung der Åbo-Gläser zeigten ein kompakteres Netzwerk für die inerten Gläser im Vergleich zu den hoch- und mittelmäßig bioaktiven Gläsern. Wie für die inerten Gläser erwartet, wurde der Glasübergang bei höheren Temperaturen detektiert und der thermische Ausdehnungskoeffizient war im Vergleich zu den anderen Gläsern niedriger.

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Brandt-Slowik, J., 2020. Structure, solubility and crystallisation behaviour of bioactive borosilicate glasses. Jena. https://doi.org/10.22032/dbt.42375
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