Исследование микрокристаллической структуры керамических материалов

Изучению кристаллохимических особенностей стеклокерамических материалов посвящены не многочисленные работы отечественных и зарубежных авторов. Согласно этим исследованиям при попытке решить проблему идентификации стеклокерамических материалов основная роль отводилась спектральным методам исследования: эмиссионный спектральный, рентгенофлуоресцентный, микрозондовый рентгеноспектральный анализ (Rosen Н., 1990; Trushkowsky R., 1992; Старосветский СИ., 1998). Как показывает ряд исследований эмиссионный спектральный анализ или эмиссионная спектрография позволяет определить элементный состав стеклокерамических материалов по оптическим атомным спектрам излучения, возбуждаемым в горячих источниках света (Zackay V.F., Mitchell D.W., Mitoff S.P., 1987; Ritter J.E., 1989). В соответствии с этими работами, для каждого элемента характерны линейчатые спектры излучения атомов и ионов, которые позволяют идентифицировать эти элементы. Схема эмиссионного спектрального анализа сводится к следующему: возбуждение свечения атомов и ионов в источнике света (в нем проба переводится в пар и происходит ее диссоциация на атомы и ионы); разложение этого свечения в спектр; регистрация соответствующих спектральных линий. В качестве источника света применяют различные виды электрических, газовых разрядов (например, дуга, искра), пламя горючих газов, а также некоторые специальные источники. Регистрацию спектра осуществляют фотографическим путем или фотоэлектрическими методами (Назаров Г.Н., Макаренко Т.Ф., 1994). Изложенный отдельными авторами метод рентгенофлуоресцентного анализа с помощью масс-спектрометрии основан на ионизации атомов и молекул, входящих в состав пробы и регистрации масс образовавшихся ионов. При этом пучок образовавшихся ионов разделяется в масс-анализаторе под действием постоянного магнитного и переменного электромагнитного поля. Разделенные пучки ионов регистрируют электрическим или фотографическим способом (Ohno Н. et al., 1984; Nakajima Н., 1985). В результате получают масс-спектр, по положению пиков которого определяют качественный элементный состав. По величине соответствующего ионного тока определяют относительное содержание ионов в исходном пучке. Микрозондовый рентгеноспектральный анализ, подробно изложенный в работе Roberts W. (1993), позволяет определить не только количественный и качественный макроэлементный и микроэлементный состав материала, но и составить карту преимущественного распределения ионов на поверхности образца. Метод основан на возбуждении электронным зондом характеристического рентгеновского излучения изучаемого образца. По спектру характеристического излучения определяется атомный номер элемента, а по интенсивности спектральных линий определяют его концентрацию. Анализ других литературных источников, показал достаточно противоречивые мнения о возможности использования спектральных методов при определении вида стеклокерамической массы. Неоднозначность и противоречивость данных, изложенных в литературе, обусловлена тем, что спектральные методы исследования позволяют установить лишь макроэлементный и микроэлементный состав стоматологических керамических материалов (Седунов А.А., 1988; Старосветский СИ., 1998; McLean J.W., 2001). Например, химических элемент цирконий (Zr) может одновременно входить в состав кристаллических фаз циркона (ZrSiC) и бадделеита (ZrCb), а определить его принадлежность к одной из них с помощью спектральных методов исследования не представляется возможным. В литературе имеются отдельные сведения об использовании химических методов исследования при идентификации стеклокерамических материалов, но они также носят противоречивый характер, так как материалы одинакового химического состава могут отличаться по фазовому составу и структуре (Старосветский СИ., 1998; Wiederhorn S.M., 1989). Так, диоксид титана (ТіОг) в составе одних материалов может быть в форме рутила, в других — в виде анатаза, которые отличаются пространственным строением кристаллической решетки. Много внимания в литературе, особенно зарубежных авторов, уделяется микроскопическим методам исследования стеклокерамических материалов. Использование растрового или сканирующего электронного микроскопа позволяет определить количественные и качественные характеристики кристаллической составляющей стеклокерамических материалов, средний размер кристаллообразований, а также выявить и охарактеризовать морфологические изменения фазового состава, произошедшие в процессе обжига (Suzuki К., 1982; Thomas G.D., 1985; McLean J.W., 2001). Дифференцирование структурных фаз проводят путем избирательного протравливания. С этой целью используют ОД-0,5% плавиковую кислоту (HF). Благодаря направленному варьированию концентрации плавиковой кислоты и продолжительности протравливания возможно идентифицировать как кристаллические фазы, так и их мельчайшие структуры (Ubassy G., 1990).