trang bị và đào tạo nguồn nhân lực cho phòng thí nghiệm gốm cao cấp thuộc viện công nghệ xạ hiếm (hợp tác với viện khoa học và công nghệ gốm, istec, faenza,italia)

Bộ khoa học công nghệ viện lợng nguyên tư ViƯt Nam B¸o c¸o tỉng kÕt NhiƯm vơ hợp tác quốc tế Giai đoạn 2002-2003 Trang bị đào tạo nguồn nhân lực cho phòng thí nghiệm gốm cao cấp thuộc viện công nghệ xạ (Mà số: 9BS6) (Hợp tác với Viện Khoa học Công nghệ gốm, ISTEC, Faenza, Italia) Cơ quan chủ trì: Viện Công nghệ xạ Chủ nhiệm đề tài: TS NCVc Nguyễn §øc Kim 6890 09/6/2008 Hµ néi, 2008 Mơc lơc trang Phần I Những thông tin chung nhiệm vụ hợp tác quốc tế Phần II Những nội dung kết hợp tác Giới thiệu Những nội dung nhiệm vụ hợp tác năm 2002 2003 3.hững nội dung đà thực kết đạt đợc Những kết bật nhiệm vụ hợp tác quốc tế giai đoạn 2002 2003 6 13 Phần III Những kết khoa học Kết nghiên cứu gốm kết cấu sở alumina zirconia Kết nghiên cứu chế tạo bột gốm hydroxyapatite Phần IV Kết luận Giải trình kinh phí 15 29 48 49 Phụ lục Quy trình công nghệ Phần I Những thông tin chung nhiệm vụ hợp tác quốc tế 9BS6 Tên nhiệm vụ hợp tác quốc tế Trang bị đào tạo nguồn nhân lực cho phòng thí nghiệm gốm cao cấp thuộc Viện Công nghệ xạ Lĩnh vùc: VËt liƯu míi - Gèm cao cÊp C¸c đề xuất: 3.1.Gốm cao cấp thuộc loại vật liệu mới, có ứng dụng rộng rÃi ngành kinh tế- kỹ thuật có nhu cầu lớn ViÖt Nam Gèm cao cÊp bao gåm gèm kÕt cÊu (có độ bền học cao), gốm điện điện tử (có tính chất riêng biệt điện, tính dẫn điện, cách điện, ), gốm hoá học (có tính bền hoá, tính hoạt hoá), gốm y sinh (có tính t−¬ng thÝch sinh häc), gèm quang häc (cã tÝnh quang ®iƯn, trun dÉn), gèm chÞu lưa (cã tÝnh chÞu nhiƯt, cách nhiệt), gốm xốp, gốm từ, Đây vật liệu thuộc nhóm vật liệu đợc u tiên nghiên cứu phát triển chơng trình Nhà nớc-Chơng tr×nh VËt liƯu míi HiƯn ë ViƯt Nam, nhu cầu sử dụng loại gốm cao cấp công tác nghiên cứu sản xuất công nghiệp ngày tăng Ngành sản xuất gốm sứ hàng năm cần khoảng 1200-1500 bi nghiền cao nhôm, khoảng 600800 loại kê, lăn; ngành dệt cần loại chi tiết dẫn sợi chế tạo gốm kết cấu sở Al2O3, Si3N4 ZrO2 Ngành chế tạo thiết bị dụng cụ có nhu cầu hàng trăm gốm sợi, chịu nhiệt, cách nhiệt, gốm dùng để chế tạo dụng cụ cắt gọt, khuôn kéo dây kim loại, nồi, chén nấu chảy kim loại, chén phá mẫu Ngành y sử dụng loại gốm răng, gốm xơng Hầu hết ngành kỹ thuật khác nh điện, điện tử, dầu khí, luyện kim, sở nghiên cứu khoa học, có nhu cầu sử dụng gốm cao cấp dới dạng dụng cơ, chi tiÕt thay thÕ, vËt liƯu s¶n xt, Hiện nhập biện pháp chủ yếu đáp ứng nhu cầu loại gốm cao cấp nớc ta 3.2 Những kết nghiên cứu khoa học đầu t thiết bị - Thực đề tài nghiên cứu khoa học: Nghiên cứu công nghệ chế tạo gốm bền nhiệt, bền hoá bi nghiền (CV93- 08), Nghiên cứu công nghệ sản xuất thử bi cao nhôm-silicat zirconi (94-05 R-D) Nghiên cứu chế tạo thử vật liệu gốm sở ZrO2 (CB 96-07), Nghiên cứu công nghệ sản xuất bi nghiền hệ nhôm oxit - silicat zirconi nung nhiệt độ thấp (CB 9711), Nghiên cứu công nghệ chế tạo viên gốm UO2 (CB 98-03) Nghiên cứu hoàn thiện qui trình cong nghệ chế tạo viên gốm UO2 phòng thÝ nghiƯm” (BO/00/03/05) - Mét sè thiÕt bÞ quan trọng đà đợc đầu t: Lò buồng 20 lít (1800oC), lò ống 45 có khí bảo vệ (1800oC), lò ống 60 có khí bảo vệ (1000oC), máy nghiền hành tinh, máy xác định cỡ hạt lazer, máy xác định diện tích bề mặt riêng Coulter 3100, 3.3 Những sở pháp lý cho phép thực giai đoạn tiền khả thi - Ngày tháng 12 năm 2000, dự án đợc Đại diện Bộ Ngoại giao nớc Cộng hoà Italia Bộ Khoa học, Công nghệ Môi trờng nớc Cộng hoà Xà hội chủ nghĩa Việt Nam đa vào danh mục thức thực từ năm 2001 khuôn khổ Hiệp định hợp tác khoa học công nghệ hai Chính phủ (Biên kỳ họp thø nhÊt cđa ban Liªn chÝnh phđ ViƯt Nam - Italia hợp tác khoa học công nghệ, Rome, phơ lơc sè 2, mơc 2.7) - Ngµy 25 tháng năm 2001, Hội đồng Khoa học Công nghệ cấp Nhà nớc đợc thành lập theo Quyết định số 846/QĐ-BKHCNMT ngày 23 tháng năm 2001 Bộ trởng Bộ Khoa học, Công nghệ Môi trờng đà tổ chức xét duyệt thuyết minh Dự án hợp tác theo Nghị định th Hội đồng đà kết luận cần thiết hớng Dự án hợp tác, kiến nghị Bộ KHCNMT cho phép thực nội dung khảo sát trao đổi chuyên gia Viện Công nghệ xạ Viện Nghiên cứu công nghệ gốm IRTEC, Italia, năm 2001 - Ngày 21 tháng năm 2001 dự án đợc Bộ trởng Bộ Khoa học, Công nghệ Môi trờng phê duyệt (Quyết định số 1654/QĐ-BKHCNMT) với tổng kinh phí hỗ trợ từ ngân sách Nhà nớc cho năm 2001là 200 triệu đồng 3.4 Những kết giai đoạn tiền khả thi (2001) - Viện Công nghệ xạ đà làm việc với đoàn chuyên gia Italia (3 ngời) Hà Nội từ 1/6 đến 6/6/2001 - Đoàn công tác (5 ngời) đà tham quan phòng thí nghiệm Viện Nghiên cứu gốm Faenza, Italia thảo luận với đối tác nội dung dự án năm (từ 2/9 đến 6/9/2001) - Viện Công nghệ xạ đà làm việc với đoàn chuyên gia Italia (2 ngời) Hà Nội từ 2/11 đến 3/11/2001 Các kết làm việc với chuyên gia Italia đợc thể Biên ghi nhớ ký ngày 6/6/2001, ngày 2/11/2001tại Hà Nội, Việt Nam ký ngày 7/9/2001 Faenza, Italia - Khảo sát tình hình nghiên cứu, sản xuất nhu cầu thị trờng gốm cao cấp Việt Nam: Đà khảo sát nhu cầu bi nghiền, lót cho máy nghiền bi công nghiệp lăn cho lò nung gốm sứ 31 nhà máy sản xuất gạch men, sứ vệ sinh, sứ mỹ nghệ; khảo sát nhu cầu gốm chịu mài mòn xí nghiệp dệt may; tìm hiểu tình hình nghiên cứu gốm cao cấp số sở nghiên cứu, trờng đại học, sở sản xuất - Tiến hành thí nghiệm chế tạo bi nghiền sở alumina phòng thí nghiệm Tên nớc: Italia Cơ quan thực đối tác Việt Nam 5.1 Cơ quan thực hiƯn cđa n−íc ngoµi: - Chđ nhiƯm nhiƯm vơ: Họ tên: Gian Nicola Babini Học vị: Tiến sĩ Chức vụ: Viện trởng Viện Khoa học Công nghệ Gốm (ISTEC) Địa chỉ: Italia, Faenza, Via Granorono 64 Điện thoại: 0546 699711 Fax: 0546 699719 Email: irtec@irtec1.irtec.bo.cnr.it 5.2 Cơ quan thùc hiƯn cđa ViƯt Nam - Chđ nhiƯm nhiƯm vụ: Họ tên: Nguyễn Đức Kim Học vị: Tiến sĩ Chức vụ: Phó Giám đốc Trung tâm Công nghệ Luyện kim, Viện Công nghệ xạ - Cơ quan chủ quản : Địa chỉ: Điện thoại: Fax: Email: - Cơ quan thực : Địa chỉ: Điện thoại: Viện Năng lợng Nguyên tử Việt Nam Bộ Khoa học Công nghệ Môi trờng 59 Lý Thờng Kiệt, Hà Nội 84-4-9423479 84-4-9424133 ha.vaec@hn.vnn.vn Viện Công nghệ xạ Viện Năng lợng Nguyên tử Việt Nam 48 Láng Hạ, Đống Đa, Hà Nội 84-4-7763864 Fax: 84-4-8350966 E-mail: itrre@hn.vnn.vn Viện Nghiên cứu Công nghệ Gốm Faenza đợc thành lập năm 1965, có đội ngũ nhà khoa học dày kinh nghiệm đà có nhiều thành công lĩnh vực nghiên cứu khoa học áp dụng thành tựu nghiên cứu vào thực tiễn Các lĩnh vực nghiên cứu có nhiều thành công Viện bao gồm: Nghiên cứu công nghệ chế tạo gốm cao cấp bền cơ, bền nhiệt, gốm điện-điện tử, gốm y-sinh sở hydroxyapatite, sở oxit, cacbua, nitrua kim loại nh nhôm, silic, titan, bo ; nghiên cứu gốm truyền thống (trên sở đất sét); nghiên cứu phục chế di sản văn hoá (gốm phù điêu) Viện Nghiên cứu Công nghệ Gốm Faenza có hệ thống thiết bị nghiên cứu công nghệ đại, thiết bị kiểm tra hoàn chỉnh Viện có mối quan hệ rộng rÃi với sở nghiên cứu sản xuất nớc nớc việc đào tạo nhân lực chuyển giao công nghệ tiên tiến Thực phơng châm đa khoa học công nghệ gắn liền với thực tiễn sản xuất, từ năm 1995, Viện Công nghệ xạ đà tiến hành nghiên cứu lĩnh vực công nghệ chế tạo sản phẩm gốm chất lợng cao Đội ngũ cán khoa học đợc đào tạo theo chuyên ngành đà làm việc nhiều năm ngành luyện kim bột công nghệ chế tạo gốm sứ Một số thiết bị quan trọng đà đợc đầu t nh lò nung nhiệt độ cao (1800oC), máy nghiền hành tinh, thiết bị ép thuỷ tĩnh, kính hiển vi quang học Các nghiên cứu phòng thí nghiệm năm qua tập trung chủ yếu vào việc chế tạo số loại gốm nh gốm T-ZrO2 số loại gốm kỹ thuật cao nhôm Giai đoạn nghiên cứu ban đầu đà thu đợc kết định Hiện nghiên cứu phòng thí nghiệm đợc tiếp tục chủ yếu tập trung vào nghiên cứu chế tạo gốm kết cấu sở Al2O3.Tuy nhiên, thiếu thốn trang thiết bị phòng thí nghiệm, thiết bị công nghệ thiết bị kiểm tra, cha cã nhiỊu kinh nghiƯm nghiªn cøu gèm cao cÊp, kết thu đợc khiêm tốn, cha đáp ứng đợc yêu cầu ngày cao số lợng chất lợng gốm cao cấp Việt Nam Do vấn đề tăng cờng trang thiết bị phòng thí nghiệm nâng cao lực chuyên môn cán nghiên cứu lĩnh vực cấp bách cần thiết Thời gian thực hiện: Dự án đợc thực thời gian năm (từ 2002 đến 2003) Tổng kinh phí: 370 triệu đồng Phần II Những nội dung kết hợp tác Giới thiệu Gốm cao cấp sản phẩm công nghệ vật liệu trí tuệ cao, đơc sản xuất ứng dụng rộng rÃi ngành công nghiệp giới Gồm cao cấp thuộc loại vật liệu vô có tính trội phạm vi áp dụng đặc biệt, liên quan đến hai nội dung phơng pháp công nghệ chế tạo đặc điểm cấu trúc vật liệu Nghiên cứu công nghệ chế tạo gốm cao cấp hớng nghiên cứu công nghệ đại Động lực phát triển ngành gốm thập kỷ gần nhu cầu vật liệu có tính đặc biệt, khả hoàn thiện thiết bị sản xuất hiểu biết khoa học, công nghệ ngày sâu sắc Quá trình hình thành nhiệm vụ hợp tác Quốc tế (NVHTQT) Trang bị đào tạo nguồn nhân lực cho phòng thí nghiệm gốm cao cấp thuộc Viện Công nghệ xạ nh sau: - Tháng 12 năm 1998, NVHTQT Trang bị đào tạo nguồn nhân lực cho phòng thí nghiệm gốm cao cấp thuộc Viện Công nghệ xạ đà đợc Viện Công nghệ xạ (VCNXH) trình Bộ Khoa học, Công nghệ Môi trờng (BKHCN & MT) - Ngày 4/12/2000, NVHTQT đợc đa vào danh mục thức thực từ năm 2001 (biên kỳ họp thứ nhÊt cđa ban liªn ChÝnh phđ ViƯt Nam – Italia hợp tác khoa học công nghệ, Rôm, phơ lơc sè 2, móc 2.7) Ngµy 11/7/2002, NVHTQT lÊy tên Nghiên cứu, đào tạo chuyển giao công nghệ lĩnh vực gốm cao cấp đợc đa vào danh mục thức hoạt động năm 2002 2005 (biên kỳ họp thứ hai Uỷ ban liên phủ Việt Nam Italí hợp tác khoa học công nghệ, Hà Nội, phụ lục số IVA, mục 9BS6) - Hội đồng khoa học công nghệ cấp nhà nớc đà tổ chức xét duyệt thông qua thuyết minh NVHTQT thực năm 2001 (ngày 25/5/2001) thực năm 2002 (ngày 20/5/2002) - Vốn đối ứng NVHTQT đợc Bộ trởng Bô Khoa học Công nghệ Môi trờng phê duyệt cho năm 2001 200 triệu đồng (quyết định số 1654/QD-BKHCNMT, ngày 21/8/2001) để quan hệ với đối tác xây dựng nội dung hợp tác Vốn đối ứng cho năm 2002 2003 150 220 triệu đồng (hợp đồng số 11/22/HD-QHQT, ngày 23/4 năm 2003) để thực nội dung hợp tác Những nội dung nhiệm vụ hợp tác năm 2002 2003 Năm 2002 1/ Đào tạo cán kỹ thuật Cử ba cán thực tập Italia, thời gian tháng về: - Công nghệ ép đẳng tĩnh (nguyên liệu, phối liệu, nạp liệu, khuôn latex, kỹ thuật ép, ) - Nghiên cứu chất cấu trúc trình chuyển pha gốm để làm chủ khâu công nghệ quan trọng - Các phơng pháp kiểm tra tính chất lý cđa gèm (KIC, ®é bỊn n, ®é cøng, … 2/ Thùc hiƯn c¸c néi dung cđa dù ¸n ë nớc (hỗ trợ đề tài cấp Bộ 2002) - Mua sắm dụng cụ, vật t bổ sung cho nghiên cứu, sử dụng nguyên liệu hÃng nớc việc lựa chọn hợp lý hoá công nghệ chế tạo gốm kết cấu sở Al2O3 (với giúp đỡ chyên gia Italia) - Điều tra thị trờng nớc gốm kết cấu (nhu cầu, chất lợng, chủng loại, ) - Thu thập tổng hợp tài liệu gốm y sinh - Tổ chức hội thảo khoa học Quốc tế Hà Nội Năm 2003 1/ Đào tạo cán kỹ thuật Cử ba cán thực tập Italia, thời gian tháng về: - Công nghệ chế tạo gốm HA (chế tạo nguyên liệu, tạo hình, thiêu kết) - Kỹ thuất đúc rót sẩn phẩm gốm (nguyên liệu, phối liệu, khuôn thạch cao, sử lý phôi, ) - Kỹ thuật đánh giá chất lợng gốm y sinh (tính chất c¬ lý, tÝnh t−¬ng thÝch sinh häc,…) 2/ Thùc hiƯn nội dung dự án nơc (hỗ trợ để ứng dụng sản phẩm) - Sử dụng nguyên liệu hÃng nớc việc lựa chọn hợp lý hoá công nghệ chế tạo gốm kết cấu sở ZrO2 (với giúp đỡ chuyên, gia Italia) - Khảo sát tình hình nghiên cứu, sản xuất nhu cầu sử dụng gốm cao cấp Việt Nam 3/ Đánh giá kết nhiệm vụ Đánh giá kết thực dự án, xác định khả tiếp nhận chuyển giao công nghệ sản xuất bi nghiền cao nhôm Những nội dung đ thực kết đạt đợc 3.1 Trao ®ỉi chuyªn gia - ViƯn tr−ëng ViƯn CNXH, Chđ nhiƯm nhiệm vụ đại diện quan quản lý (gọi tắt phía Việt Nam) làm việc với đoàn chuyên gia Italia (3 ngời), Đại diện Đại sứ quán Italia Hà nội, từ 1/6 đến 6/6/2001 Đà xác định đối tợng chuyên môn gốm kết cấu sở oxit nhôm, zirconi cacbua, nitrua nhôm, silic với mục tiêu chế tạo bi nghiền, lót Hai bên cam kết thực nội dung dự án đào tạo nguồn nhân lực trang bị thiết bị nghiên cứu cho phòng thí nghiệm Dự kiến tổ chức Hội thảo khoa học quốc tế Hà Nội vào khoảng tháng 10 11/2002, công nghệ chế tạo ứng dụng gốm cao cấp Các vấn đề cụ thể đợc hai bên thảo luận định trình thực nhiệm vụ (xem biên ghi nhớ Phụ lục) - Đoàn công tác Việt Nam (5 ngời) thăm làm việc Viện Khoa học Công nghệ gốm Faenza, Iatlia từ 1/9 7/9/2001 Những hoạt động chính: Thăm phòng thí nghiệm kiểm tra phòng thí nghiệm công nghệ gốm cao cấp ISTEC; trình bày báo cáo kết nghiên cứu trạng sản xuất, nhu cầu sử dụng gốm cao cấp Việt Nam; thảo luận với 10 gọi phơng pháp phơng pháp thủy nhiệt (hydrothermal) Có thể tạo bột HA theo phơng pháp rắn - rắn với cấu tử CaCO3 CaHPO4.2H2O theo phơng pháp häc - hãa häc [3] (Mechano - chemical Method) Nguyªn lý phơng pháp cấu tử hai pha rắn chịu ma sát cực mạnh liệu-bi nghiền-thành bình nghiền đủ để tạo khuếch tán nội tiến tới phản ứng hóa học hai pha rắn để tạo pha rắn thứ Điều kiện để xảy phản ứng thành bình nghiỊn cã ®é cøng cao, bi cã ®é cøng cao, khối lợng riêng lớn (khoảng 6g/cm3) Ngoài hai phơng pháp đà trình bày trên, ngời ta tổng hợp màng HA vật liệu trơ sinh học phơng pháp khác nhau: - Phơng pháp sol-gel tạo màng HA từ hỗn hợp Ca(NO3)2.4H2O H3PO4 môi trờng metanol etanol [4] - Phơng pháp kết tủa catốt [5], phơng pháp anot hóa vật liệu titan dung dịch -glycero-photphat canxi axetat điện áp chiều 250-350 von [6], tạo đợc gốm HA sau thực trình xử lý nhiệt nhiệt độ từ 3000C đến 8000C - Các phơng pháp vật lý nh bay plasma, cộng hởng từ hạt nhân đợc áp dụng để tạo màng gốm HA vật liệu trơ sinh học [7] 1.2 Những công trình nghiên cứu nâng cao chất lợng bột HA, gốm HA Gốm HA loại vật liệu y sinh có đặc tính hoạt hóa sinh học tơng thích sinh học cao Tuy nhiên gốm HA có nhợc điểm độ bền nén , độ bền uốn thấp Tồn cản trở việc áp dụng gốm HA vào chi tiết đòi hỏi chịu lực lớn Đối với loại màng gốm HA vật liệu trơ, nhìn chung có nhợc điểm độ bám màng gốm vật liệu thấp (trong khoảng 20 Mpa) Hai hớng nghiên cứu nhằm nâng cao chất lợng gốm HA dạng khối màng HA vật trơ đà thu đợc kết đáng khích lệ 20 1.2.1 Nâng cao độ bền nén, độ bền uốn gốm HA dạng khối Nh ta biết mật độ kết khối gốm HA cao tơng ứng với gốm HA có độ bền nén cao thiêu kết nhiệt độ cao Tuy nhiên tiến hành thiêu kết nhiệt độ cao xuất loạt yếu tố ảnh hởng ®Õn chÊt l−ỵng gèm HA Trong thùc tÕ gèm HA tốt bao gồm khoảng 93-94% HA 7-6% TCP TCP có hai dạng thù hình -TCP, thành phần -TCP có tác dụng làm tăng tốc độ tái sinh xơng, thành phần nh nguồn khoáng cung cấp trực tiếp cho chỗ phát triển xơng Điều có nghĩa phần -TCP tiêu biến dần nh nguồn nuôi cấp khoáng cho xơng non phát triển vào chỗ khuyết xơng Pha -TCP tính chất tiêu biến nh -TCP Khi nhiệt độ thiêu kết vợt 11000C, bắt đầu có chuyển từ -TCP sang -TCP , -TCP pha có hại Mặt khác nhiệt độ 12000C có chun pha tõ HA sang TCP vµ TeCP Pha míi hình thành TeCP tiếp tục chuyển pha sang TCP CaO Nh− vËy thiªu kÕt ë trªn 12000C gèm HA có thành phần phức tạp, có hai thành phần tạp chất có hại cho phát triển xơng -TCP CaO Một điều hiển nhiên trông chờ vào việc tăng độ bền gốm HA tăng nhiệt độ thiêu kết Ngời ta đà thành công việc tạo gốm tỉ hỵp HA-zirconia víi viƯc sư dơng bét HA cã kích thớc hạt nano [8] thành phần pha zirconia (Y-TZP) từ 0-10% Thành công chỗ tạo đợc gốm tổ hợp HA- (Y-TZP) cho zirconia cã thĨ kÕt khèi tỉ hỵp víi HA ë nhiƯt độ thấp (trong khoảng từ 750-9500C) Bột HA có dạng hình kim với chiều dài 50-300nm đờng kính 3nm, bột ZrO2 có dạng hình cầu đờng kính khoảng 50nm Bột ZrO2 đợc cho vào hỗn hợp phản ứng cho tạo kết tủa đồng hình với kết tủa bột HA Quá trình thiêu kết loại gốm tổ hợp cần khống chế hai giai đoạn thiêu kết với tốc độ 10C/phút khoảng nhiệt độ từ 250C đến 4000C 2,50C/phút khoảng nhiệt độ từ 400 đến 9500C 21 Gốm tổ hợp HA-zirconia với 6% ZrO2 thiêu kết nhiệt độ < 9500C đà cải thiện đáng kể tính chất gốm nh tăng tỉ trọng, tăng độ bền nén 1.2.2 Nâng cao chất lợng màng gốm HA vật liệu trơ sinh học Đối với phận xơng thể đòi hỏi độ bền cao nh xơng hông, xơng đùi, xơng đầu gối, răng, thờng phải phẫu thuật thay xơng thiếu hụt vật liệu bền cơ, nhẹ phản ứng với thể Phổ biến vật liệu Ti6Al4V Mặc dù vật liệu trơ sinh học, nhiên thực tế vật ghép phải chung sống thể nên có ăn mòn vật liệu ghép, ăn mòn tạo sản phẩm gây độc hại với thể, mặt khác làm lỏng lẻo liên kết xơng tự nhiên phần ghép Ngời ta khắc phục tồn cách tạo lớp gốm víi chiỊu dµy µm Sù bỉ sung líp lãt gèm HA thực làm cải thiện đáng kể chất lợng vật ghép Tuy nhiên màng gốm HA với chiều dày àm đợc tạo phơng pháp vật lý nh plasma, cộng hởng từ phơng pháp hóa học kết tủa phơng pháp điện hóa catot, anot có độ bám vào vật liệu không cao, thờng dao động từ 15 ữ 30 Mpa Lớp gốm HA tốt yêu cầu độ bám 50Mpa Độ bám yếu màng gốm vào vật liệu sở đà làm giảm tuổi thọ vật ghép, làm xuất bệnh nh thoái hóa sớm vật ghép Để khắc phục tồn ngời ta đà nghiên cøu líp dÉn HA cã chiỊu dµy nm (líp phủ n-HA) vật ghép khác Hai vấn đề đợc áp dụng để tạo lớp phủ hoàn thiện sử dụng phơng pháp tạo màng phơng pháp điện di (EPD) với điện trờng phù hợp cho huyền phù có kích thớc nm tích điện dơng bị chuyển động dới tác dụng điện trờng catot Giải pháp thứ hai sử dụng môi trờng điện phân để thực trình điện di môi trờng mô dịch thể thể ngời (SBF) Độ bám dính màng n-HA đà đạt đợc > 60Mpa, độ bám đợc giữ ổn định theo thời gian, độ bám theo phơng pháp truyền thống đạt tối đa 30Mpa mà độ bám 22 bị suy giảm theo thời gian Sự nghiên cứu trở lực ăn mòn vật liệu Ti6Al4V dịch thể cho ta kết đặc biệt tốt màng n-HA Dòng tự ăn mòn qua màng n-HA nhỏ thua 300 lần so với màng à-HA tạo phơng pháp truyền thống Các thử nghiệm ứng xuất cđa mµng n-HA vµ vËt liƯu lãt cịng cho ta kết đặc biệt tốt, hầu nh hai loại vật liệu không chịu ứng xuất nh sốc nhiệt sốc lực Bằng tiến việc tạo màng n-HA, không làm tăng tuổi thọ chi tiết ghép mà mở rộng phạm vi ứng dụng màng HA từ chỗ áp dụng cho ghép xơng hông sang ứng dụng ghép xơng hông, xơng đùi, xơng khớp gối sửa chữa thay 1.3 ứng dụng gốm HA TCP, phạm vi sử dụng loại vật liệu 1.3.1 Quá trình ứng dụng gốm sinh học Năm 1983 Klein đồng nghiệp lần tạo chi tiết ghép xơng loại 100% pha HA ứng dụng thực tế thấy phát triển xơng miếng ghép loại có tốc độ chậm Sau thử nghiệm Klein, nhóm nhà khoa học khác đứng đầu L.Geroa chế tạo chi tiết ghép xơng từ loại 100% pha -TCP Kết giải phẫu thấy với loại chi tiết ghép tốc độ phát triển xơng non nhanh miếng ghép nh dẫn đến kết không tốt cho yêu cầu phát triển xơng Năm 1986 Moore Chapman đà chế tạo loại miếng ghép tổ hợp hai pha (biphasic calcium phosphate) với hai loại 80HA/20TCP 70HA/30TCP Thùc tÕ øng dông ghi nhËn r»ng gèm xèp HA có hoạt độ tính tơng thích sinh học tốt đạt đặc trng sau: - Độ xốp theo thể tích 50-70% - Đờng kính trung bình lỗ xốp 150 àm - Các lỗ xốp miếng gốm thông - Thành phần pha HA khoảng 93-94% 23 - Thành phần pha - TCP khoảng 6-7% 1.3.2 Xi măng HA Gốm tổ hợp HA-TCP vật liệu y sinh cho phẫu thuật ghép xơng, nối xơng, chỉnh hình sửa chữa xơng Một loại vật liệu sinh học khác có hoạt tính sinh học yếu hơn, có tính tơng thích sinh học hạn chế gốm HA xi măng HA Xi măng HA chủ yếu ứng dụng hàn gắn Xi măng HA đợc Brown Chow tổng hợp vào năm 1985 theo phản ứng tetracanxi photphat dicanxi photphat: Ca4(PO4)2 + CaHPO4.2H2O → Ca5(PO4)3OH + 2H2O Ph¶n øng diƠn kho¶ng thêi gian tõ - 30 tïy theo khối phản ứng Thời gian trì để đạt trạng thái ổn định đặc trng tỉ trọng lùc bỊn nÐn lµ - giê TØ träng xi măng HA đạt từ 2,3 ữ 2,7 g/cm3 Lực chịu nén từ 30 ữ 110 Mpa 1.3.3 Các ứng dụng vật liệu HA Vật liệu HA phần khoáng xơng (thành phần xơng chiếm 67% HA, 10% nớc, phần lại chất hữu cơ) Vật liệu HA cã tÝnh t−¬ng thÝch sinh häc tut vêi nhÊt cã khả tạo cho tái sinh xơng nhanh, vật liệu tạo liên kết trực tiếp với xơng non mà không cần có mô trung gian Nhờ u việt nên vật liệu HA bao gồm gốm HA, xi măng HA đợc ứng dụng y học với dạng khác nhau: - Tạo xơng nhân tạo dới dạng xốp dạng xốp - Phẫu thuật nối xơng dới dạng xốp, xốp, màng HA trơ sinh học - Điền đầy xơng dới dạng hạt, dạng chi tiết block xốp - Dẫn xơng dới dạng vi tinh thể - Làm ống dẫn máu từ vật liệu HA đặc sít tổ hợp 24 - Làm nhiều chi tiết nh điện cực sinh học cho nghiên cứu thử nghiệm sinh học Tình hình nghiên cứu vật liƯu sinh häc n−íc 2.1 VËt liƯu tr¬ sinh học 2.1.1 Vật liệu trơ sinh học dới dạng kim loại, hợp kim, gốm alumina, zirconia Các lọai vật liệu thuộc nhóm có độ bền cao thờng đợc áp dụng để cố định xơng Cơ quan nớc ta Viện Luyện kim đen đà nghiên cứu chế tạo hợp kim thép không gỉ Cr-Ni thử nghiệm cho phẫu thuật xơng động vật ngời Vấn đề đà đợc nghiên cứu từ sau năm 1995 đến đà có dự án cấp nhà nớc nằm chơng trình vật liệu Viện Luyện kim đen chủ trì chế tạo qui mô pilot, thép không gỉ thử nghiệm lâm sàng cho phẫu thuật chấn thơng xơng phẫu thuật chỉnh hình 2.1.2 Fib cacbon ViƯn C«ng nghƯ øng dơng - Bé KHCN quan đà nghiên cứu, nhận chuyển giao công nghệ thiết bị chế tạo fib cacbon làm chi tiết cố định xơng Hiện Viện Công nghệ ứng dụng triển khai đề tài cấp nhà nớc chế tạo bột cacbon nh tạo nguyên liệu cho chế tạo fib cacbon Các sản phẩm Viện Công nghệ ứng dụng đà đợc thử nghiệm lâm sàng nh chi tiết cố định xơng 2.2 Vật liệu có hoạt tính sinh học Khoa silicat trờng ĐHBK Hà Nội quan đầu việc chế tạo thủy tinh sinh học Từ năm 1995 công trình TSKH N.A Dũng [9] đà công bố số kết thử nghiƯm øng dơng vËt liƯu thđy tinh sinh häc thc hệ SiO2Al2O3-CaO-MgO-R2O-P2O5-F phẫu thuật ghép xơng động vật số kết sau đợc thử nghiệm phẫu thuật hàm mặt tai mũi họng Trong năm từ 2000 - 2003, đề tài cấp nhà nớc thuộc chơng trình KC-02 đợc 25 tiếp tục triển khai với qui mô chế tạo hàng trăm kilogam s¶n phÈm thđy tinh sinh häc 2.3 VËt liƯu cã hoạt tính sinh học, có tính tơng thích sinh học đặc biệt cao Loại vật liệu đợc bắt đầu nghiên cứu từ năm 2003 Viện CNXH Những kết nghiên cứu thử nghiệm đợc trình bày chi tiết báo cáo tổng kết đề tài Tài liƯu tham kh¶o L.L Hench, J of Am Cer Soc, 81 (1998) 1705 T.G.Neih, B.W.Choi, A.F.Jankowski “ 2001 Minerals, Metals, and Materials Society Annual Meeting ang Exhibition, New Orleans, La, February 11-15, 2001 M.Toriyama, A.Ravaglioli:” Synthesis of Hydroxyapatite- based Powders by Mechanochemicals Method and their sintering” J of Euro Cer Soc 16 (1996) p 429-436 K Hwang, J Song :” Sol-gel derived Hydroxyapatite films on alumina substrates” Surface and coating Technology 123 (2000) 252-255 M.Shirkhanzadeh :” Bioactive Calcium phosphate Coating Prepared by Electrodeposition” J of Mat Sci Let 10 (1991) 1415-1417 H.Ishizava, M Ogino :” Thin HA layer formed on porous titanium using electrochemical and hydrothermal reaction” J of Mat Sci 31 (1996) 6279-6284 A Motenero, E salviolir, L.Mattogno :” Sol-gel derived Hydroxyapatite coatings on titanium substrate “ J of Mat Sci 35 (2000) 2791-2797 M.R.Towler, I.R.Gipson :” Novel Processing of Hydroxyapatite- zirconia composites using nano.sized Particles” J of Mat Sci Let 19 (2000) 2209-2211 Ngn Anh Dịng - §HBK Hà Nội Báo cáo tổng kết đề tài cấp nhà nớc triển khai công nghệ chế tạo Bioxitan cho chỉnh hình y tế 1995 26 B Khảo sát Tình hình nghiên cứu nhu cầu sử dụng vật liệu gốm I Tình hình nghiên cứu gốm Công nghƯ vËt liƯu míi lµ mét lÜnh vùc trọng điểm chiến lợc phát triển khoa học công nghệ Việt Nam tới năm 2010, đó, công nghệ gốm cao cấp đợc quan tâm đặc biệt Trong nhiều năm nay, nghiên cứu gốm Việt Nam đà đạt đợc kết khích lệ Một số trờng đại học vừa giảng dạy vừa tổ chức nghiên cứu chuyên sâu Một số viện nghiên cứu chuyên ngành tổ chức các nhóm chuyên nghiên cứu gốm Một số sở nghiên cứu nh Viện Công nghệ xạ (Viện Năng lợng Nguyên tử Việt Nam), Viện Công nghệ (Bộ Quốc phòng), Trờng đại học Bách Khoa Hà Nội, Viện nghiên cứu khoa học công nghệ vật liệu xây dựng, Viện khoa học Vật liệu (Trung tâm Khoa học Tự nhiên Công nghệ Quốc gia), trờng Đại học hoa học Tự nhiên, đà thực thành công đề tài nghiên cứu gốm kết cấu, gốm y sinh, gốm điện, siêu dẫn, nam châm từ, II Các đơn vị sản xuất vật liệu gốm sứ nhu cầu sử dụng sản phẩm gốm Hiện nay, ngành gốm sứ Việt Nam phát triển mạnh, sản phẩm gốm sứ không đợc dùng nớc mà xuất nớc với số lợng đáng kể ngày gia tăng, chất lợng sản phẩm gốm sứ đà đợc thị trờng chấp nhận Sau tổng hợp nhu cầu số lợng, chất lợng, chủng loại số sản phẩm bi nghiền, lót, lăn dùng ngành gốm sứ Việt Nam 27 Bảng Các đơn vị sản xuất gạch granite nhu cầu sử dụng bi nghiền TT Tên nhà máy Địa điểm Chủ đầu t Công suất, m2/năm Gạch men Nhu cầu sử dụng bi Granite Tấn/năm Nhà cung cấp Công nghệ, thiết bị Thạch Bàn Hà Nội Nhà nớc 000 000 132 Bitosi Italia Tiên Sơn Bắc Ninh Nhµ n−íc 000 000 150 Bitosi Italia Cosevco Long Hầu Thái Bình Nhà nớc 500 000 120 Bitosi Italia Cosovco H Nhµ n−íc 000 000 100 Bitosi Italia Thanh Thanh Đồng Nai Nhà n−íc 000 000 000 000 100 Bitosi Italia Hoàng Gia Bình Dơng Việt Nhật 000 000 000 000 120 Bitosi Italia Đồng Tâm Long An ViÖt NhËt 000 000 000 000 80 Đài Loan Đài Loan Ngựa Trắng Bình Dơng Đài Loan 000 000 500 000 100 Đài Loan Đài Loan Shija Bình Dơng Đài Loan 000 000 000 000 120 Đài Loan Đài Loan 10 Taicera Đồng Nai Đài Loan 000 000 000 000 150 Đài Loan Đài Loan 11 King Minh Đồng Nai Đài Loan 500 000 500 000 100 §µi Loan §µi Loan 12 Chang Y §ång Nai §µi Loan 000 000 500 000 120 Đài Loan Đài Loan Tổng cộng 1392 28 Bảng Các đơn vị sản xuất gạch ốp lát tráng men nhu cÇu sư dơng bi nghiỊn TT 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 Tên nhà máy Thanh Hoá Thái Bình Hà Nội Cosevco 75 Cosevco DN Thăng Long Thanh Hà Hải Dơng Hucera Docera CMC Slab No Y Mỹ Mỹ Đức IBS Long Tài Kim Phong Vinh Phúc Hoa Cơng Tổng cộng Địa điểm Thanh Hoá Thái Bình Hà Nội Quy nhơn Đà nẵng Hà Nội Phú Thọ Hải Dơng Huế Quảng Bình Phú Thọ Hồ Chí minh Đồng Nai Vũng Tàu Bình Dơng Đồng Nai Đồng Nai Vĩnh Phúc Vĩnh Phúc Chủ đầu t Nhà nớc Nhµ n−íc Nhµ n−íc Nhµ n−íc Nhµ n−íc Nhµ n−íc Nhµ n−íc Nhµ n−íc Nhµ n−íc Nhµ n−íc Nhµ n−íc Nhà nớc Việt-Nhật Việt Nhật Việt Nhật Đài Loan Đài Loan T nhân T nhân Công suất, m2/năm Gạch men Granite 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 500 000 000 000 000 000 000 000 000 000 500 000 000 000 500 000 000 000 000 000 000 000 Nhu cÇu sử dụng bi nghiền Tấn/năm Nhà cung cấp Bitosi 10 Bitosi 15 Bitosi Bitosi 10 Bitosi 20 Bitosi, §µi Loan Bitosi Bitosi Bitosi Bitosi 20 Bitosi 10 Bitosi 25 Bitosi 10 Đài Loan 15 Bitosi Đài Loan 20 Đài Loan 40 Bitosi 40 Bitosi, Đài Loan 294 Công nghệ, thiết bị Italia Italia Italia Italia Italia Italia Đài Loan Đài Loan Đài Loan Italia Italia Italia Italia Italia Italia Đài Loan Đài Loan Italia Italia 29 Bảng Các đơn vị sản xuất sứ vệ sinh nhu cầu sử dụng bi nghiền TT Nhà máy Địa điểm Công Nhu cầu sử Chủ suất dụng bi Nhà Công đầu t đơn nghiền cung cấp nghệ vị/năm tấn/năm 300 000 Bitosi 300 000 Đài Loan đài Loan 250 000 Đài Loan Đài Loan 500 000 15 Bitosi 250 000 Đài Loan Đài Loan 300 000 10 Nhật 200 000 Đài Loan Địa Thiên TP Hồ ChÝ Nhµ Thanh Minh Amstan TP Hå ChÝ ViƯt- Caesar Thanh Trì Italia nớc Minh Nhật Bình Đài Dơng Loan Hà Nội Nhà Italia nớc Việt Trì Việt Trì Nhµ n−íc INAX Hµ Néi ViƯt- Italia NhËt Canh Hao Thái Bình T nhân Dolacera Thái Bình T phơng 300 000 Đài Loan địa nhân Long Hầu Thái Bình Nhà phơng 250 000 nớc Tổng cộng - Bitosi địa phơng 67 30 Bảng Các đơn vị sản xuất gốm sứ dân dụng, gốm sứ mỹ nghệ nhu cầu sử dụng bi nghiền TT Nhà máy Minh Long Địa điểm Bình Chủ đầu Nhu cầu sử dụng b Nhà cung t T nhân Dơng Cờng Phát Bình T nhân Dơng Kim Truc Bình T nhân Dơng Việt Trì Bát Tràng Hải Dơng Quảng Ninh Việt Trì Hà Nội - T nhân Hải Dơng Nhà nớc Quảng Ninh Tổng cộng T nhân T nhân nghiền, tấn/năm 20 5 20 10 20 cÊp Bitosi C«ng nghƯ Địa phơng Bitosi Trung Quốc Đài Loan Trung Quốc Bitosi Địa phơng Bitosi Địa phơng Trung Địa Quốc phơng Địa phơng 84 31 Bảng Nhu cầu sử dụng bi cho năm (nhu cầu tại) TT Loại hình sản xuất 1 Sản xuất gạch gốm granite Sản xuất gạch gốm ốp lát tráng men Sản xuất sứ vệ sinh Quy mô công suất (2002) 27 tr.m2/năm 84 tr.m2/năm tr.SP/năm Sản xuất gốm mỹ nghệ, gốm dân dụng Chế biến nguyên liệu 115 000 T/năm Mục đích sử dụng Nghiền phối liệu xơng Nghiền men Nghiền phối xơng Nghiền phối xơng Nghiền nguyên gốm sứ men liệu Định mức tiêu hao thực tế (gần đúng) Tổng mức sử dụng T/năm 52 T/1tr.m2 1392 3,5 T/1tr.m2 294 2,5 T/1tr.SP 67 men liÖu liÖu 84 1,0 kg/1T 115 1952 Tổng cộng Bảng Chỉ tiêu chất lợng số loại bi nghiền TT Chỉ tiêu Đơn vị tính Bi Italia Bi Đài Bi Đức Loan - Hàm lợng Al2O3 % 90 92,5 92 90 §é hót n−íc % 0 Tû trọng g/cm3 3,47 3,57 3,4 3,4 Độ mài mòn %/h 0,018 > 0,025 > 0,025 Độ cứng Mohr 8-9 8 32 Bảng Cơ cấu kích thớc loại bi TT Tên Bi cầu Bi cầu Bi cầu Bi cầu Bi cầu Sản phẩm Đờng kính, mm 30 40 50 60 65 đơn vị Tỷ lệ loại Tấn Tấn Tấn TÊn TÊn 25 % 25 % 20 % 15 % 15 % Bảng Nhu cầu sử dụng lăn cho lò nung Năng TT Tên công ty Địa suất, triệu Con lăn lò Kích thớc mm m2/năm Lợng Nhà cung tiêu thụ cấp chiếc/năm Đài Loan Công ty Gạch men Taicera Miền nam 7,0 45x35x3190 1400 Công ty Gạch men Mỹ Đức Miền nam 3,0 45x35x3190 600 Công ty Gạch men ý Mỹ Miền nam 2,0 45x35x3650 400 MiÒn nam 3,0 45x35x2980 600 6,0 45x35x2980 1200 Đài Loan 5,0 42x32x3000 1000 Đài Loan 1,5 45x35x2980 400 Đài Loan 4,5 45x35x2980 1000 Đài Loan 1,5 45x35x2980 400 Đài Loan 2,0 45x35x2980 400 Đài Loan Công ty Gạch men Thanh Thanh Công ty Gạch men Ngựa Miền nam Trắng Công ty Gạch men Shijar Công ty Gạch men King Minh Công ty Gạch men Kim Phong Công ty Gạch men Long Tài 10 Công ty Gạch men Chang Yih - MiÒn nam MiÒn nam MiÒn nam MiÒn nam MiÒn nam Sacmi, Bitosi Italia Sacmi, Bitosi Italia Sacmi, Bitosi Italia 33 11 Công ty Gạch men Đồng Tâm Miền nam 4,0 42x32x3250 1000 12 Công ty Gạch men Coservo Miền trung 1,0 42x32x3250 400 MiỊn trung 1,0 42x32x3250 400 C«ng ty Gạch men Quảng 13 Bình 14 Công ty Gạch men Hà Nội Hà Nội 5,0 45x35x3350 1000 15 Công ty Gạch men Hồng Hà Hà Nội 1,5 42x32x3250 400 16 Công ty Gạch men Hải Dơng Hải Dơng 1,0 42x32x3250 400 Hµ Néi 3,0 42x32x3250 600 VÜnh Phóc 5,0 42x32x3250 1000 Công ty Gạch men Thăng 17 Long 18 Công ty Gạch men Vĩnh Phúc 19 Công ty Gạch men CMC Phú Thọ 5,0 42x32x3160 1000 20 Công ty Gạch men Thái Bình Thái Bình 2,0 42x32x3160 400 21 Công ty Gạch men Thanh Hoá Thanh Hoá 1,0 42x32x3160 400 22 Công ty Gạch men Thanh Hà Phú Thọ 1,0 42x32x3250 400 Hà Nội 2,0 42x32x3250 1000 Bắc Ninh 4,0 42x32x3250 1000 Thaí Bình 1,0 42x32x3250 400 Công ty Gạch granite Thạch 23 Bàn 24 Công ty Gạch Granite Từ Sơn Công ty Gạch Granite Coserco 25 Thái Bình Tổng céng - Sacmi, Bitosi Italia Sacmi, Bitosi Italia Sacmi, Bitosi Italia Sacmi, Bitosi Italia Sacmi, Bitosi Italia Sacmi, Bitosi Italia Sacmi, Bitosi Italia Sacmi, Bitosi Italia Sacmi, Bitosi Italia Sacmi, Bitosi Italia Sacmi, Bitosi Italia Sacmi, Bitosi Italia Sacmi, Bitosi Italia Sacmi, Bitosi Italia Sacmi, Bitosi Italia 17200 34