Calciumphosphate als anorganische Funktions- und Biowerkstoffe

Calciumphosphate bilden eine wichtige Klasse anorganischer Phosphate mit der allgemeinen Zusammensetzung Cax(PO4)y, häufig mit zusätzlichen Anionen wie OH- oder CO32-. Sie umfassen u.a. Monocalcium-, Dicalcium- und Tricalciumphosphat (TCP) sowie Hydroxylapatit (HA, Ca10(PO4)6(OH)2). Diese Phasen unterscheiden sich in stöchiometrischem Ca/P-Verhältnis, Kristallstruktur, Löslichkeit und thermischer Stabilität.

In der Werkstoffforschung stehen insbesondere Tricalciumphosphat (α- und β‑TCP) und Hydroxylapatit im Fokus, da sie strukturelle und chemische Ähnlichkeiten zur mineralischen Phase von Knochen und Zähnen aufweisen. β‑TCP ist relativ gut resorbierbar und dient als temporärer Knochenersatzwerkstoff, während HA vergleichsweise lösungsstabil ist und häufig als dauerhafter, bioaktiver Beschichtungswerkstoff für Metallimplantate eingesetzt wird.

Die Synthese von Calciumphosphaten erfolgt typischerweise nasschemisch (Fällung aus Ca2+- und Phosphationen), sol‑gel‑basiert oder durch Festkörperreaktionen. Die Prozessführung (pH-Wert, Temperatur, Ca/P-Verhältnis) steuert Phase, Kristallinität und Partikelmorphologie. Sinterprozesse ermöglichen dichte Keramiken oder poröse Strukturen; Letztere sind für knochenähnliche, offenporige Gerüste von Bedeutung.

Wesentliche werkstoffliche Aspekte sind Phasenumwandlungen (z.B. β→α‑TCP bei erhöhten Temperaturen), Korrosions- bzw. Resorptionsverhalten in physiologischen Medien, mechanische Eigenschaften spröder Keramiken sowie die Möglichkeit, durch Ionen-Substitution (z.B. Mg2+, Sr2+, SiO44-) Funktionalitäten wie verbesserte Osteokonduktivität oder angepasste Löslichkeitskinetik einzustellen. Damit bilden Calciumphosphate eine zentrale Stoffklasse für bioaktive Keramiken, Verbundwerkstoffe und funktionalisierte Oberflächen.

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