Skip to main content
SUPERVISOR
Mohammad Hosein Fathi,Rahmatollah Emadi,Fatallah Karimzadeh
محمدحسین فتحی (استاد مشاور) رحمت اله عمادی (استاد راهنما) فتح اله کریم زاده (استاد مشاور)
 
STUDENT
Fariborz Tavangarian
فریبرز توانگریان

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1386

TITLE

Synthesis and characterization of forsterite nanocrystalline bioceramic by mechanical activation
In recent years, some Si and Mg containing ceramics have drawn interests in the development of bone implant materials. Forsterite (Mg 2 SiO 4 ), is such materials which introduce recently as a bioceramic. Furthermore, forsterite nanopowder has shown better bio behavior in comparison with micronize forsterite. The objective of present research was to provide and characterize of forsterite nanocrystalline powder by mechanical activation and to evaluate the bio quality. In this study, talc, magnesium carbonate, magnesium oxide, ammonium fluoride and ammonium chloride powders were used as initials materials. Ammonium fluoride and ammonium chloride powders were utilize as the speedup reagent of the process. The influence of different factors such as mechanical activation time, heat treatment temperature and time, using calcined initial materials, ammonium fluoride and ammonium chloride powders on the phase structure and crystallite size of prepared powders was investigated. Various techniques including XRD, STA, XRD, SEM, TEM, DLS, FTIR, EDX, and AAS were employed to evaluate and characterize the produced product. Considering performed experiments and thermodynamic evaluation of the system, some mechanisms was proposed to explain reactions which were done in the procedure of producing nanocrystalline forsterite powder as a hypothesis. Results showed that in the absence of fluorine and chlorine ions, single phase nanocrystalline forsterite powder could be obtained after 5 mechanical activation time of talc and magnesium oxide and subsequent annealing at 1000 ?C for 1 h with crystalline size of about 40 nm. Also, nanocrystalline forsterite powder could be provided by 10 h mechanical activation of talc and magnesium carbonate after post annealing at 1000 ?C for 10 min with crystallite size of 30 nm. Presence of fluorine and chlorine ions caused reduction in mechanical activation time and thermal treatment. In contrast, the crystallite size was increased as a result of changing the forsterite for mechanism. nanocrystalline forsterite powder was obtained after 5 h mechanical activation of talc and magnesium carbonate and adding ammonium fluoride and mixing them for extra 5 min with ball milling and 1 h heat treatment at 1000 ?C with crystalline size of 53 nm. Furthermore, nanocrystalline forsterite powder could be obtained after 5 h mechanical activation of talc and magnesium carbonate and adding ammonium chloride and mixing them for extra 5 min with ball milling and 2 min heat treatment at 1000 ?C. The results of soaking test in SBF showed that forsterite nanopowder unlike micronize forsterite is completely bioactive and could form apatite in SBF, as well. The findings suggest that nanocrystalline forsterite powder possess good bioactivity and might be suitable for medical applications such as filling the bone defects and loading purposes.
در سال های اخیر برخی از سرامیک های شامل منیزیم و سیلیسیم در توسعه مواد کاشتنی استخوانی مورد توجه قرار گرفته اند. فورستریت از جمله این مواد بوده که اخیراً به عنوان یک بیوسرامیک مطرح شده است. علاوه بر این، نانوپودرفورستریت رفتار زیستی بهتری در مقایسه با فورستریت میکرونی نشان داده است. هدف از پژوهش حاضر، تهیه و مشخصه یابی پودر نانوساختار فورستریت به روش فعال سازی مکانیکی و ارزیابی خواص زیستی آن بود. مواد اولیه مورد استفاده در این تحقیق شامل پودر تالک، کربنات منیزیم، اکسید منیزیم، آمونیوم فلوراید و آمونیوم کلراید بود. از پودرهای آمونیوم فلورید و آمونیوم کلرید به عنوان عوامل تسریع کننده فرایند استفاده شد. مواد اولیه با نسبت مولی منطبق بر ترکیب فورستریت آسیاکاری شده و سپس تحت عملیات آنیل قرار گرفت. تأثیر عوامل مختلف از جمله زمان فعال سازی، دمای عملیات حرارتی، زمان عملیات حرارتی، استفاده از پودرهای اولیه کلسینه شده و پودرهای آمونیوم فلوراید و آمونیوم کلراید بر ساختار فازی و اندازه کریستالیت های پودر تولیدی بررسی شد. از تکنیک های XRD، STA، SEM، TEM، DLS، FTIR، EDX و AAS برای ارزیابی و مشخصه یابی محصولات تولیدی استفاده شد. با توجه به آزمون های صورت گرفته و نیز بررسی ترمودینامیکی سیستم، مکانیزم هایی جهت توضیح واکنش های صورت گرفته حین تشکیل پودر نانوساختار فورستریت به روش های مختلف، به عنوان فرضیه مطرح شد. نتایج نشان داد که بدون حضور یون های فلوئور و کلر، پودر تک فاز نانوساختار فورستریت پس از 5 ساعت فعال سازی مکانیکی پودرهای اکسید منیزیم و تالک و یک ساعت عملیات حرارتی بعدی در 1000 درجه سانتی گراد با اندازه کریستالیت های 40 نانومتر حاصل می گردد. همچنین پودر فورستریت نانوساختار با 10 ساعت فعال سازی مکانیکی پودرهای کربنات منیزیم و تالک و 10 دقیقه عملیات حرارتی بعدی در 1000 درجه سانتی گراد با اندازه کریستالیت های 30 نانومتر حاصل شد. حضور یون های فلوئور و کلر سبب کاهش زمان فعال سازی مکانیکی و زمان عملیات حرارتی شد. در مقابل اندازه کریستالیت های بدست آمده در نتیجه تغییر مکانیزم تشکیل فورستریت افزایش یافت. پودر فورستریت نانوساختار پس از 5 ساعت فعال سازی مکانیکی پودرهای کربنات منیزیم و تالک و اضافه کردن آمونیوم فلوراید و مخلوط کردن آن ها برای 5 دقیقه توسط آسیا گلوله ای و یک ساعت عملیات حرارتی در 1000 درجه سانتیگراد با اندازه کریستالیت های 53 نانومتر بدست آمد. نیز فورستریت نانوساختار پس از 5 ساعت فعال سازی مکانیکی پودرهای کربنات منیزیم و تالک و اضافه کردن آمونیوم کلراید و مخلوط کردن آن ها برای 5 دقیقه توسط آسیا گلوله ای و دو دقیقه عملیات حرارتی در 1000 درجه سانتیگراد حاصل شد. نتایج بدست آمده از آزمون غوطه وری در محلول شبیه سازی شده نشان داد که نانوپودر فورستریت بر خلاف فورستریت میکرونی، کاملاً زیست فعال بوده و به خوبی قابلیت تشکیل آپاتیت در محلول شبیه سازی شده بدن را دارد. نتایج حاصل از این پژوهش حاکی از آن است که پودر فورستریت نانوساختار زیست فعال بوده و می تواند به عنوان یک ماده زیستی در مصارف پزشکی از جمله پر کردن عیوب استخوانی و مصارف تحت بار به کار رود. کلمات کلیدی: فورستریت، مواد نانوساختار، فعال سازی مکانیکی، زیست اضمحلال، زیست فعال

ارتقاء امنیت وب با وف بومی