Skip to main content
SUPERVISOR
Mohammad Hosein Fathi,Rahmatollah Emadi,Fatallah Karimzadeh
محمدحسين فتحي (استاد مشاور) رحمت اله عمادي (استاد راهنما) فتح اله کريم زاده (استاد مشاور)
 
STUDENT
Fariborz Tavangarian
فريبرز توانگريان

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 هاي اخير برخي از سراميک هاي شامل منيزيم و سيليسيم در توسعه مواد کاشتني استخواني مورد توجه قرار گرفته اند. فورستريت از جمله اين مواد بوده که اخيراً به عنوان يک بيوسراميک مطرح شده است. علاوه بر اين، نانوپودرفورستريت رفتار زيستي بهتري در مقايسه با فورستريت ميکروني نشان داده است. هدف از پژوهش حاضر، تهيه و مشخصه يابي پودر نانوساختار فورستريت به روش فعال سازي مکانيکي و ارزيابي خواص زيستي آن بود. مواد اوليه مورد استفاده در اين تحقيق شامل پودر تالک، کربنات منيزيم، اکسيد منيزيم، آمونيوم فلورايد و آمونيوم کلرايد بود. از پودرهاي آمونيوم فلوريد و آمونيوم کلريد به عنوان عوامل تسريع کننده فرايند استفاده شد. مواد اوليه با نسبت مولي منطبق بر ترکيب فورستريت آسياکاري شده و سپس تحت عمليات آنيل قرار گرفت. تأثير عوامل مختلف از جمله زمان فعال سازي، دماي عمليات حرارتي، زمان عمليات حرارتي، استفاده از پودرهاي اوليه کلسينه شده و پودرهاي آمونيوم فلورايد و آمونيوم کلرايد بر ساختار فازي و اندازه کريستاليت هاي پودر توليدي بررسي شد. از تکنيک هاي XRD، STA، SEM، TEM، DLS، FTIR، EDX و AAS براي ارزيابي و مشخصه يابي محصولات توليدي استفاده شد. با توجه به آزمون هاي صورت گرفته و نيز بررسي ترموديناميکي سيستم، مکانيزم هايي جهت توضيح واکنش هاي صورت گرفته حين تشکيل پودر نانوساختار فورستريت به روش هاي مختلف، به عنوان فرضيه مطرح شد. نتايج نشان داد که بدون حضور يون هاي فلوئور و کلر، پودر تک فاز نانوساختار فورستريت پس از 5 ساعت فعال سازي مکانيکي پودرهاي اکسيد منيزيم و تالک و يک ساعت عمليات حرارتي بعدي در 1000 درجه سانتي گراد با اندازه کريستاليت هاي 40 نانومتر حاصل مي گردد. همچنين پودر فورستريت نانوساختار با 10 ساعت فعال سازي مکانيکي پودرهاي کربنات منيزيم و تالک و 10 دقيقه عمليات حرارتي بعدي در 1000 درجه سانتي گراد با اندازه کريستاليت هاي 30 نانومتر حاصل شد. حضور يون هاي فلوئور و کلر سبب کاهش زمان فعال سازي مکانيکي و زمان عمليات حرارتي شد. در مقابل اندازه کريستاليت هاي بدست آمده در نتيجه تغيير مکانيزم تشکيل فورستريت افزايش يافت. پودر فورستريت نانوساختار پس از 5 ساعت فعال سازي مکانيکي پودرهاي کربنات منيزيم و تالک و اضافه کردن آمونيوم فلورايد و مخلوط کردن آن ها براي 5 دقيقه توسط آسيا گلوله اي و يک ساعت عمليات حرارتي در 1000 درجه سانتيگراد با اندازه کريستاليت هاي 53 نانومتر بدست آمد. نيز فورستريت نانوساختار پس از 5 ساعت فعال سازي مکانيکي پودرهاي کربنات منيزيم و تالک و اضافه کردن آمونيوم کلرايد و مخلوط کردن آن ها براي 5 دقيقه توسط آسيا گلوله اي و دو دقيقه عمليات حرارتي در 1000 درجه سانتيگراد حاصل شد. نتايج بدست آمده از آزمون غوطه وري در محلول شبيه سازي شده نشان داد که نانوپودر فورستريت بر خلاف فورستريت ميکروني، کاملاً زيست فعال بوده و به خوبي قابليت تشکيل آپاتيت در محلول شبيه سازي شده بدن را دارد. نتايج حاصل از اين پژوهش حاکي از آن است که پودر فورستريت نانوساختار زيست فعال بوده و مي تواند به عنوان يک ماده زيستي در مصارف پزشکي از جمله پر کردن عيوب استخواني و مصارف تحت بار به کار رود. کلمات کليدي: فورستريت، مواد نانوساختار، فعال سازي مکانيکي، زيست اضمحلال، زيست فعال

ارتقاء امنیت وب با وف بومی