Skip to main content
SUPERVISOR
Mehdi Ahmadian,Mohammad Hosein Fathi
مهدي احمديان (استاد راهنما) محمدحسين فتحي (استاد مشاور)
 
STUDENT
Ali Farzin
علي فرزين

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1387

TITLE

Fabrication and Characterization of Dense Bulk Nanostuctured Hydroxyapatite/Titania Composite via Two Step Sintering Method
Hydroxyapatite (HA) has been extensively studied and clinically applied for both its bioactive and properties in medicine and for its biological and chemical similarity to the organic phase of bone and teeth. HA is too brittle to be used as bulk material under loaded conditions. For a successful application of HA ceramics in load bearing areas of human body, it is necessary to improve its mechanical properties. One way to overcome this restriction of HA is to use HA as a matrix in a composite and other bioactive reinforcement ceramic or metal. In recent years, most of researches about HA have focused to develop HA based bioceramic composite. Recently, it has been reported that Titania and HA represent a good combination for functionally graded materials providing a gradient of bioactivity and good mechanical properties. Moreover Titania is able to enhance osteoblast adhesion and induce cell growth. The methods of manufacturing nanostructured composites are different and can they include spark plasma sintering, hot pressing and Two Step Sintering. Two step sintering (TSS) has been applied, in the present work, to suppress the accelerated grain growth of Hydroxyapatite (HA) and Titania (TiO 2 ) nanoparticles in the HA-TiO 2 composites in the last sintering stage. Two step sintering method is a clear example of a multivariable process that demands important resource and time consuming efforts in order to optimize firing schedules. Most of researchers, apply this process based on try and error method. When the number of factors and parameters settings is high, the experimental plan yields an undue number of experiments. Nevertheless, experimental planning may be optimized based on partial factorial experimental plans. Among the existing methods, the Taguchi approach is particularly attractive for simplicity and clarity of use it. This work presents an integrated approach to assess optima two step sintering schedules of HA-15wt.%TiO 2 that combines predictions of the sintering kinetics based on conventional sintering data with Taguchi fractional experimental plans. It was shown by application of Two Step Sintering method, the final grain size of HA-15wt.%TiO 2 maintain lower than 100nm while by application of conventional sintering it reaches higher than 100nm. X-Ray Diffraction (XRD), Scanning Electron Microscopy (SEM), Transmission Electron Microscopy (TEM), Fourier Transform Infra Red (FTIR) and Archimedes method were used to characterize powders and bulks prepared by TSS method. To find how important, the temperatures at sintering steps might be, several TSS regime were conducted. The results showed that the temperatures were critical at both sintering stages. The optimum regime consisted of heating the green bodies up to 1150?C in the first step of sintering and then holding at 1050?C for about 25h in t
چکيد ه هيدروکسي آپاتيت (Ca 10 (PO 4 ) 6 OH 2 ) به دليل ساختار بيولوژيکي و شيميايي نزديک به فازهاي معدني استخوان و دندان، به طور گسترده به شکل بالک و يا متخلخل در فضاي خالي استخوان ها مورد استفاده قرار مي گيرد. خصوصيات ذاتي هيدروکسي آپاتيت(Hydroxyapatite (HA))که شامل استحکام پايين و تردي بالا مي باشد، به بي ثباتي کاشتني در محيط فيزيولوژيکي بدن منتهي مي گردد. يک راه حل موثر براي غلبه بر اين محدوديت هاي HA، کامپوزيت سازي با استفاده از سراميک زيست فعال HA به عنوان زمينه و يک پر کننده زيست سازگار مي باشد. اضافه کردن ذرات تيتانيا به HA در سال هاي اخير مورد توجه قرار گرفته است. وجود خواص بهتر نانومتري نسبت به مواد ميکروني، متخصصان بيو مواد را ترغيب نمود تا در ساخت مواد زيستي-پزشکي ازاين ويژگي استفاده نمايند. به طور کلي سراميک‌هاي نانو ساختار عملکرد سلول‌هاي استخوان‌سازرا افزايش مي دهد. در اين تحقيق روش نوين تف جوشي دو مرحله‌اي(Two Step Sintering) به منظور جلوگيري از رشد بي رويه دانه‌ها در نانو کامپوزيت HA-15wt.%TiO 2 در مرحله پاياني تف جوشي به کار گرفته شد. تف جوشي دو مرحله‌اي قادر به رفع محدوديت‌هاي روش‌هاي تف جوشي سنتي، پلاسمايي جرقه‌اي و فشار گرم مخصوصاً در مورد کامپوزيت‌هاي زمينه هيدروکسي آپاتيت مي‌باشد. اين روش شامل حرارت دادن تا دماي بالا(T 1 ) سرد کردن سريع تا دماي پائين تر(T 2 ) و نگهداري در اين دما به مدت زمان معين و به دنبال آن سرد کردن تا دماي اتاق مي باشد، نياز به تجهيزات بالائي نداشته و مي تواند صرفه اقتصادي بالائي رادر اين روش در بر داشته باشد. نتايج اين تحقيق نشان داد براي بدست آوردن بالک نانو ساختار کامپوزيتي HA-15wt.%TiO 2 با چگالي بالا ( 5/0±97درصد چگالي تئوري) و اندازه متوسط دانه ها در ابعاد نانو ( 3±70 نانو متر)، دماي اوليه C°1150، دماي ثانويه C°1050 و مدت زمان باقي ماندن در مرحله دوم 25 ساعت مي باشد.از روش هاي پراش پرتو ايکس (XRD)، ميکروسکوپ الکتروني عبوري(TEM)، ميکروسکوپ الکتروني روبشي (SEM)، طيف سنجي مادون قرمز با تبديل فوريه (FTIR)براي ارزيابي خواص پودر و بالک چگال تهيه شده تحت سيکل بهينه مورد استفاده قرار گرفت. روند تغيير استحکام خمشي، سختي و استحکام فشاري بالک هاي تهيه شده تحت سيکل هاي متفاوت مورد ارزيابي قرار گرفت. نتايج نشان داد تجزيه فازي هيدروکسي آپاتيت وتغيير چگالي، بيشترين تاثير را بر روي خواص مکانيکي دارند. خواص زيست فعالي بالک چگال تهيه شده با غوطه وري در محلول شبيه سازي شده بدن به مدت چهار هفته، بررسي شد. ميزان سميت و چسبندگي سلولي براي بالک تهيه شده از طريق سيکل بهينه تف جوشي دومرحله اي، مورد بررسي قرار گرفت. مشخص شد بالک توليد شده توسط سيکل بهينه تف جوشي دو مرحله اي، فاقد فاز مخرب آلفا تري کلسيم فسفات(?-TCP) مي باشد. کلمات کليدي : هيدروکسي آپاتيت، تف جوشي دو مرحله اي، نانو ساختار، کامپوزيت

ارتقاء امنیت وب با وف بومی