بخشی از مقاله
چکیده
امروزه شیشه-سرامیکهای دندانی با خواص مکانیکی و نوری مطلوب از اهمیت ویژه ای در دندانپزشکی ترمیمی برخوردارند. در پژوهش حاضر، خواص فیزیکی و رفتار زینترپذیری شیشه-سرامیکهای دندانی فلورکاناسیتی در حضور افزودنی TiO2 بررسی شد. در این راستا، ابتدا شیشه پایه و نیز شیشه های حاوی سه مقدار مختلف افزودنی TiO2 تهیه شد. این ترکیبات طی فرآیند ذوب در بوته آلومینایی و سردسازی مذاب شیشه های حاصل در آب به فریت تبدیل شد. شکلدهی فریتهای مذکور به روش پرس به صورت قرص انجام شد و عملیات حرارتی در محدوده دمایی 650-950°C انجام شد.برای بررسی رفتار تبلور و نیز شناسایی فازهای متبلور شده به هنگام عملیات حرارتی به ترتیب از آزمونهای افتراق حرارتی و پراش پرتوهای ایکس استفاده شد.
در نهایت خواص فیزیکی شامل انقباض خطی و جذب آب شیشه-سرامیکهای نهایی، بر حسب دماهای عملیات حرارتی اندازه گیری و با یکدیگر مقایسه شد. نتایج حاصل نشان داد کلیه شیشه-سرامیکهای ساخته شده در محدوده دمایی عملیات حرارتی از رفتار زینترپذیری بسیار مناسبی برخوردار بودند بهطوریکه در پایان محدوده دمایی مذکور دستیابی به قطعاتی کاملا متراکم با جذب آب صفر از کلیه ترکیبات انتخابی امکانپذیر بود. بر اساس نتایج آزمون پراش پرتوهای ایکس، فازهای بلورین اصلی و فرعی در شیشه- سرامیکهای زینتر شده، بهترتیب فلورکاناسیت - Ca5Na3-4K2-3Si12O30F4 - و فلوراید کلسیم - CaF2 - بود. مطابق نتایج به دست آمده، در بین شیشه-سرامیکهای ساخته شده، نمونه تهیه شده از ترکیب شیشه پایه - فاقد - TiO2، از بیشترین مقدار بلورینگی برخوردار بود.
کلمات کلیدی: شیشه-سرامیک، زینترپذیری، تبلور، فلوروکاناسیت
مقدمه
امروزه در صنایع مختلف، سرامیکها جایگزین فلزات شده است. در دندانپزشکی مدرن، سرامیکها و شیشه-سرامیکهای دندانی جایگزین مناسبی برای فلزات و آمالگامها هستند. ویژگیهایی مانند زیست سازگاری، استحکام فشاری بالا، هدایت حرارتی پایین، مقاومت سایشی مطلوب و ظاهر طبیعی شبیه به دندان انسان، موجب شده است که سرامیکها و شیشه-سرامیکها کاربرد گستردهای در دندانپزشکی ترمیمی داشته باشند. شیشه-سرامیکهای فلورکاناسیتی با ساختار دو یا چند زنجیرهای سیلیکاتی از تافنس شکست زیاد - 3-5 MPa m1/2 - و استحکام خمشی بالایی - 200-300 MPa - برخوردارند .[1-4]شیشه-سرامیکهای فلورکاناسیتی در سیستم CaO- - R - 2O-SiO2-F با تبلور کنترل شده زنجیره سیلیکاتی فلورکاناسیتی امکان پذیر است . - Ca5Na3-4K2-3Si12O30F4 - چقرمگی شکست بالای این شیشه-سرامیکها ناشی از ناهمسانگردی ضریب انبساط حرارتی و فعال شدن سازوکار افزایش چقرمگی از طریق تشکیل ریزترکها - microcracking - میباشد.
ریزساختار متشکل از بلورهای تیغهای شکل و درهم قفل شده فلورکاناسیت نیز عامل اصلی استحکام بالای این شیشه-سرامیکها میباشد .[3]فلورکاناسیت شیشه-سرامیک سیلیکاتی زنجیرهای مضاعف سنتزی است که قابلیت ماشینکاری دارد. به دلیل تافنس شکست و استحکام خمشی بالایی پتانسیل بالایی برای استفاده در دندانپزشکی ترمیمی دارد. ساختار کریستالی فلورکاناسیت ناهمسانگرد و تیغهای مانند است که ریزساختار متشکل از بلورهای تیغهای شکل و درهم قفل شده اند. کریستالها با زنجیرههای سیلیکاتی موازی و به هم وصل شده به مانند ستون فقرات در باقی مانده های یون پتاسیم تشکیل میشوند. به همین دلیل خواص مکانیکی این شیشه-سرامیکها نسبت به شیشه-سرامیکهای دی سیلیکات لیتیم رایج در ترمیمهای دندانپزشکی برتری دارند.[4-7]
مواد و روش تحقیق
جهت ساخت شیشه-سرامیکهای فلورکاناسیتی، ابتدا شیشه پایه و شیشههای حاوی 6، 9 و 12 قسمت وزنی اکسید تیتانیم تهیه شد. ترکیب شیمیایی شیشه پایه شامل 9/8Na2O، 7/5K2O، 13/3CaO، 12/4CaF2 و 57SiO2 - درصد وزنی - میباشد. کدگذاری نمونهها نیز بر اساس درصد وزنی TiO2 به شکل شیشه و شیشه-سرامیکهای FC0، FC6، FC9 و FC12 صورت گرفت. مواد اولیه مورد استفاده جهت تهیه آمیز عبارت بودند از سیلیس اسید شویی شده، کربنات کلسیم - Merck.2067 - ، فلوراید کلسیم - Merck.2840 - ، کربنات سدیم - Merck.6392 - ، نیترات پتاسیم - Merck.5063 - و اکسید تیتانیوم - Merck.808 - ، مخلوط هموژن مواد اولیه سپس در بوته آلومینایی در کوره الکتریکی با دمای 1400°c ذوب شدند و با سردسازی مذاب شیشه های حاصل در آب به فریت تبدیل شد.
رفتار حرارتی شیشهها و تبلور با استفاده از دستگاه آنالیز حرارتی افتراقی - Polymer Laboratories,STA-1640 - - DTA - و نمونههایی با دانهبندی 63-74 میکرومتر با سرعت 10 - œC /min - در اتمسفر هوا تعیین گردید. آلومینا به عنوان ماده مرجع استفاده شد و شرایط اتمسفری به صورت استاتیکی کنترل گردید. فریتهای مذکور به روش پرس به صورت قرص شکلدهی شدند و عملیات حرارتی در محدوده دمایی بین 650-950°C به مدت یک ساعت انجام شد. فازهای کریستالی نمونههای عملیات حرارتی شده بوسیله پراشگر اشعه ایکس Siemens- - - XRD - - D500 مشخص گردید. در نهایت خواص فیزیکی شامل انقباض خطی، دانسیته بالک و جذب آب شیشه-سرامیکهای نهایی، بر حسب دماهای عملیات حرارتی اندازه گیری و با یکدیگر مقایسه شد.
نتایج و بحث
همان طور که در مواد و روش تحقیق ذکر شد دمای تبلور و رفتار حرارتی شیشههای تهیه شده به روش آنالیز حرارتی افتراقی - DTA - تعیین شد. نتایج حاصل از این آنالیز در جدول 1 آورده شده است. نتایج نشان دهنده آن است که دمای نقطه نرم شوندگی دیلاتومتری شیشه به ازای افزودن TiO2 در حال افزایش است که نشان میدهد میزان تبلور در زمان عملیات حرارتی در حال کاهش است. با اندازهگیری خواص فیزیکی و شدت پیکهای XRD شیشه-سرامیکهای عملیات حرارتی شده، کاهش تبلور با افزودن TiO2 مشاهده شد.
شکل 1، الگوهای پراش پرتو ایکس - XRD - شیشه-سرامیکهای FC0 عملیات حرارتی شده در دماهای پیک گرماگیر و گرماده منحنی DTA - مطابق شکل - 1 به مدت 15 دقیقه و عملیات حرارتی شیشه-سرامیکها در دماهای 750، 850 و 950 درجه سانتی گراد به مدت یک ساعت را نشان میدهند.در شکل 1 الگوی پراش پرتو ایکس شیشه-سرامیکهای FC0 در پیک گرماده آنالیز DTA - جدول - 1 فازهای کاناسیت با ترکیب - JCPD 13-0553 - - Ca5Na3-4K2-3Si12O30F4 - و فلوراید کلسیم - CaF2 - - JCPD 65-0535 - مشاهده میشود. در پیک گرماگیر آنالیز DTA - جدول - 1 کاهش فاز فلوراید کلسیم،
