بخشی از مقاله
ساخت و مشخصه يابي پودر نانو بيو سراميک بغداديت
چکيده
دراين تحقيق پودر تري کلسيم زيرکونيوم سيليکات (بغداديت )نانوساختاربا استفاده از مواد اوليه سيليکا ژل ،اکسيد زيرکونيوم و اکسيد کلسيم به روش آلياژسازي مکانيکي و عمليات حرارتي تهيه شد و با استفاده از روش هاي پراش پرتو ايکس ، ميکروسکوپ الکتروني عبوري، آناليز حرارتي همزمان و FTIR مورد ارزيابي قرار گرفت .نتايج حاصله نشان داد که دماي کريستاليزاسيون بغداديت ۹۵۰ درجه سانتي گراد است و فاز غالب بغداديت است .، نانو کريستال هاي بغداديت با اندازه ذرات زير ۱۰۰ نانو متر با مورفولوژي کروي شکل تهيه شد. .
کلمات کليدي : تري کلسيم زيرکونيوم سيليکات ، آلياژسازي مکانيکي ،خواص فيزيکي
مقدمه
در چند دهه گذشته ، سراميک هاي گوناگوني به منظور تشويق رشد استخوان مورد بررسي قرار گرفته است . براي مثال ، در سال ۱۸۸۰ ميلادي، سولفات کلسيم (گچ پاريس ) استفاده شد، هرچند سولفات کلسيم بايواکتيويته ي نسبتا پايين ونرخ تجزيه نسبتا بالايي دارد. در دهه ي ۵۰ ميلادي هيدروکسي آپاتيت مورد استفاده قرار گرفت ، گرچه اين نوع ماده داراي معايبي چون نرخ تجزيه نسبتا پايين و خواص مکانيکي ضعيفي ميباشد. در دهه ۷۰ ميلادي مواد بايوگلاسها توسعه پيدا کردند،
اگرچه اين مواد را بواسطه تردي ذاتي و مقاومت خمشي نسبتا پايين به سختي ميتوان نگه داشت . در دهه ۱۹۹۰ از سراميک هاي سيليکات کلسيم براي تحريک رشد استخوان استفاده کردند. اما اين مواد سرعت تجزيه بالايي و pH بالايي درمحيط بدن دارند، که روي توانايي رشد سلولي اثر ميگذارد[١]. اما ضعف عمده ترکيبات کلسيم سيليکاتي ناپايداري شيميايي آنها مي باشد[٤-٢]انحلال بالاي کلسيم سيليکات باعث افزودن يون هاي فلزي مانند تيتانيوم ، روي و زيرکونيوم در سيستم شده که باعث بهبود پايداري شيميايي در محيط فيزيولوژيکي شده است .[٦-٥] يون هايي با ظرفيت ۴ همچون Si و Tiسبب تشکيل شبکه اي مي شوند که با يون هاي کلسيم پيوند برقرار مي سازند که مي تواند سبب افزايش پايداري ماده شود . [٧]. اضافه شدن Zr به بيوسراميک هاي کلسيم سيليکات در کاربردهاي مهندسي بافت و ترميم استخوان کارايي آن را افزايش مي دهد و در نتيجه باعث بهبود خواص مکانيکي و زيستي مي شود و مي تواند گامي بلند در جهت ارتقاي بافت در حال رشد ودر نهايت سبب تسهيل درمان نواقص استخواني گردد. در اين تحقيق يراي ايجاد سراميک بغداديت RRيون هاي Zr وارد سيستم Ca-Si شدند، بغداديت با فرمول شيميايي ماده معدني کلسيم زيرکونيوم سيليکات است که در عراق کشف شد[٧] .
سراميک به سوروسيليکات ها تعلق دارد که دو تتراهدرون سيليکات دارد که توسط يک يون اکسيژن به هم متصل شده اند و بنابراين واحد اصلي شيميايي است . درپيوند کئورديناسيون است و چنين تصور مي شود که اکتاهدرال است و گروه مي تواند شبکه با ثبات تري تشکيل دهدکه يون هاي کلسيم با پيوند يوني به هم متصل شوند که ممکن است ثبات شيميايي سراميک هاي سيليکات کلسيم را بهبود بخشد[٨]. هدف از اين مقاله سنتز و ارزيابي پودر بغداديت نانوساختارتهيه شده به روش آلياژ سازي مکانيکي وعمليات حرارتي مي باشد.
مواد و روش ها
از مواد سيليکا ژل ، اکسيد زيرکونيوم ، اکسيد کلسيم جهت سنتزپودر بغداديت استفاده شد. بدين منظور ابتدا اکسيد کلسيم و سيليکا ژل را که بصورت کلوخه هستند در هاون عقيق پودر کرده و سپس براي حذف رطوبت موجود در مواد اوليه که از هوا جذب شده اند، سيليکا ژل و اکسيد کلسيم به مدت ٢ ساعت در خشک کن دماي ١٠٠ درجه سانتيگراد قرار گرفتند. مواد بلافاصله پس از خشک شدن ، وزن شدند و با نسبت وزني مشخص با اکسيد زيرکونيوم ترکيب شدند.مواد اوليه مشخص شده با نسبت وزني مشخص با هم مخلوط شدند و در کاپهاي زيرکونيايي به همراه گلوله هاي زيرکونيايي قرار گرفتند. نسبت گلوله به پودر ١٠ به ١ در نظر گرفته شده است . دور آسياب rpm ٣٠٠ تنظيم شد و به مدت ٢٠ ساعت آسياب انجام شد. عمليات حرارتي ماده آسياب شده در دماي ٩٥٠ درجه سانتيگراد به مدت سه ساعت و با نرخ حرارت دهي ١ درجه سانتيگراد بر دقيقه انجام گرفت .
بررسي مشخصات نانو پودربغداديت
١- بررسي رفتار حرارتي پودر (STA)
جهت ارزيابي رفتار حرارتي و تعيين دماي کريستاليزاسيون پودر سنتز شده ، آناليز حرارتي همزمان روي نمونه قبل از عمليات حرارتي تا دماي ١٢٠٠ درجه سانتيگراد انجام و تغييرات جرم (TG) و دما (DTA) بررسي شد. شکل ١ الگوي STA پودر بغداديت نمايش داده شده است .
شکل ۱، الگوي STA پودر بغداديت
اولين کاهش جرم حدود ٥ درصد در دماي °C١٣٠ رخ مي دهد که مربوط به حذف آبي مي باشد که به طور فيزيکي جذب شده است . کاهش جرم ديگري نيز در محدوده °C٢٣٠ رخ داده است که مربوط به خارح شدن آب کريستالي از نمونه است .
