علم و مهندسی سرامیک
سال:1391 | دوره:1 | شماره:2 |تعداد مقالات:7

سینتر دو مرحله ای (Two-step sintering) به منظور جلوگیری از رشد ذرات، در تهیه نانوکامپوزیت های هیدروکسی آپاتیت/ آلومینا- زیرکونیا مورد استفاده قرار گرفت. اندازه متوسط ذرات در نمونه های دارای چگالی نزدیک به چگالی تئوری از طریق سینتر مرسوم و متداول (Conventional sintering) در حدود 400nm بود. با استفاده از سینتر دو مرحله ای، اندازه نهایی ذرات (200nm) نسبت به نمونه های سینتر شده به روش مرسوم و متداول نصف شد. از طرف دیگر، اثر سینتر دو مرحله ای بر سختی و مقدار فاز تری کلسیم فسفات (TCP) تشکیل شده در نانوکامپوزیت های هیدروکسی آپاتیت/ آلومینا- زیرکونیا بررسی شد. با استفاده از روش سینتر دو مرحله ای در دمای T1 (1200 درجه سانتی گراد) و T2 (1100 درجه سانتی گراد)، در نمونه های 9H-3Z-7A، 9H-5Z-5A و 9H-7Z-3A به ترتیب سختی های 325، 327 و 320 HV و چقرمگی های شکست 1.91، 1.95 و 1.89 به دست آمد. سختی های به دست آمده در نمونه های سینتر دو مرحله ای سه برابر و چقرمگی های شکست آن ها تقریبا 2 برابر نمونه های سینتر شده به روش معمول بود. همچنین در نمونه های سینتر دو مرحله ای، طبق نتایج پراش پرتو ایکس، کمترین مقدار تری کلسیم فسفات (TCP) تشکیل شده است.

نانو کامپوزیت همگن شیشه-سرامیک کلسیم فسفاتی/ زیرکونیم پایدار شده توسط ایتریم با استفاده از روش سل-ژل تهیه گردید. تاثیر مقادیر مختلف زیرکونیم بر روی ریزساختار نانوکامپوزیت تولید شده مورد بررسی قرار گرفت. بعد از عملیات حرارتی شیشه تولید شده به روش سل-ژل در دمای 700oC، فاز هیدروکسی آپاتیت با اندازه دانه ایی در محدوده نانومتر تشکیل شده است. با افزایش مقدار زیرکونیم و تعویض یونی زیرکونیم با کلسیم، حجم سلول واحد هیدروکسی آپاتیت افزایش می یابد. همچنین با افزایش مقدار افزودنی مقدار فاز کریستالی نیز افزایش یافته است.

سازندهای رازک و میشان (میوسن پیشین تا میانی) در مناطق پلکوار و زنجیران در جنوب و جنوب غرب فارس و در کمربند چین خورده زاگرس بررسی شدند. کانیهای اصلی ایلیت- موسکویت، کلریت، کلسیت، کوارتز و کانی های فرعی آلبیت و پالیگورسکیت هستند. از نظر ژئوشیمی مقادیر MgO و CaO بالا و مقادیر SiO2، Al2O3، Fe2O3، Na2O و K2O پائین می باشد. پایین بودن CEC نمونه های این دو سازند بدلیل وجود ایلیت، کلریت، پالیگورسکیت و عدم حضور یا مقدار بسیار پائین ورمیکولیت و مونت موریلونیت است. حدود آتربرگ نمونه های سازند رازک و میشان کم تا متوسط در گستره 10-16 است. ترکیب شیمیایی، کانی شناسی و پاره ای از آزمایشات سرامیکی نشان دهنده قابلیت استفاده کاربردی رسوبات این دو سازند در ساخت آجر، کاشی سرامیکی و ارتن ورها است. انقباض خطی خشک و پخت، مقاومت خمشی خشک و پخت، جذب آب و تجزیه کانی شناسی نمونه های کاشی سازندهای فوق بررسی شدند. ارتباط واضحی بین مقاومت خمشی، جذب آب، انقباض خطی پخت و اندازه ذرات دیده شد.

در این تحقیق هگزافریت باریم به همراه گرافیت و یا کربن سیاه در محیط آسیاکاری مکانیکی تحت احیاء جزئی قرار گرفته و نانوکامپوزیت های BaFe12O19/Fe3O4 تولید شد. نانوکامپوزیت های حاصل، در دماهای 300، 350، 400 و 500oC در هوا تحت عملیات حرارتی قرار گرفتند. محصولات به دست آمده در هر مرحله توسط روش های XRD، VSM و FESEM مورد مشخصه یابی قرار گرفتند. در اثر آسیاکاری مخلوط هگزافریت باریم و گرافیت، پیک های Fe3O4 بعد از 40 ساعت آسیاکاری در نسبت مولی C:O=0.9 و بعد از 20 ساعت آسیاکاری در نسبت مولی C:O=1.1 در الگوهای پراش اشعه ایکس ظاهر شدند. ظهور پیک های این فاز در مخلوط هگزافریت باریم و کربن سیاه بعد از 20 ساعت آسیاکاری در نسبت های مولی 1.1 و C:O=0.9 رخ داد. این امر به فعالیت بیشتر کربن سیاه نسبت به گرافیت در عملیات احیاء نسبت داده شد. تصاویر FESEM نشان داد که نمونه های 20 ساعت آسیاکاری شده این مخلوط ها از آگلومره هایی با اندازه متوسط ذرات 30nm تشکیل شده است. عملیات حرارتی مخلوط هگزافریت باریم و ماده کربنی منجر به افزایش نیروی پسماندزدا و مغناطش اشباع به دلیل خروج ماده کربنی و کاهش کرنش های پسماند شد. مغناطش اشباع برای نمونه مخلوط هگزافریت باریم و گرافیت بعد از 20 ساعت آسیاکاری و عملیات حرارتی در دمای 400oC برابر 50.1 emu/g و این مقدار برای مخلوط هگزافریت باریم و کربن سیاه 55.3 emu/g بود. این تفاوت در مغناطش اشباع به مقدار فاز مگنتیت موجود در کامپوزیت نسبت داده شد.

شیشه های کلسیم فسفاتی در سیستم P2O5-CaO-R2O-R’O با نسبت بالای (³1) Ca/p با روش فریت کردن تهیه شدند. زینتر و تبلور شیشه ها در محدوده دمایی 1200-600 درجه سانتی گراد انجام شد. جهت شناسایی فازهای بلورین از آزمون های حرارتی افتراقی (DTA) و پراش پرتو ایکس (XRD) بهره گرفته شد. شیشه سرامیک های حاصله دارای فازهای بلوری b-Ca3(PO4)2 و b-Ca3P2O7 در ناحیه پیروفسفات و اورتوفسفات و نیز مقادیر متفاوتی فاز شیشه بودند. برای بررسی ریزساختار از میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) استفاده شد. نتایج به دست آمده از آزمون استحکام خمشی سه نقطه ای حاکی از آن است که شیشه سرامیک های مزبور دارای پتانسیل لازم برای جایگزینی و بازسازی بافت استخوانی، در مواضع تحت بار کم، می باشند.

بررسی ممبران های شیشه ای که امروزه یکی از شاخه های بسیار مهم در تحقیقات علمی دانشمندان هستند، جنبه های بسیار متفاوتی دارد. یکی از این زمینه ها، تغییر در ترکیب شیمیایی این مواد جهت کنترل جدایش فاز و اندازه تخلخل آن هاست. گروه مهمی از ترکیبات مورد استفاده در ممبران های شیشه ای، ترکیبات شیشه ساز بوروسیلیکاتی هستند. اثر افزودنی هایی همچون CaO و BaO بر روی این سیستم در تحقیقات برخی از محققین بررسی شده بود. در تحقیق حاضر، اثر افزودنی MgO و تغییرات دما بر روی این ترکیبات و کیفیت جدایش فاز و اندازه تخلخل آن ها بررسی شده است. افزودن مقادیر 0، 2، 4 و 6 درصد به همراه تغییر در دمای عملیات حرارتی در چهار دمای 670، 690، 710 و 730 درجه سانتیگراد مورد بررسی قرار گرفت. برای ساخت ممبران شیشه ای، پس از ذوب کردن ترکیب اولیه، مذاب حاصله سرد و سپس آنیل شد. قطعات حاصله در چهار دمای فوق عملیات حرارتی شده و سپس اچ شدند. بعد از بررسی نمونه ها توسط آنالیز SEM، نمونه ها تحت عملیات اسید شویی قرار گرفته و سپس آنالیز های تخلخل و سطح ویژه سنجی BET بر روی آن ها انجام شد. در نهایت رسیدن به اندازه تخلخل میانگین در حدود 12nm و همچنین توزیع گسترده تخلخل از 5 تا 100 نانومتر دستاورد مهم این تحقیق محسوب می شود.

در این پژوهش تهیه شیشه- سرامیک نانوکریستال و شفاف میکای لیتیمی به روش ذوب و ریخته گری مورد بررسی قرار گرفت. به منظور دست یابی به خواص لومینسانس، اکسید ایتریم به میزان 1% وزنی به عنوان دوپنت به ترکیب اولیه شیشه اضافه گردید. با استفاده از عملیات حرارتی مناسب، نانوکریستال های میکا با اندازه کمتر از 50 نانومتر بطور یکنواخت در زمینه شیشه ای متبلور شدند. نتایج فوتولومینسانس حاکی از وجود پیک نشر در محدوده نور مرئی و در طول موج تقریبی 420 نانومتر در طیف نشر شیشه و شیشه- سرامیک بود. می توان گفت انتقالات الکترونی در تراز بیرونی 4d از یون های Y3+ منشا نشر نور آبی در شیشه و شیشه- سرامیک می باشند. این مواد برای کاربرد در دیودهای نشر نور سفید و مواد لیزر مناسب هستند.