سنتز كامپوزيت شيشه- سراميك ليتيم دي سيليكات تقويت‌شده با زيركونيا به روش SPS و ارزيابي خواص مكانيكي آن

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي مواد

كارشناسي ارشد

نياز به افزايش زيبايي و استحكام و زيست سازگاري براي ترميم دندان‌ها باعث توسعه‌ي مواد سراميكي با استحكام مكانيكي بالا شده است. در ساخت روكش‌هاي دنداني از مواد فلزي، پليمري و سراميكي استفاده مي‌شود. استفاده از سراميك‌ها به عنوان روكش‌هاي دنداني به دليل شباهت زياد با دندان و زيست سازگاري بود. در بين سراميك‌هاي دنداني، ليتيم دي سيليكات‌ به دليل شفافيت و استحكام عالي مورد توجه محققان قرار گرفته است. اما به دليل چقرمگي شكست كمتر نسبت به ساير مواد، سنتز كامپوزيت شيشه سراميك ليتيم دي سيليكات به‌منظور دستيابي به ساختاري با چقرمگي و استحكام مكانيكي مناسب از اهداف محققان است. در اين پژوهش با افزودن زيركونيا به ساختار ليتيم دي سيليكات و بهره‌گيري از فرايند اسپارك پلاسما زينترينگ سعي در افزايش چقرمگي با حفظ استحكام بود. ابتدا پودر ليتيم دي سيليكات به روش ريخته‌گري سنتز شد. پودر شيشه‌اي مشخصه يابي شد و تحت آزمون XRD و DTA قرار گرفت. پودر شيشه‌اي ليتيم دي سيليكات شناخته شد. سپس با آناليز حرارتي دماي كريستالي پودر ليتيم دي سيليكات، 658 تا 670 درجه سانتيگراد تعيين شد. اين پودر به وسيله‌ي آسياب بال‌ميل با 0، 5، 10، 15 و 20 درصد زيركونيا تركيب شد و به روش SPS قطعه بالك شكل گرفت. سپس به بررسي خواص مكانيكي و مشخصه يابي قطعات پرداخته شد. قطعات علاوه بر آزمون XRD براي مشخصه يابي فاز‌هاي موجود و كريستال‌هاي به‌وجود آمده، مورد بررسي ميكروسكوپي مواد قرار گرفتند. در تصاوير ميكروسكوپ نوري و الكتروني به بررسي فاز ليتيم دي سيليكات پرداخته شد و فازهاي ميله‌اي شكل ليتيم دي سيليكات مشاهده شد. نتيجه آزمون‌هاي مكانيكي نيز با توجه به تعداد قطعات SPS شده با 0 ،5 ،10 ،15 و 20 درصد زيركونيا به ترتيب داراي 310،227،280،310 و 340 مگاپاسكال استحكام خمشي و داراي MPam^(1/2) 4.8 ،4.7 ،4.9 ،5.2 و 5.4 چقرمگي شكست بودند. در نتايج مقالات و پژوهش‌هاي گذشته، محققان به استحكام خمشي 200 تا 800 مگاپاسكال، سختي 800 مگاپاسكال تا 4 گيگاپاسكال و چقرمگي شكست MPam^(1/2) 1.5 تا 3.5 دست يافته بودند كه با توجه به ساختار مواد با افزايش سختي و استحكام، چقرمگي شكست كاهش پيدا مي‌كرد و بلعكس با بهبود چقرمگي شكست، استحكام و سختي كاهش مي‌يافت. در اين پژوهش بهترين خواص مربوط به سيستم ليتيم دي سيليكات داراي 20 درصد زيركونيا بود كه به روش SPS شكل‌گرفته است. اين ساختار داراي استحكام خمشي 340 مگاپاسكال و چقرمگي شكست MPam^(1/2) 5.4 بدست آمد. افزايش چقرمگي شكست را مي‌توان به علت وجود زيركونيا و همچنين استفاده از SPS به عنوان فرايند ساخت دانست. در آخر به‌منظور يافتن بهترين خواص، عمليات حرارتي دو مرحله‌اي در دماي 700 و 800 درجه سانتيگراد نيز انجام شد. عمليات حرارتي باعث افت خواص مكانيكي شد. علت اين اتفاق را مي‌توان، دستيابي به ساختار كريستالي ليتيم دي سيليكات بعد از عمليات SPS و رشد كريستال ها بعد از عمليات حرارتي دانست كه موجب كاهش خواص قطعات شد. به نظر مي‌رسد ساخت قطعه بالك به روش SPS با تركيب زيركونيم در ساختار، ضمن حفظ استحكام خمشي باعث افزايش چقرمگي مي‌شود.

212694

شناسايي و انتخاب مواد

مهندسي مواد

دانشگاه صنعتي اصفهان

محمد خدائي

مهدي احمديان، شيدا لباف

رحمت الله عمادي