18244

۱۸۲۴۴

بررسي رفتار تبلور و خواص مكانيكي شيشه‏ سراميك دنداني سيستم Li2O-SiO2-ZrO2

كارشناسي ارشد

سراميك

۱۳۹۶/۰۷/۰۲

دكتر بيژن افتخاري يكتا

مواد و متالورژي

در پژوهش حاضر يك تركيب تجاري شيشه‏سراميك دنداني با سيستم ليتيم ‏دي‏سيليكاتي به عنوان تركيب پايه مدنظر قرار داده شد و با هدف افزايش چقرمگي شكست و بهبود خواص مكانيكي سيستم به آن 10 درصد زيركنيا اضافه شد. سپس بين سه تركيب با درصدهاي وزني پنتا اكسيد فسفر متفاوت 2%، 5% و 8%، بهينه ميزان P2O5 ¬¬مشخص گرديد. در اين راستا ابتدا آميزهاي تهيه شده پس از توزين ذوب، شكل داده و تنش‏زدايي شدند، سپس هر كدام از تركيب‏ها در دماي تبلور خود -كه با استفاده از DTA تعيين شد- به مدت يك ساعت عمليات حرارتي شدند و شيشه‏سراميك ليتيم دي‏سيليكاتي حاصل گرديد. ‏خواصي از جمله ميكروسختي، مقاومت شيميايي، استحكام خمشي و چقرمگي شكست در شيشه‏سراميك‏هاي تهيه شده بررسي شد و با استفاده از آناليز فازي (XRD) و بررسي ريزساختاري به كمك SEM به بحث درباره‏ي چرايي تغيير خواص پرداخته شد. از آزمايش‏هاي انجام شده چنين حاصل شد كه در هر سه تركيب با افزودن P2O5، جدايش فازي بيشتري در شيشه رخ داده و فاز فسفات ليتيم تشكيل مي‏شود كه مكان مناسبي براي جوانه‏زني و رشد فاز نيمه پايدار متاسيليكات ليتيم و در دماهاي بالاتر رشد فاز پايدار دي سيليات ليتيم است. در اين ميان با افزايش درصد P2O5 در نمونه‏ها تا ميزان 8% وزني، جوانه‏زني فسفات ليتيم بيشتر شده و با بالا رفتن غلظت جوانه‏زا و در نتيجه افزايش گرانروي مذاب، رشد بلور با محدوديت فضايي مواجه شده و نيز در دماهاي بالاتري رخ داد. اين محدوديت فضايي باعث شده است كه بلورها از حالت ميله‏اي و كشيده به شكل كروي و ريز در بيايند كه اين تغيير مورفولوژي تاثير بسزايي بر بهبود خواص مكانيكي و افزايش سختي، استحكام خمشي و چقرمگي شكست نمونه‏ها داشت. ميكروسختي نمونه‏ها براي تركيب P2 برابر با 15/779، براي تركيب P5 برابر با 83/995 و براي تركيب P8 برابر با 39/1021 ويكرز به دست آمد. نتايج چقرمگي شكست نمونه‏ها نيز به ترتيب برابر با 81/1 (براي نمونه P2)، 96/1 (براي نمونه P5) و MPa.m0.528/2 (براي نمونه P8) حاصل شد. چنين نتيجه‏گيري شد كه با افزودن 8% وزني P2O5¬¬ به نمونه‏ها در كل سختي و چقرمگي شكست نمونه‏ها بالا رفته و علت اين بهبود خواص مكانيكي، هم تغيير مورفولوژي بوده و هم بيشتر شدن بلورهاي فاز ليتيم دي‏سيليكات در نمونه‏هاي عمليات حرارتي شده‏ي نهايي. هم‏چنين با افزودن P2O5 در شيشه‏ي اوليه مقاومت شيميايي شيشه كم مي‏شود اما پس از انجام عمليات حرارتي و تشكيل شيشه‏سراميك و فاز ليتيم دي‏سيليكات، مقاومت شيميايي نيز افزايش مي‏يابد. واژه‌هاي كليدي: شيشه‏سراميك، ‏دي‏سيليكات ليتيم، جوانه‏زا، P2O5، خواص مكانيكي، چقرمگي شكست

1396/10/09

12/23/2017 12:00:00 AM

In this project, a commercial dental lithium disilicate based glass-ceramic was studied (which has been added about 10% ZrO2 in it in order to increasing the fracture toughness and improvement of mechanical properties); then the optimized percent of P2O5 was determined. First of all prepared batches were melted, casted and then annealed; after that each one was heat-treated in their crystallization peak temperatures –which has been determined by DSC- and finally 3 different glass-ceramics was obtained. crystallization behaviors, micro-hardness, chemical resistance, flexural strength and fracture toughness of three lithium-disilicate glass compositions were determined; and by means of X-ray diffraction and scanning electron microscopy, it was discussed about the reason of improvement of properties. According to the result of tests, it was defined that P2O5 encouraged the separation in melting and it created lithium phosphate (which is a suitable place for crystallization of both Li2SiO3 and Li2Si2O5 phases). Furthermore in more percent of P2O5, nucleacen agent’s density will be increased, so the viscosity of glass melt will be increased too, then the crystal growth will be caused in higher temperatures. Spatial limitation makes the final crystals in spherical shaped and it decrease the aspect ratio of crystals. This morphology changes will affect on mechanical properties. In fact the improvement of mechanical properties is because of both morphology changes and increasing of lithium disilicate crystalline phase in final heat-treated glass-ceramics. Also it should be mentioned that P2O5 decreases the chemical resistance in the initial glasses (because of increasing P-rich zones in glass phase) but after all heat treatments and forming final glass-ceramics, it will increase the chemical resistance. Keywords: Glass-ceramic, Lithium-disilicate, Nucleacen agent, P2O5, Mechanical properties, Fracture toughness