19890

۱۹۸۹۰

بررسي سنتز آنورتيت و تاثير آن بر خواص فيزيكي و مكانيكي بدنه¬هاي چيني استخواني

كارشناسي ارشد

سراميك

۱۳۹۵-۹۷

۱۳۹۷/۰۸/۲۶

دكتر رحيم نقي زاده

مواد و متالورژي

چيني استخواني حاوي 50 درصد وزني خاكستر استخوان، 25 درصد وزني كائولن و 25 درصد وزني فلدسپار مي¬باشد. اين بدنه پس از پخت در حوالي 1250 درجه سانتي¬گراد، شامل بلورهاي بتا تري كلسيم فسفات و آنورتيت مي¬باشد كه در زمينه شيشه¬اي ناهمگن قرار گرفته¬اند. با توجه به اختلاف شديد ضريب انبساط حرارتي بتا تري كلسيم فسفات (6-10×12 بر درجه سانتي¬گراد) با اجزاي ديگر، سعي در جايگزيني آن با آنورتيت با ضريب انبساط حرارتي 6-10×3/4 بر درجه سانتي¬گراد مي¬باشد. در اين تحقيق ابتدا سنتز آنورتيت از روش مخلوط پودرهاي كائولن و كلسيت با نسبت وزني7 به 3، در سه دماي مختلف 1000، 1200 و 1400 درجه سانتي¬گراد و سه زمان مختلف 30، 180 و 300 دقيقه انجام گرديد و نتايج نشان داد كه سنتز در زمان 3 ساعت و دماي 1200 درجه سانتي¬گراد، براي وقوع واكنش¬هاي تشكيل آنورتيت و نيز استفاده در تركيب بدنه چيني استخواني مناسب بوده و هم¬چنين براي كنترل هزينه¬ها و صرفه¬جويي در مصرف انرژي، به صرفه¬تر است. در ادامه آنورتيت حاصله، در مقادير مختلف 10 تا 50 درصد وزني جايگزين خاكستر استخوان در بدنه چيني استخواني شد و نمونه¬ها پس از پخت در دماي 1260 درجه سانتي¬گراد و زمان 3 ساعت، تحت آزمايش¬هاي ريزساختاري، خواص فيزيكي و مكانيكي، ضريب انبساط حرارتي و سفيد سنجي قرار گرفتند. نتايج نشان داد كه نمونه حاوي 50 درصد وزني آنورتيت داراي استحكام خمشي 9/68 مگاپاسكال، دانسيته 12/2 گرم بر سانتي¬متر مكعب، درصد جذب آب 5/1، درصد تخلخل باز 79/0، ضريب انبساط حرارتي 6-10×278/5 بر درجه سانتي¬گراد و انديس سفيدي 04/64 بوده¬است. در مقايسه با بدنه چيني استخواني معمولي با استحكام خمشي 9/36 مگاپاسكال، دانسيته 625/1 گرم بر سانتي¬متر مكعب، درصد جذب آب 04/8، درصد تخلخل باز 54/5، ضريب انبساط حرارتي 6-10×876/8 بر درجه سانتي¬گراد و انديس سفيدي 16/70، خواص فيزيكي و مكانيكي ذكر شده بهبود يافته و تنها 7/8 درصد از انديس سفيدي بدنه كاسته شده¬است. هم¬چنين ريزساختار نمونه¬¬هاي حاوي آنورتيت، بدون ترك و تقريبا نمايشگر پخش يكنواخت فازهاي آنورتيت و كوارتز در زمينه آمورف بوده¬است. واژه¬هاي كليدي: ضريب انبساط حرارتي، آنورتيت، بتا تري كلسيم فسفات.

1397/10/13

Synthesis of Anorthite and It’s Effect on Mechanical and Physical Properties of Bone China Bodies

11/17/2018 12:00:00 AM

Bone china bodies contains 50 %wt bone ash, 25 %wt kaolin and 25 %wt feldspar. This ceramics products after sintering at 1250 °C contain β-tricalcium phosphate and Anorthite crystals in a heterogeneous glass matrix. Due to the extreme difference in the thermal expansion coefficient of β-TCP with other components, it attempts to replace it with Anorthite with a lower thermal expansion coefficient. In this research, first Anorthite was synthesized with mixtures of kaolin and calcite powders with a weight ratio of 7 to 3, at three different temperatures of 1000, 1200 and 1400 °C, and three different sintering times of 30, 180 and 300 minutes. Results proved that synthesis at 3 hours and 1200 °C was suitable for the reactions of Anorthite formation and using in bone china body’s composition. Then the synthesized Anorthite was replaced by bone ash in bone china in different amounts of 10 to 50 %wt and samples was sintered at 1260 °C and 3 hours and various experiments such as microstructural analysis, physical and mechanical properties tests, thermal expansion coefficient and whiteness index tests. The results showed that the sample containing 50 %wt Anorthite had flexural strength of 68.9 MPa, density of 2.12 g.cm-3, water absorption percent of 1.5, porosity percent of 0.79, thermal expansion coefficient of 5.278×10-6 °C-1 and a whitenss index of 64.04. Compared to the typical bone china body with flexural strength of 36.9 MPa, density of 1.625 g.cm-3, water absorption percent of 8.04, porosity percent of 5.54, thermal expansion coefficient of 8.876×10-6 °C-1 and a whiteness index of 70.16, the mentioned physical and mechanical properties have been improved and only 8.7% of the whiteness index has been diminished. Also the microstructure of samples containing Anorthite were observed without thermal crack and almost uniform distribution of Anorthite and quartz crystals in the heterogeneous glass matrix. Keywords: Thermal expansion coefficient, Anorthite, β-tricalcium phosphate.