15020

15020

بررسي خواص زيستي و مكانيكي شيشه - سراميك‌هاي سيستم SiO2-CaO-P2O5-ZrO2-K2O تهيه شده به روش سل - ژل

دكتري

سراميك

مهر 1394

مهر 1394

دكتر واهاك مارقوسيان - دكتر بيژن افتخاري يكتا

مواد و متالورژي

چكيده ZrO2 به شيشه و شيشه-سراميك‌هاي زيست فعال به منظور ايجاد خاصيت پرتوبندي، بهبود خواص مكانيكي و يا سنتز شيشه-سراميك‌هاي دنداني با مقاومت شيميايي زياد براي قرارگيري روي زيرپايه زيركنيايي افزوده مي‌شود. در اين پژوهش، ابتدا شيشه‌اي با تركيب ZrO210-P2O55/4-CaO3/24-SiO22/61 (درصد مولي) از طريق فرآيند سل-ژل و با هدف سنتز پودرهاي شيشه و شيشه-سراميك‌هاي زيست فعال داراي خاصيت پرتوبندي سنتز شد و خواص آن با شيشه‌ي فاقد ZrO2 مقايسه شد. در ادامه براي بهبود رفتار زينتر شدن، مقادير 2، 4 و 6 درصد مولي K2O به جاي CaO به شيشه‌‌ي پايه و حاوي ZrO2 با هدف سنتز قطعات فشرده اضافه شد. بررسي متغيرهاي فرآيند سل-ژل و ساختار ژل‌هاي سنتز شده نشان داد كه اسيد نيتريك با غلظت 1/0 مولار، آب با نسبت مولي 15H2O/(TEOS+TEP) = و افزودن نمك‌ها به صورت جامد شرايط ساده و بهينه‌اي براي سنتز ژل‌هاي آمرف با درجه‌ي پليمريزاسيون مناسب هستند. با عمليات حرارتي ژل‌ها در دماي °C 700 به مدت 3 ساعت ژل‌هاي آمرف به شيشه‌هاي مورد نظر تبديل شدند. بررسي ساختار شيشه‌ها ثابت كرد كه زيركنيم به عنوان عامل شبكه‌ساز وارد شبكه‌ي Si-O-Si مي‌شود و كلسيم و پتاسيم نقش دگرگون‌ساز شبكه را دارند. همچنين ذرات پودرهاي شيشه مزومتخلخل، داراي سطح ويژه‌ي m2/g 160-133 و اندازه متوسط تخلخل‌هاي 4-2 نانومتر بودند. با افزايش دما تا °C 1000، شيشه‌ي پايه و شيشه‌ي حاوي ZrO2، به ترتيب به شيشه-سراميك‌هاي آپاتيت-ولاستونيت و آپاتيت-ولاستونيت-زيركنيا تبديل شدند. افزودن ZrO2 باعث افزيش زمان تشكيل هيدروكسي آپاتيت (HA) از يك روز به سه روز در شيشه شد. اما سرعت تشكيل HA در شيشه-سراميك‌هاي حاوي بلورهاي ZrO2 كمتر و نزديك به يك روز بود. بنابراين، بر خلاف تصور رايج نشان داده شد كه شيشه و شيشه-سراميك‌هاي حاوي ZrO2 كه به روش سل-ژل سنتز شده‌اند زيست فعال هستند. آزمون تكثير سلول‌هاي استخواني آشكار كرد كه نمونه‌ها باعث ترغيب رشد سلول‌ها مي‌شوند و در نتيجه زيست سازگار و فاقد سميت در شرايط برون‌تني هستند. بنابراين، از پودرهاي اين شيشه و شيشه-سراميك‌ها مي‌توان به عنوان پودرهاي زيست فعال با خاصيت پرتوبندي در ترغيب استخوان‌سازي، ساخت داربست، افزودني در سيمان‌هاي استخواني، پركننده رزين‌هاي ترميمي دندان و غيره استفاده كرد. افزودن 2 درصد مولي K2O باعث كاهش چشمگير دماي زينتر تا °C‌1050 سانتي‌گراد شد. در شيشه سراميك‌هاي زينتر شده با چگالي نسبي بيشتر از 90 درصد، نانو بلورهاي آپاتيت-زيركنيا متبلور شدند. نشان داده شد كه نانو بلورهاي زيركنيا بطور يكنواخت در زمينه پراكنده شده‌اند و اندازه متوسط بلورها nm 55-25 است. همچنين، افزودن زيركنيا باعث بهبود خواص مكانيكي شد. بيشترين استحكام خمشي و چقرمگي شكست براي نمونه‌ي حاوي 2 درصد مولي K2O به ترتيب برابر با MPa 140 و MPa.m1/2 2 ثبت شد. شيشه‌هاي زينتر شده با چگالي بيشتر از 90 درصد از نظر زيستي خنثي بودند و براي استفاده به عنوان شيشه-سراميك‌هاي دنداني پيشنهاد شدند. واژه‌هاي كليدي: سل-ژل؛ شيشه؛ شيشه-سراميك؛ زيركنيا؛ زيست فعالي.