18115

18115

ساخت، شناسايي و بررسي رشد ترك نانوكريستال فورسترايت

كارشناسي ارشد

مهندسي پزشكي - بيومكانيك

آبان 1396

دكتر مجيدرضا آيت اللهي

دكتر حميدرضا رضايي

مكانيك

نارسايي‌هاي استخواني و بروز بيماري‌هاي مرتبط با استخوان در ميان افراد مسن و حتي جوانان به گسترش فعاليت در يكي از شاخه‌هاي مهندسي پزشكي منجر شده است. سيمان‌هاي استخواني در طي سه دهه اخير بسيار موردتوجه قرارگرفته‌اند و پژوهش‌هاي بي‌شماري براي وارد نمودن اين مواد عمدتاً سراميكي و كامپوزيتي از تحقيقات آزمايشگاهي به كاربري‌هاي باليني صورت پذيرفته است. در بين اين مواد، سيمان‌هاي پلي متيل متاكريلات و همين‌طور سيمان‌هاي فسفاتي با پايه كلسيم به خاطر خواص قابل‌توجهي كه از خود نشان دادند بيشتر موردمطالعه قرار گرفتند. هركدام از اين دو نوع سيمان در كنار نكات مثبت، موارد منفي خاص خود را نيز دارا مي‌باشند. براي خانواده پلي متيل مي‌توان به زيست فعالي و زيست سازگاري بسيار پايين و براي خانواده كلسيم فسفات خواص مكانيكي ضعيفشان (استحكام و چقرمگي) براي كاربري‌هاي باليني اشاره نمود. اين مشكل باعث شد تا در ميان بايو سراميك‌ها جستجو براي يافتن جايگزيني كه عاري از نكات منفي مذكور بوده و پتانسيل درمجموع بالاتري براي استفاده در ايمپلنت‌هاي دنداني-استخواني از خود نشان دهد. يكي از سراميك‌هايي كه طي يك دهه گذشته قابليت چشمگيري در اين زمينه از خود نشان داده فورسترايت مي‌باشد. در اين پژوهش ابتدا فورسترايت كاملاً خالص به مقدار موردنياز توليد مي‌شود. سپس فرآيندهاي لازم، ازجمله پرس سرد و پخت، براي آماده كردن نمونه‌هاي نيمه دايروي خمش از آن صورت مي‌پذيرد و در ادامه با انجام آزمون‌هاي شكست در حالت‌هاي مود 1 خالص، مود 2 خالص و همين 2 مود تركيبي بر روي آن، چقرمگي شكست آن محاسبه‌شده و رفتار شكست ماده بدست مي‌آيد. درانتها نيز نتايج آزمايش با 2 تئوري رايج مكانيك شكست يعني حداكثر تنش مماسي و حداكثر تنش مماسي تعميم‌يافته مقايسه شده و نتايج اين مقايسه‌ها گزارش مي‌شود. طبق نتايج بدست آمده، چقرمگي شكست MPa√m1.68 حاصل شد و در بين معيارهاي شكست انتخاب‌شده، هماهنگي مناسبي بين نتايج آزمايش و معيار تعميم‌يافته وجود داشت، درحالي‌كه براي نظريه حداكثر تنش مماسي با نزديك شدن به مود 2 از دقت پيش‌بيني به ميزان قابل‌توجهي كاسته مي‌شد. واژه‌هاي كليدي: فورسترايت، مود تركيبي، چقرمگي شكست، سنتز بايوسراميك، نانوكريستال، ايمپلنت استخواني

1396/09/08

11/29/2017 12:00:00 AM

Bone defections and related diseases among the elderly, and recently the youth, have led to noticeable increase in the amount of effort in researches concerning one specific field of biomedical engineering. In the past three decades, bone cements have attracted so much attention and there have been numerous experiments and researches in order to enter the biomaterials, mostly ceramics and composites, from in-vitro to in-vivo uses. Among these materials, PMMAs and CPCs are considered the most popular ones; however, their potential have been limited due to their specific shortages. For instance the disappointing bioactivity and biocompatibility of PMMAs and substantial lack of toughness and strength of CPCs in relevant applications. This issue was addressed by further searching for better bioceramics, a material without those flaws, showing more overall potential than the previous options. One of the most recent ceramics with its notable capabilities is forsterite. In this research, the required amount of pure, nanocrystalline forsterite was synthesized. Then the powder underwent the processes needed to prepare the SCB samples out of it, including cold pressing and sintering. Consequently doing fracture tests under mode-I, mode-II and mixed-mode loading, the fracture toughness was calculated and the crack growth behavior was investigated. In the end, by comparing the test results with two of the common criteria in fracture mechanics, naming MTS and GMTS, the overall results were reported in a figure. The fracture toughness was 1.68 MPa√m and the two criteria, there was a harmony in comparing the average test results' curve and the calculations of GMTS. The MTS results, though, went far behind concerning the accuracy while moving from pure mode-I towards mode-II. Keywords: mixed-mode, fracture toughness, bioceramic synthesis, nanocrystalline forsterite, bone-dental implants