فهرست مطالب

علم و مهندسی سرامیک - سال چهارم شماره 1 (پیاپی 12، بهار 1394)

نشریه علم و مهندسی سرامیک
سال چهارم شماره 1 (پیاپی 12، بهار 1394)

  • تاریخ انتشار: 1394/06/18
  • تعداد عناوین: 7
|
  • مهدی شمسی، نادر نظافتی *، سیامک زواره، علی زمانیان صفحه 1
    در پژوهش حاضر، اثر افزودن الیاف شیشه زیست فعال بر خواص فیزیکی و مکانیکی سیمان استخوانی سولفات کلسیم مورد ارزیابی قرار گرفت. الیاف شیشه زیست فعال با ترکیب سه جزئی اکسید سیلیسیم، اکسید کلسیم و اکسید فسفر به کمک الکتروریسی محلول سل تهیه شد. به منظور بررسی ترکیب فاز و مورفولوژی الیاف به ترتیب از تکنیکهای پراش پرتو ایکس و میکروسکوب الکترونی روبشی استفاده شد. در ادامه، درصدهای وزنی مختلفی (3، 5، 10، 15، 20، 25 و 35) از الیاف شیشه زیست فعال به ترکیب سولفات کلسیم همی هیدرات خالص افزوده و خواص مکانیکی آنها ارزیابی شد. نتایج آزمون نشان داد که با افزودن درصد وزنی مشخصی از الیاف (تا 15 درصد)، خواص مکانیکی افزایش و سپس (از 15 تا 35 درصد) کاهش پیدا کرد؛ به گونه ای که بیشترین استحکام فشاری، مدول یانگ و چقرمگی شکست مربوط به کامپوزیت حاوی 15 درصد وزنی الیاف شیشه زیست فعال و به ترتیب در حدود 54/31 مگاپاسکال، 965 مگاپاسکال و 566/0 کیلوژول بر سانتی مترمربع بود. علت افت خواص مکانیکی به دلیل ایجاد حفره بین الیاف و سیمان و کاهش یکنواختی کامپوزیت بود. زمان گیرش اولیه و ثانویه برای سیمان کامپوزیتی بهینه نیز به ترتیب در حدود 6 و 21 دقیقه بود. در ادامه بررسی مورفولوژی، خواص فیزیکی و زیست فعالی سولفات کلسیم بدون الیاف (نمونه کنترل) و نانو کامپوزیت (ترکیب بهینه) جهت مقایسه انجام گرفت. نتایج نشان داد افزودن الیاف شیشه زیست فعال در ساختار سیمان استخوانی سولفات کلسیمی نه تنها تاثیر نامطلوبی بر آن نگذاشت بلکه سبب افزایش خواص مکانیکی، تشکیل آپاتیت و چسبندگی مناسب سلول استئوبلاست انسانی از نوع MG64 شد.
    کلیدواژگان: سیمان استخوانی سولفات کلسیم، الیاف شیشه زیست فعال، الکتروریسی، کشت سلول
  • مریم حیدری رامشه، علی بیت اللهی *، سید محمد مهدوی صفحه 11
    در میان مواد مطرح در حوزه ی فتوولتائیک،ترکیب کالکوپیریتی C uInS2 با گاف انرژی مستقیمeV53/1، ضریب جذب بالاوپایداری در دراز مدت، به عنوان یک ماده امید بخش مطرح شده است. یکی از پارامتر های محدودکننده ی تولید انبوه این سلول ها، کمیاب بودن عنصر Inاست که لازم است با عناصر دیگر جایگزین شود.از طرف دیگر سلول های خورشیدی تک اتصال بهینه، دارای گاف انرژی در محدوده ی e V3/1-1 معادل طول موجnm1250-950هستند. در این تحقیق، سنتز ترکیب CuInS2 وجانشین سازی بخشی از عنصر ایندیم با عنصرفراوان آهن بررسی شده است. بدین منظور، ترکیبات محلول جامدCuIn1-xFexS2 به روش ساده و تک مرحله ای پولیول سنتز گردید. تکنیک های پراش اشعه ایکس (XRD)، میکروسکوپ الکترونی روبشی(SEM) و طیف نگاری تونلی (STS) جهت بررسی به کارگرفته شد. نتایج، افزایش بلورینگی ذرات و کاهش ابعاد سلول واحد را با افزایش آهن تا مقدار 15/0= x، نشان داد. با افزایش بیشتر مقدار آهن، ضمن کاهش بلورینگی، تشکیل فازهای ناخالصی FeS، CuFeS2 مشاهده شد. بر اساس تغییرات چگالی حالات، جانشین سازی آهن منجر به افزایش حامل ها و ایجاد هدایت نوع pگردید.
    کلیدواژگان: سنتز، پولیول، CuInS2، CuIn1، xFexS2
  • سید محمد میرکاظمی *، جعفر جوادپور، مهرنوش قاسمی صفحه 21
    در این پژوهش پودرهای هیدروکسی آپاتیت در مقیاس نانومتری با جایگزینی آهن(سه ظرفیتی) به روش هم رسوبی سنتز گردید. فازهای تشکیل شده، پایداری حرارتی و مورفولوژی ذرات سنتز شده به کمک روش های آنالیز پراش پرتوایکس (XRD)، طیف سنجی مادون قرمز (FTIR)، میکروسکوپ الکترونی روبشی (FESEM)، طیف سنجی رامان و خواص مغناطیسی توسط آنالیز مغناطیس سنج نمونه مرتعش (VSM)موردبررسی قرار گرفت.نتایج نشان داد با وارد شدن آهن در شبکه هیدروکسی آپاتیت، بلورینگی وپایداری حرارتی ساختار هیدروکسی آپاتیت کاهش می یابد. به طوری که در حضور 9 درصد وزنی آهن ساختار هیدروکسی آپاتیت تا دمای 700 درجه سانتی گراد پایدار است درحالی که بدون حضور آهن تا دمای 900 درجه سانتی گراد پایدار می باشد. نتایج VSM خاصیت پارامغناطیس را در پودرهای حاوی آهن تائید نمود.
    کلیدواژگان: هیدروکسی آپاتیت، نانوذرات، آهن، هم رسوبی، پایداری حرارتی، پارامغناطیس
  • نجمه لاری *، شاهرخ آهنگرانی، علی شانقی صفحه 31
    یکی از روش های افزایشبازدهی جمع کننده های خورشیدی در نیروگاه های حرارتی ایجاد پوشش هایضد بازتاب بر سطح شیشه های محافظ دریافت کننده هایخورشیدی می باشد. در پژوهش حاضر،پوشش های تک لایه، دو لایه، چندلایه و کامپوزیت سیلیکا و تیتانیا تهیه شده به روش سل-ژل بر سطح شیشه به منظور کاربرد ضدبازتابی بررسی گردید.برایبررسی پوشش ها از طیف نگاری عبور(UV-VIS)، مادون قرمز(FT-IR)و میکروسکوپ الکترونی روبشی(FE-SEM)استفاده شد. نتایج به دست آمده نشان داد، پوشش ها به روش سل-ژل به خوبی بر سطح شیشه تشکیل شده اند.هرچندپوشش های کامپوزیت عبور نور بالایی نداشتند، اما پوشش های سیلیکا، سه لایه سیلیکا-تیتانیا-سیلیکاو شش لایه تیتانیا- سیلیکا-تیتانیا-سیلیکا-تیتانیا- سیلیکا بیشینه عبوری در حد 99% که تقریبا 8% بیشتر از شیشه بدون پوشش است،از خود نشان دادند. به کارگیریپوشش ها با ضرایب شکستمناسبوقرارگیری مطلوب لایه ها بر سطح شیشه علت افزایش میزان عبور است. استفاده از این پوشش های ضدبازتاب اقتصادی در نیروگاه های خورشیدی، کمک شایانی در جهت تولید برق بیشتر خواهد کرد.
    کلیدواژگان: پوشش ضدبازتاب، شیشه محافظ دریافت کننده خورشیدی، سیلیکا، تیتانیا، چندلایه، کامپوزیت، سل، ژل
  • زهره بلک *، محمد ذاکری، محمدرضا رحیمی پور، اسماعیل صلاحی، میلاد کرمانی صفحه 45
    سینتر با جرقه پلاسما (SPS) فرآیندی است که طی سال های اخیر برای سرامیک های فوق دما بالا به کار گرفته می شود. در این پژوهش کامپوزیت های پایه ZrB2 با درصدهای مختلف HfB2 (Vol 15%-0) با استفاده از فرآیند SPS در دماها (1600- 1900)، زمانها (min 8-4) و فشارهای (MPa 40-10) سینتر شدند. به علاوه تاثیر MoSi2 بر نفوذ Hf در Zr مورد بررسی قرار گرفت. به منظور ارزیابی ریزساختار و نوع فازهای تشکیل شده بررسی های ریزساختاری با استفاده از SEM و شناسایی فازها با استفاده از آنالیز نقطه ای و خطی انجام شد. تاثیر دما، زمان و فشار فرآیند SPS بر ریزساختار کامپوزیت نهایی و فازهای تشکیل شده در آن، مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که Hf و Zr در هم نفوذ نموده و تشکیل محلول جامد B2(Zr، Hf) می دهند. همچنین مشخص شد که با افزایش دما و زمان سینترینگ، میزان نفوذ و در نتیجه محلول جامد افزایش می یابد. به علاوه مشخص شد که فشار تاثیر بسیار کمتری نسبت به دما و زمان بر فرآیند نفوذ دارد. نتایج آنالیز خطی نشان داد که حضور MoSi2 سبب تشکیل یک فاز مایع شده که به نوبه خود سبب تسهیل فرآیند نفوذ Hf و Zr در هم می شود. همچنین مشخص شد که افزودن HfB2 سینترپذیری ZrB2 را بهبود نداده و به میزان اندکی سبب افزایش درصد تخلخل های باز می شود.
    کلیدواژگان: سینتر با جرقه پلاسما، دی بوراید زیرکونیوم، دی بوراید هافنیوم، ریزساختار
  • مازیار منتظریان، بیژن افتخاری یکتا *، واهاک کاسپاری مارقوسیان، جوزه فابین اشنایدر، رنتو لوییز سیکویرا، ادگار دوترا زانوتو صفحه 59
    شیشه های زیست فعال و حاوی ZrO2، خاصیت پرتوبندی دارند تا به افزایش وضوح تصویر در پرتونگاری از موضع درمان کمک کنند. در این تحقیق، شیشه ای با ترکیب ZrO210-P2O55/4-CaO3/24-SiO22/61 (درصد مولی) به روش سل-ژل سنتز شد. ابتدا اثر ZrO2 بر فرآیند سل-ژل و ساختار ژل های سنتز شده به کمک آنالیزهای رزونانس مغناطیسی هسته ای (NMR) و طیف سنجی مادون قرمز تبدیل فوریه (FTIR) مشخص شد. همچنین دمای عملیات حرارتی مناسب برای تبدیل ژل های خشک شده به شیشه با روش های آنالیز حرارتی هم زمان (DTA-TG) و پراش پرتو X (XRD) تعیین شد. سپس ساختار شیشه، شکل و اندازه تخلخل ها و سطح ویژه پودر شیشه به کمک تحلیل نتایج FTIR، NMR و جذب و واجذب نیتروژن (BET-BJH) تعیین شد. در نهایت، اثر ZrO2 بر تبلور فازها و انرژی فعالسازی تبلور آپاتیت، با تحلیل نتایج به دست آمده از آنالیز حرارتی افتراقی (DSC) و XRD مشخص شد. در بررسی متغیرهای سل-ژل و ساختار ژل های سنتز شده مشخص شد که اسید نیتریک با غلظت 1/0 مولار، آب با نسبت مولی 15H2O/(TEOS +TEP) = و افزودن نمک ها به صورت جامد شرایط ساده و بهینه ای برای سنتز ژل های آمورف با درجه ی پلیمریزاسیون مناسب می باشند. نتایج DTA-TG و XRD نشان دادند که با عملیات حرارتی ژل ها در دمای °C 700 به مدت 3 ساعت می توان شیشه های مد نظر را سنتز نمود. بررسی ساختاری این شیشه ها با NMR و FTIR نشان می دهد که زیرکنیم به عنوان عامل شیشه ساز وارد شبکه Si-O-Si می شود. همچنین نتایج آزمون جذب و واجذب نیتروژن نشان داد که ذرات پودر شیشه مزومتخلخل، دارای سطح ویژه m2/g 160-133 و اندازه متوسط تخلخل های 4-2 نانومتر هستند. علاوه بر این، با افزایش دما تا °C 1000، شیشه ی پایه و شیشه ی حاوی زیرکنیا، به ترتیب به شیشه-سرامیک های آپاتیت-ولاستونیت و آپاتیت-ولاستونیت-زیرکنیا تبدیل می شوند. حضور ZrO2 باعث افزایش انرژی لازم برای تبلور آپاتیت از kJ/mol 198 به kJ/mol 835 می شود.
    کلیدواژگان: سل، ژل، شیشه، زیرکنیم، زیست فعال، مزومتخلخل
  • ابوالفضل گرویی *، فاطمه سادات ترک نیک صفحه 81
    پلاستی سیته یکی از ویژگی های مهم سیستم های رس-آب است که به صورت تغییر شکل دائمی و بدون گسیختگی ماده تحت یک نیروی خارجی پیوسته، مشخص و بزرگ تر از مقدار بحرانی آن تعریف می شود که پس از برداشتن یا کاهش نیرو، در ماده باقی می ماند. با وجود این که روش های متنوعی برای اندازه گیری پلاستی سیته و تعیین مقدار آب بهینه در یک بدنه سرامیکی رسی معرفی شده است، لیکن رویه مشترکی برای تمامی بدنه های سرامیکی که ترکیبی از مواد اولیه با پلاستی سیته کم یا زیاد هستند، وجود ندارد. در این مقاله، خواص فیزیکی بدنه هایی متشکل از دو ماده اولیه بنتونیت سوراوجین با پلاستی سیته بالا و کوارتز رسی زنوز با پلاستی سیته پایین، با نسبت های 100:0، 67:33، 33:67 و 0:100 قبل از پخت مورد مطالعه قرار گرفت. در ادامه روش جدیدی مبتنی بر اندازه گیری استحکام خشک بدنه های پرس شده در فشارهای شکل دهی مختلف و مشخصه ای به نام «نمای پلاستی سیته» برای مقایسه پلاستی سیته بدنه های سرامیکی معرفی شد که قابلیت شبیه سازی شرایط واقعی فرآوری و تولید در کارخانجات کاشی و سرامیک های پرس شده را دارا است و علاوه بر سهولت انجام آزمون، نتایج قابل اعتمادی را حاصل می نماید.
    کلیدواژگان: پلاستی سیته، فشار پرس، استحکام خمشی خشک، نمای پلاستی سیته
|
  • Page 1
    In the present study، structural، physico-chemical and mechanical properties of pure calcium phosphate bone cement and effect of adding bioactive glass fibers (BGf) on it were evaluated. The sol-gel derived bioactive glass fibers were composed of ternary system of silicon oxide، calcium oxide and phosphorus oxide that were prepared by electrospinning method. Scanning electron microscopy (SEM) and X-ray analyses were performed to assess morphology and phase composition of fibers، respectively. Afterwards، different weight ratios of the fibers were added into the calcium sulphate cement (CS) matrix and the mechanical properties were studied. The results showed that optimum mechanical properties were related to 15% BGf reinforced CS as the compressive strength، Young’s modulus and fracture toughness were about 31/54 MPa، 965 MPa and 0/566 kJ/cm2، respectively. Initial and final setting times of the composite were 6 min and 21 min، respectively. For comparison، structural and bioactivity properties of pure CS (as a control sample) and nanocomposite were then investigated. The results showed that adding BGf into the CS matrix not only had appropriate effect on pure CS but also improved mechanical properties، apatite formation and human MG-64 cell attachment.
    Keywords: Calcium sulfate bone cement, Bioactive glass fibers, Electrispinning, Cell culture
  • Page 11
    Among the candidate semiconductors in photovoltaic applications، CuInS2 (CIS) is under intense investigation due to its direct band gap (1. 5eV)، high absorption coefficient and good stability. One of the limiting parameters in the mass production of these solar cells is that Indium is a rare metal which has to be substituted with other metallic elements. On the other hand، the maximum photovoltaic conversion efficiency is attained on devices with the absorber bandgap energy of approximately 1-1. 3 eV. So in this study، CIS synthesis and substitution of trace element of indium with abundant element of Iron were investigated. The solid solution compounds of CuIn1-xFexS2 were synthesised using one pot Polyol route. The synthesized powders were characterized using X-ray diffraction (XRD)، Scanning electron microscopy (SEM) and Scanning tunneling Spectroscopy (STS) techniques. As the amount of Iron increases up to x=0. 15، the crystallinity of particles is inhanced and their unit cell dimensions are reduced. Further increasing of iron content results in the formation of FeS and FeS2 as impurity phases were observed with further increasing the iron content، while the crystalinity is reduced. The density of states investigation confirmed that increasing the amount of Iron resulted in enhancing the density of carriers، p-type conductivity and formation of the intermediate band in the forbidden band of host material
    Keywords: synthesis, Polyol, CuInS2, CuIn1, xFexS2
  • Page 21
    In this research، the effect of Fe3+ dopant on the thermal stability and physical properties of hydroxyapatite (HA) nanoparticles were investigated. Phase evolution، thermal stability، morphology and magnetic properties of synthesized HA nanoparticle were characterized by X-ray diffraction (XRD)، Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR)، field emission scanning electron microscopy (FESEM) and vibrating sample magnetometer (VSM). The results showed substitutionFe3+ions in the HA crystal structure lead to decrement crystallinity and thermal stability of HA. Nanoparticles of HA without Fe ion will be stable up to 900C while HA nanoparticles containing 9% Fe ion is stable up to 700C. VSM results were confirmed paramagnetic behavior of Fe3+ substituted HA nanoparticles.
    Keywords: hydroxyapatite apatite, Iron oxide, coprecipitation, crystallinity, thermal stability
  • Page 31
    One of the ways to increase the efficiency of solar thermal collector، create an antireflective coating on the glass surface of sun receivers. In this study، preparation of single layer، multilayer and composite silica-titania coatings for antireflective application was investigated. For investigation، Field-emission scanning electron microscope (FE-SEM)، Fourier-transformed infrared spectrophotometer (FT-IR) and UV–visible spectrophotometer was used. Results revealed، although، composite coatings don’t improve transmittance of glass substrate، but single silica-layer، tree-layer and six-layer sol–gel TiO2-SiO2 coatings showedthe maximumtransmittance about 99% which isapproximately 8% higher than uncoatedglass. The transmittance increased due tothe application ofcoatingswithgoodrefraction indices anddesirablelayer structures onthe glass surface. Theeconomicantireflectivecoatingsfor solar collectorswillhelptogenerate moreelectricity.
    Keywords: antireflelactive coating, optical properties, sol, gel, multilayer, composite, silica, titania
  • Page 45
    Spark Plasma Sintering (SPS) is a new technique which was used for sintering of Ultra High Temperature Ceramics (UHTCs) recently. In this study، ZrB2-based ceramics was prepared with different HfB2 content (0، 5، 10، 15 vol%) by SPS in different temperatures، times and pressures. Microstructure evaluation and phases were done by SEM and EDAX. Effect of SPS conditions (temperature، time and pressure) on microstructure was investigated. The results showed that Hf and Zr diffuses in each other and (Zr،Hf) B2 solid solution will be formed. In addition، it was concluded that by increasing temperature and time، solid solution formation increases. Pressure has little effect on diffusion. MoSi2 improves diffusion by liquid phase formation. Finally it is cleared that HfB2 increases open porosity percent slightly.
    Keywords: Spark Plasma Sintering, ZrB2 based ceramics, HfB2, microstructure
  • Page 59
    Bioactive glasses containing ZrO2 have radiopaque property. Radiopacity is an essential feature of bioactive materials that allows easy follow-up of the treated patient under radiographic control. In this research، we synthesized 61. 2SiO2-24. 3CaO-4P2O5-10ZrO2 (mol%) via a simple sol-gel route. The sufficient heat treatment for converting dried gels into the glasses was determined using thermo-gravimetric and differential thermal analysis (TG/DTA) and X-ray diffraction (XRD). The structure of dried gels and glasses were investigated by Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) and nuclear magnetic resonance spectroscopy (NMR). Specific surface area، pore volume، pore size and pore size distribution were evaluated by N2 adsorption/desorption technique and employing multipoint Brumauer-Emmett-Teller (BET) and Barrett-Joyner-Halenda (BJH) methods. Differential scanning calorimetry (DSC) results were used to calculate the overall crystallization activation energy. Sol-gel process consisted of hydrolysis and polycondensation of tetraethyl orthosilicate (TEOS)، triethyl phosphate (TEP)، Ca (NO3) 2. 4H2O and ZrO (NO3) 2. XH2O. Nitric acid was used to accelerate the hydrolysis step. The optimum H2O/TEOS+TEP ratio and nitric acid concentration were 15 and 0. 1 M، respectively. Structural analysis by NMR and FTIR revealed that glasses containing ZrO2 presents an amorphous structure in which Zr acts as a glass former and retards the crystallization of apatite. N2 absorption/desorption analysis exposed that the synthesized glasses are mesoporouse with average surface area and pore size of 133-160 m2/g and 2-4 nm، respectively. Additionally، upon adequate heat treatment at 1000 °C، the gel-glass containing ZrO2 converted into an apatite-wollastonite-zirconia glass-ceramic. Finally، ZrO2 addition increased the activation energy for apatite crystallization from 198 kJ/mol to 835 kJ/mol.
    Keywords: Sol, gel, glass, zirconium, bioactive, mesoporous
  • Page 81
    Plasticity as an important property in clay-water systems is identified as a permanent deformation with no rupture of the material under a consistent، defined، and external force greater than its critical tolerance، which remains in force even after removal or lessening the applied force. In spite of the introduction of various methods to measure the plasticity and determine the optimum water content in a clayey ceramic body، there is not a general procedure for all the ceramic bodies containing low or high plasticity materials. In this paper، physical properties of ceramic bodies consist of two raw materials، high plasticity Soravejin Bentonite (B-S) and low plasticity Zenouz clayey quartz (Z-Q) in a weight ratio of 100:0، 67:33، 33:67، and 0:100 were investigated. According to the dried strength data as a function of die-pressing pressure، an index named as “plasticity exponent” was defined in order to compare the plasticity of ceramic bodies. This new method، which can simulate actual conditions of processing and production in the wall/floor tile and pressed-ceramic factories، is an easy test route، and obtains the authentic results.
    Keywords: Plasticity, die, pressing pressure, dried bending strength, plasticity exponent