فهرست مطالب

فصلنامه مواد پیشرفته در مهندسی
سال سی‌ام شماره 2 (تابستان 1390)

  • تاریخ انتشار: 1390/11/01
  • تعداد عناوین: 7
|
  • محمدحسین فتحی، آرش حنیفی، سید ایمان روحانی اصفهانی صفحه 1
    هیدروکسی آپاتیت به دلیل داشتن سازگاری زیستی، زیست فعالی و قابلیت اطمینان بالا برای کاربری در بدن، به طور گسترده ای برای کاربردهای پزشکی مثل درمان نواقص و بازسازی بافت استخوان استفاده می شود. آپاتیت بیولوژیکی به عنوان مهمترین بخش معدنی بافت دندان و استخوان، دارای ساختار نانومتری است و به نظر می رسد استفاده از هیدروکسی آپاتیت نانوساختار با ترکیب فازی مشابه با آپاتیت بیولوژیکی می تواند قابلیت اطمینان از کاربرد آن را افزایش دهد. هدف از پژوهش حاضر، تولید هیدروکسی آپاتیت نانوساختار به روش های مختلف، مشخصه یابی و مقایسه خواص محصول و در نهایت افزایش زیست فعالی و زیست اضمحلالی هیدروکسی آپاتیت از طریق کنترل اندازه دانه ها و ترکیب شیمیایی بود. هیدروکسی آپاتیت نانو ساختار با دو روش فعالسازی مکانیکی و سل- ژل ساخته شد. تکنیکهای پراش پرتو ایکس (XRD)، طیف سنجی تبدیل فوریه فروسرخ (FTIR) و میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) برای مشخصه یابی پودر هیدروکسی آپاتیت تهیه شده، استفاده شد. نمونه هایی از پودر ساخته شده برای مدت زمانهای مختلف در مایع شبیه سازی شده بدن (SBF) قرار گرفت تا رفتار زیست فعالی و زیست اضمحلالی آن بررسی شود. آزمون طیف سنجی جذب اتمی (AAS) برای تعیین میزان انحلال یون کلسیم در مایع شبیه سازی شده بدن، اجرا شد. نتایج نشان داد که اندازه میانگین دانه های پودر هیدروکسی آپاتیت تهیه شده به روش فعالسازی مکانیکی برابر 29 نانومتر و پودر هیدروکسی آپاتیت تهیه شده با روش سل ژل معادل 25 نانومتر است. نرخ انحلال یونی هیدروکسی آپاتیت نانوساختار تهیه شده با هر دو روش، بسیار شبیه به آپاتیت بیولوژیکی و بالاتر از نرخ انحلال هیدروکسی آپاتیت تجارتی (با اندازه دانه میکرونی) بود. نتایج حاکی از آن بود که زیست فعالی پودر هیدروکسی آپاتیت بسیار متاثر از اندازه دانه هاست و اندازه دانه کمتر از 50 نانومتر برای هیدروکسی آپاتیت نانومتری تولید شده، مقدار بهینه ای برای داشتن رفتار زیست اضمحلالی و زیست فعالی مشابه با آپاتیت بیولوژیکی است.
  • مهران گودرزی، علی سعیدی صفحه 13
    درسالهای اخیر، تحقیقات زیادی در زمینه استفاده از فرایند مکانوشیمیایی برای سنتز مواد پیشرفته صورت گرفته است. در این تحقیق، نانوکامپوزیت Al2O3-TiN به روش مکانوشیمیایی و با استفاده از ماده ارزان قیمت TiO2 (به جای تیتانیوم خالص که خیلی گران است) تولید شد. از پودرهای اکسید تیتانیوم و آلومینیوم به عنوان مواد اولیه استفاده شد. آسیابکاری در آتمسفر نیتروژن با فشار 5 آتمسفر انجام شد و محصولات به دست آمده با پراش اشعه ایکس (XRD) و میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) مورد ارزیابی قرار گرفتند. نتایج حاصل از آسیابکاری نشان داد در اولین مرحله از فرایند سنتز، اکسید تیتانیوم با آلومینیوم احیا می شود و در ادامه فرایند، تیتانیوم تولیدی با نیتروژن واکنش انجام می دهد. هنگامی که نسبت مولی آلومینیوم به اکسید تیتانیوم برابر 2.1 و 3.1 باشد، پس از 20 ساعت آسیابکاری، قله های نیترید تیتانیوم در نتایج XRD نمایان می شود. همچنین نتایج نشان داد آسیابکاری منجر به تشکیل ذرات ریز و کروی می شود.
  • حمید امیدوار، بهزاد فلاح قنبری، مرتضی تمیزی فر صفحه 23
    در این مقاله رفتار سیلان پلاستیک و تغییرات ریز ساختاری آلیاژ Ti-6Al-4V در محدوده دمایی750 تا 1050 درجه سانتیگراد و در گستره تغییرات نرخ کرنش 1s- (001/0-1/0) در شرایط فشار همدما مورد بررسی واقع شده است. هدف در این مقاله تخمین انرژی اکتیواسیون و تحلیل سینتیکی کروی شدن در محدوده ساختار دو فازی این آلیاژ است. منحنی های تنش-کرنش حقیقی این آلیاژ در زیر دمای 950 درجه سانتیگراد به اندازه محدودی نرم شدن سیلان (که به تبلور مجدد دینامیکی نسبت داده شده است) را نشان می دهد. دردماهای بالاتر، تنش سیلان با کرنش پلاستیک رابطه تقریبا خطی و پایداری پیدا می کند تا اینکه در دماهای نزدیک 1015 درجه سانتیگراد (دمای استحاله بتا) تقریبا تنش سیلان از دما مستقل می شود. با تحلیل داده های تنش سیلان و با بهره گیری از معادله زنر هولومان و معادله اصلی سیلان پلاستیک (معادله سلارز)، انرژی اکتیواسیون تبلور مجدد دینامیک محاسبه شده و معادله ساختاری سیلان به دست آمد. همچنین نتایج به دست آمده در دو روش با هم وهمچنین با نتایج سایر محققان مقایسه شد.
  • فرشته حسین آبادی، سید مجتبی زبرجد، محمد مزینانی، وحید کیانی، حمیدرضا پور رضا صفحه 37
    هدف اصلی از انجام این تحقیق، ارزیابی اثر نانوذرات کربنات کلسیم (CaCO3) بر مقاومت به نفوذ فرورونده نانو کامپوزیت زمینه پلی اتیلن(PE) حین آزمون فروروی بوده است. نتایج آزمایشات نشان دادند که با افزایش نانو ذرات کربنات کلسیم تا 5 درصد وزنی در نمونه ها، مقاومت در برابر نفوذ فرورونده در ماده افزایش یافت. اما، با افزایش مقدار کربنات کلسیم به بیش از 5 درصد وزنی، احتمال آگلومره شدن آنها افزایش یافته و درنتیجه، مقاومت ماده در برابر نفوذ فرورونده کاهش می یابد. ناحیه تغییرشکل مومسان تشکیل شده در اطراف سوراخ ناشی از نفوذ فرورونده، با افزایش درصد وزنی نانو ذرات پرکننده تا 5/7 درصد وزنی، افزایش یافت. با افزایش درصد وزنی کربنات کلسیم به بیش از 5 درصد در نمونه ها، مقاومت در برابر فروروی کاهش یافته و در اطراف نواحی نفوذ فرورونده ترک ایجاد می شود. برای بررسی مکانیزم شکست در نمونه های نانوکامپوزیتی از میکروسکوپ الکترونی روبشی استفاده شد. تصاویر مربوط به سطح شکست حاکی از آگلومره شدن نانوذرات کربنات کلسیم در نمونه های با بیش از 5 درصد وزنی و جوانه زنی ترک در آنها می باشند. همین امر سبب کاهش مقاومت در برابر نفوذ فرورونده در نمونه های با مقادیر بالای کربنات کلسیم می شوند.
  • آرش عظیمی دستگردی، فخرالدین اشرفی زاده، محمدرضا طرقی نژاد، فرهاد شهریاری، حمید زهرایی صفحه 51
    در این مقاله نقاط فاقد پوشش ایجاد شده روی ورق گالوانیزه به عنوان یک عیب رایج مورد مشخصه یابی متالورژیکی قرار گرفته و تاثیر آن بر مقاومت خوردگی و خواص مکانیکی ورق ارزیابی شده است. کیفیت سطح پوشش و مشخصات ریزساختاری آن به وسیله میکروسکوپ الکترونی مجهز به سامانه تحلیل شیمیایی بررسی شد. یافته های تحقیق نشان داد که دلیل عمده بروز عیب، تر نشدن کامل سطح فولاد توسط مذاب روی است که این خود به دلیل تمیزکاری ناکافی ورق پایه، عملیات حرارتی نامناسب و یا عدم کنترل ترکیب شیمیایی حمام اتفاق می افتد. رفتار خوردگی با استفاده از آزمون پاشش نمک و خواص کششی با استفاده از آزمون کشش تعیین شد. نتایج نشان داد که زمان رسیدن به شوره قرمز نمونه های دارای عیب در مقایسه با نمونه های سالم بسیار سریعتر و در بازه ای بین 20 تا 120 ساعت متغیر است. آزمون کشش نمونه های دارای فاقد پوشش در مقایسه با نمونه های سالم تغییر چندانی در خواص مکانیکی این ورقها نشان نداد.
  • سید محمد صادق نوربخش، سید محمد عترتی خسروشاهی صفحه 61
    نانوپوسته های طلا نوع تازه ای از نانوذرات اند که شامل یک هسته سیلیکایی و یک پوسته طلا هستند. با تغییر قطر هسته وضخامت پوسته ونسبت این دو پارامتر می توان ویژگی های نوری نانوپوسته ها را به گونه ای تنظیم کرد که در بازه طیف مرئی تا فروسرخ نزدیک بیشترین جذب را داشته باشد. هدف از این تحقیق، ساخت و مشخصه یابی نانوپوسته های طلا برای کاربردهای پزشکی و به ویژه برای لحیم کاری لیزری پوست بود. برای ساخت نانوپوسته های طلا روش استوبر1 به کار رفت. نانوپوسته های طلا با دو ترکیب گوناگون مواد اولیه ساخته و با استفاده از تحلیلهای طیف سنجی فرابنفش- مرئی2، طیف سنجی فروسرخ (FTIR)، پراش پرتو ایکس (XRD) و میکروسکوپی نیروی اتمی (AFM) ویژگی یابی شدند. نتایج طیف سنجی فروسرخ اتصال گروه های آمینی به سطح هسته سیلیکا را به اثبات رساند. طیف جذبی بین 470 تا nm600 یا قله جذب بین 530 تا nm560 برای نمونه های نانوپوسته دیده شد. بر اساس پراش پرتو ایکس نیز سه قله (111)، (200)و (220) که نشان دهنده وجود طلاست قابل تشخیص بود. میکروسکوپی نیروی اتمی نیز نشان داد که قطر نانوپوسته های ساخته شده در حدود nm 100 وضخامت لایه طلا حدود nm 10 است.نتایج طیف جذبی مرئی- فرابنفش نشان می دهد که این نانوپوسته را می توان همراه با لیزرهای مرئی مانند لیزر آرگون و لیزرهای فروسرخ مانند لیزر دیود برای کاربردهای پزشکی مورد استفاده قرار داد.
  • حمیدرضا صالحی، سید محمدرضا خلیلی صفحه 69
    دراین تحقیق رفتار گرمایی و مکانیکی رزین فنولیک دمابالا با قابلیت کربن دهی، مورد بررسی قرار گرفته است. از این رزین به عنوان زمینه در ساخت کامپوزیت کربن/کربن استفاده می شود. ابتدا برای پلیمر شدن این رزین، چند سیکل مختلف تا دمای 180 درجه سانتی گراد بر روی رزین اعمال شده و نمونه های حاصل توسط آزمون تست خمش آزمایش شده اند. با توجه به سیکلی که مستحکمترین نمونه اولیه را ایجاد کرده است، نمونه های دیگری ساخته شده و با آزمون اکسید شدن، بررسی شده اند. نمونه ها در دماهای مختلف درون کوره قرار گرفته و در زمانهای مختلف کاهش وزن آنها به دست آمده است. نتایج نشان می دهد که زمینه فنولیک توانایی تحمل دمای 350 درجه سانتی گراد را در محیط اکسیدی داراست. به منظور بررسی قابلیت کربن دهی رزین فنولیک، چهار سیکل گرمایی تا دمای 1100 درجه سانتی گراد تحت اتمسفر خنثی بر روی نمونه اولیه اعمال شده و کاهش وزن زمینه، اندازه گیری شده است. رفتار اکسید شوندگی زمینه کربنی در دو نرخ گرما دهی متفاوت و دماهای مختلف بررسی شده است. نتایج نشان می دهد که زمینه کربنی در محیط اکسیدی تا 550 درجه سانتی گراد، پایداری گرمایی مناسبی را از خود نشان می-دهد. ریزساختار نمونه های ساخته شده به وسیله تحلیل SEM مورد بررسی قرار گرفته است. در مرحله بعد، اثر افزودن ذرات SiC میکرونی در زمینه ی فنولیک و کربنی بررسی شده است. نتایج نشان می دهد که با افزودن ذرات میکرونی SiC به زمینه، استحکام افزایش یافته و تخلخل نمونه ها، کاهش می یابد.
|
  • M.H. Fathi, A. Hanifi, S.I. Roohani Esfahani Page 1
    Due to its biocompatibility, bioactivity and high durability properties, hydroxyapatite (HA) has a wide range of applications in medical cases such as bone defect treatment and bone tissue regeneration. Biological apatite as the most important integrity of the mineral part of hard tissues consists of tiny hydroxyapatite crystals in nanoregime. It seems that using the artificial hydroxyapatite with similar structure and chemical composition to biological apatite could increase its durability inside the natural hard tissues. The aim of the present work was the synthesis of nano structured hydroxyapatite via different routes, comparison of their characterization and enhancement of the bioactivity and bioresorbability of prepared hydroxyapatite by controlling its crystal size and chemical composition. Nano structured hydroxyapatite was prepared by mechanical activation and sol-gel routes. X-ray diffraction technique (XRD), Fourier transform infra red spectroscopy (FTIR) and transmission electron microscopy (TEM) were used to characterize the prepared hydroxyapatite powders. The synthesized powder was soaked in simulated body fluid (SBF) for various periods of time in order to evaluate its bioresorbability and bioactivity after immersion in SBF. Atomic absorption spectroscopy (AAS) was used to determine the dissolution rate of calcium ions in SBF media. Results showed that the mechanical activation prepared HA powder had nano scale structure with mean size of 29 nm and the sol gel prepared HA powder had nano scale structure with mean size of 25 nm. Ionic dissolution rate of prepared nano structured powders was higher than the conventional HA (with micron size) and were similar to biological apatite. It could be concluded that bioactivity behavior of hydroxyapatite powder is affected by its crystalline size. By using the nano structure HA powder with less than 50 nm crystalline size, the optimum bioactivity and bioresorbability would be achieved.
    Keywords: Hydroxyapatite, Nano structure, Mechanical activation, Sol, gel, Bioactivity, Bioresorbability
  • M. Godarzi, A. Saidi Page 13
    In recent years, much research in the field of advanced materials synthesis using the mechanochemical process has been performed. In this study, Al2O3-TiN nanocomposite was produced by the mechanochemical method and using inexpensive material TiO2 (instead of pure titanium which is too expensive). Also, aluminum and titanium oxide powders were used as raw materials. Milling under N2 atmosphere with 5 atmospheric pressure was performed and the products were evaluated by the SEM and XRD. Milling results showed that in the first stage of the synthesis process, titanium oxide is reduced by aluminum and the process continues, producing titanium reaction with nitrogen. When the Al/TiO2 ratio molar is equal to 1.2 and 1.3, after 20 hours of milling, TiN peaks in the XRD appears. Moreover, the results showed that milling leads to the formation of fine and spherical particles.
    Keywords: ceramic matrix composites, titanium nitride, alumina nanocomposite, titanium nitride, mechanochemical
  • H. Omidvar, B. Fallah Ghanbary, M. Tamizifar Page 23
    In this paper, plastic flow behavior and micro structural evolution of Ti-6Al-4V alloy in temperature range of 750-1050 °C and strain rate range of 0.001-0.1 (S-1) in isotherm compression condition were investigated. The purpose was to estimate activation energy of globularization of lamellar structure and analyze this process kinetically. True Stress-strain curves obtained at the temperatures below 950 °C indicate a limited amount of flow softening imputed to a dynamic recrystallization occuring at about 950 °C. In contrast, at higher temperatures, the flow stress increases linearly with plastic strain until at temperatures about 1015°C where flow stress becomes nearly independent of the temperature. By analyzing flow stress data via Zener-Hol-lomon and sellars equation, Q activation energy of dynamic recrystallization was estimated and structural equation of plastic flow was obtained, whixh were comparable to results raeched by other investigators.
    Keywords: Ti, 6Al, 4, Kinetic analysis, isothermal forging, globularization
  • F. Hosseinabadi, S. M. Zebarjad, M. Mazinani, V. Kiani, H. R. Pourreza Page 37
    In this article, the role of nano-size calcium carbonate in penetration resistance of medium- density polyethylene (PE) was investigated through experiments. In order to study the penetration resistance of PE and its nanocomposites,perforation test was carried out. The results of tests showed that penetration resistance depends strongly on calcium carbonate amount. As a matter of fact, addition of CaCO3 to PE increases resistance against penetration as CaCO3 amount reaches to 5 percent of weight. Stereomicroscope was used to evaluate the damage and plastic zone around the perforated area in all the samples including neat polyethylene and its nanocomposites. The plastic zone was measured using an image analysis as an effective technique. The results of image analysis techniques proved that the addition of calcium carbonate to PE makes a damaged zone around the perforated area. The results of microscopic evaluations showed that the area of plastic zone rises as the amount of calcium carbonate increases up to 7.5 percent of weight. By increasing the amount of CaCO3, resistance against penetration decreases more and some micro cracks appear around the perforated area. For further clarification of the fracture mechanism of MDPE nanocomposites, scanning electron microscopy was employed. Fracture surface images showed that when calcium carbonate is higher than 5 percent of weight, agglomeration of nanoparticles occurs, resulting in lower resistance against penetration to the samples.
    Keywords: nanocomposite, polyethylene, calcium carbonate, shear yielding, perforation test
  • A. Azimi Dastgerdi, F. Ashrafizadeh, M. R. Toroghinejad, F. Shahriari, H. Zahraei Page 51
    In this paper, bare spot defects in hot-dip galvanized sheets were studied in terms of the microstructure and their influence on the corrosion and mechanical properties. Surface characteristics and microstructural features were examined by scanning electron microscopy equipped with energy dispersive spectroscopy microanalysis system. The results showed that the major cause of the bare spots was the lack of wetability of the sheet surface due to contamination, improper heat treatment or chemical composition. Corrosion resistance was evaluated by standard salt spray test. Mechanical properties were examined by tensile testing. The time to red rust was much shorter on the bare spots as compared to other regions, but it appeared that bare spot defects had no significant effect on the mechanical properties of the galvanized steel sheets.
    Keywords: hot dip galvanizing, bare spot, surface defects, salt spray test, corrosion resistance
  • M.S. Nourbakhsh, M.E. Khosroshahi Page 61
    Gold nanoshells are a new type of nanoparticles including dielectric cores with a continuous thin layer of gold. By varying the core diameter, shell thickness, and the ratio of these parameters, the optical properties of gold nanoshells can be tuned to have maximum absorption in the visible and near infrared spectrum range. The purpose of this research was to synthesize gold coated SiO2 nanoshells for biomedical applications particularly laser tissue soldering. Nanoshells were synthesized using Stober method. The nanoshells were characterized by Fourier transform infrared spectroscopy, X-ray diffraction, UV-visible spectroscopy and atomic force microscopy. The Fourier transform infrared spectroscopy confirmed the functionalization of the surfaces of silica nanoparticles with NH2 terminal groups. A tunable absorption was observed between 470-600 nm with a maximum range of 530-560 nm. Based on the X-ray diffraction, three main peaks of Au (111), (200) and (220) were identified. Also, atomic force microscopy results showed that the diameter of silica core was about 100 nm and the thickness of gold shell about 10 nm. This result showed that it is possible to use these nanoshells with visible and infrared lasers for biomedical applications.
    Keywords: gold nanoshells, synthesis, characterization, biomedical applications
  • H.R. Salehi, S.M.R. Khalili Page 69
    In the present work, thermal and mechanical behaviors of phenolic resin are investigated. This polymer can be used as a matrix for carbon-carbon composites. To find out the best heating process, five different cycles are used for curing the polymer and flexural strength of the specimens are obtained. The cycle with maximum strength is used for the next steps. Then,the oxidation behavior of specimens is studied at different temperatures. The results show that the polymer can withstand temperature about 350°C without significant weight changes. Carbonization of phenolic resin is studied by four different cycles at 1100°C. Oxidation of carbon obtained from carbonization cycle is analyzed extensively and shows no weight change until 550°C. The microstructure of specimens is also investigated by SEM. By additining SiC micro particles to phenolic polymer, the strength change is achieved.
    Keywords: phenolic resin, high temperature composite, oxidation test, polymer pyrolysis, C, C composite