بررسی اثر نانو ذرات آلومینایی و میکرو ذرات تیتانیومی بر ریزساختار و خواص مکانیکی سرامیک های هیدروکسی آپاتیتی به روش تاگوچی
چکیده
هیدروکسی آپاتیت اصلی ترین جزء مینرالی تشکیل دهنده استخوان و دندان است. اما، خواص مکانیکی ضعیف آن در حالت تک فاز، کاربردهای قطعات ساخته شده برای استفاده به عنوان استخوان تحت بار را به شدت محدود کرده است. در این پژوهش از نانوذرات آلومینا و میکروذرات تیتانیم به منظور بهبود خواص مکانیکی بدنه های هیدروکسی آپاتیتی استفاده شده و اثر حضور آلومینا و تیتانیم بر خواص مکانیکی و ریزساختار هیدروکسی آپاتیت مورد بررسی قرار گرفته است. پس از سنتز هیدروکسی آپاتیت به روش همرسوبی، آنالیز پراش پرتو ایکس بر روی مواد اولیه انجام شده و شکل و اندازه ذرات آلومینا و تیتانیم با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی مورد بررسی قرار گرفت. پس از طراحی آزمایش ها به روش تاگوچی و با استفاده از آرایه ارتوگونال l9، با در نظر گرفتن درصد آلومینا (3، 5 و 7 درصد وزنی)، درصد تیتانیم (5، 10 و 15 درصد وزنی) و دمای زینتر کردن (1100، 1150 و 1200 درجه سانتیگراد) به عنوان فاکتورهای کنترل کننده، مواد اولیه در محیط استون با استفاده از بالمیل مخلوط شده و پس از خشک شدن، تحت پرس تک محوره و متعاقباً پرس ایزواستاتیک سرد با فشار 180 مگاپاسکال قرار گرفت. نتایج برای مشخصه های کیفیت درصد انقباض، درصد تخلخل های باز، درصد نسبی تجزیه، اندازه دانه، استحکام خمشی، سختی و چقرمگی به کمک روش های استاندارد و anova در تحلیل تاگوچی مورد بررسی و تجزیه و تحلیل قرار گرفته و ضمن تعیین سهم مجزای هر فاکتور برنتایج، شرایط بهینه برای هریک از مشخصه های کیفیت تعیین شد. محاسبات نشان داد در شرایط بهینه اندازه دانه های هیدروکسی آپاتیت 16/0±25/0 میکرومتر خواهد بود. استحکام خمشی بدنه ها نیز در شرایط بهینه برابر با 07/1±12/27 مگاپاسکال برآورد شد. همچنین، محاسبات نشان داده که سختی در شرایط بهینه برابر با hv 23/18±78/207 خواهد بود. چقرمگی قطعات زینتر شده در حالت بهینه نیز mpa.m1/2 10/0±42/2 برآورد شد. در پایان آزمون تأیید برای استحکام خمشی عنوان مهمترین مشخصه کیفیت انجام شد. علیرغم انحراف نتیجه آزمون تأیید از مقدار برآورد شده، عدد به دست آمده بالاترین مقدار برای استحکام خمشی بوده و بیشترین مقدار را نسبت به تمام نمونه ها اختیار کرد.