The role of mechanical energy to thermal synthesis of nanostructur (crystals) Beta-tricalcium phosphate Powder (β-TCP)

Subject Areas :

Niosha  Rafiaei ¹ (Advanced Materials Research Center, Faculty of Materials Engineering, Najafabaf Branch, Islamic Azad University, Najafabad, Iran)
Ebrahim  Karamian ² (Advanced Materials Research Center, Faculty of Materials Engineering, Najafabaf Branch, Islamic Azad University, Najafabad, Iran)

Received: 2015-09-05 Accepted : 2017-10-02 Published : 2017-08-23

Keywords: Mechanical activation, Nanostructure, Beta TCP, Thermal Synthesis,

Abstract :

In this Research, the mechanical activation process and thermal synthesis of solid-state method with the aim of optimize thermal energy are used for the preparation of nanostructured powder of beta-tricalcium phosphate (β-TCP). The process of mechanical activation on calcite and phosphorus Panta-oxide powders, 67 wt. % and 33 wt. % respectively are used in planetary ball mill for 10 hours. Next, the activated powder for thermal synthesis, is heated in two different temperatures, 900 ° C and 1000 ° C for 2 hours in furnace. Also, a sample of the raw materials that listed without mechanical activation process heated at 900 ° C for 2 hours. Samples structures are characterized by studies of XRD and SEM. for elemental analysis of Beta-tricalcium phosphate powder XRF method is used. To evaluate crystallite size (crystals), modified Scherrer method is used. Structural studies showed that activated samples at both temperature leading to formation of beta-tricalcium phosphate phase. Crystal size of samples are reported in a range of 40 to 70 nm. The result showed that energy transferred to the starting materials (11.2 MJ/g), causes the materials to be mechanically activated and leads to synthesis temperature reduces to 900 ˚C.

References:

 

[1]    M. Epple, K. Ganesan & R. Heumann, “Application of calcium phosphate nanoparticles in biomedicine,” Journal of Materials Chemistry, View at Publisher View at Google Scholar View at Scopus, Vol. 20, No. 1, pp. 18–23, 2010.

 

[2]    L. L. Hench & J. Wilson, “An Introduction to Bioceramicsˮ, World Scientific, 1993.

 

[3]    R. Z. LeGeros, “Calcium phosphate materials in restorative dentistry: a review”, Advances in Dental Research, View at Scopus, Vol. 2, No. 1, pp. 164–180, 1988.

 

[4]    L. L. Hench, “Bioceramics: from concept to clinic,” Journal of the American Ceramic Society, Vol. 74, pp. 1487–1510, 1991.

 

[5]      ن. رفیعی و ابراهیم کرمیان، "بررسی زیست فعالی نانو کامپوزیت آپاتیت طبیعی_دیوپساید متراکم سازی شده به روش سینترینگ دو مرحله ای جهت مصارف پزشکی"، فصلنامه علمی پژوهشی فرایند های نوین در مهندسی مواد، دوره 10، شماره 2، تابستان 1395، صفحه 97-103.

 

[6]      پ. رضوانیان، پایان نامه، تولید و مشخصه یابی فوم نانوکامپوزیت بتا-تری کلسیم فسفات – فورستریت، دانشگاه صنعتی، دانشکده مواد، 1391.

 

[7]    S. J. Kalita, B. Cium, A. hardwaj & H. B. hatt, A. Science, “Nanocrystalline calcium phosphates ceramics in biomedical engineeringˮ, Material Science and engineering, Vol. 27C, pp. 441-449, 2007.

 

[8]    R. W. N. Nilen & P. W. Richter, “The thermal stability of hydroxyapatite in biphasic calcium phosphate ceamicsˮ, Journal of Materials:Material in Medicine, Vol. 19, No. 4, pp. 1693-1702, 2008.

 

[9]    B. Chen, Z. Zhang, J. Zhang, Q. Lin & D. Jiang, “Fabrication and Mechanical properties of β-TCP piees by Gel-Casting methodˮ, Mechanical science and engineering, Vol. 28C, pp. 1052-1056, 2008.

 

[10] K. De Groot, “Clinical applications of Calcium phosphate biomaterials:A reviewˮ, Ceramic International, Vol 19, pp. 363-366, 1993.

 

[11] S. Tai, J. Y.Cheng, H. Ishii, Sh. Akimoto, T. Satoh, K. Yamamoto, T. Nakajima , S. Karaki, E. Suzuki, K. Yamaguchi & K. Maruyam, “Characterization of beta-tricalcium phosphate as a novel immunomodulatorˮ, International Immunopharmacology, Vol. 19, pp. 45–51, 2014.

 

[12]    م. خرازی ها، پایان نامه، تهیه و مشخصه یابی پودر نانومتری فورستریت به روش آلیاژسازی مکانیکی سل-ژل، دانشگاه صنعتی اصفهان، دانشکده مهندسی مواد، 1387.

 

[13] M. S. Eskandarany, “Mechanical alloying for fabrication of advanced materials,Norwich,New yorkˮ, William Andrew publishing, pp. 35-41, 2001.

 

[14] M. Abdellshi & M. Bahmanpour, “A novel Technology Minimizing the Synthesis time of Nano structured powders in planetary Millsˮ, Materials Research, Vol. 17, No. 3, pp. 7-22, 2014.

 

[15]    ا. منشی و س. سلطان عطار، " به کارگیری روشی نوین در اندازه گیری نانو ذرات با استفاده از رابطه شرر و پراش پرتو ایکس"، فصلنامه علمی تخصصی مهندسی مواد مجلسی، سال دوم، شماره ششم، ص. 18-9، پاییز 1387.

 

[16]    م. جلالی، ا. ع. نوربخش و ا. منشی، "اثر افزودنی نانو اسپینل آلومینا-منیزیا بر مقاومت هیدراتاسیون جرمهای ریختنی بدون سیمان منیزیایی"، فصلنامه علمی پژوهشی فرایند های نوین در مهندسی مواد ، دوره 9، شماره 2، ، صفحه 67-76، تابستان 1394.