بررسی تاثیر جایگزینی CaO با CaF2 بر خواص زیست فعالی و استحکام فشاری شیشه سرامیک 45S5 سنتز شده از ضایعات شیشه سودا- لایم به روش حالت جامد
محورهای موضوعی : فصلنامه علمی - پژوهشی مواد نوینبابک هاشمی 1 , افسر نوروزیان 2
1 - استاد، بخش مهندسی مواد، دانشگاه شیراز، شیراز، ایران
2 - کارشناسی ارشد رشته مهندسی مواد، بخش مهندسی مواد، دانشگاه شیراز، شیراز، ایران
کلید واژه: استحکام فشاری, شیشه سرامیک 45S5, زیست سازکاری, شیشه سودا لایم,
چکیده مقاله :
چکیده مقدمه: در این تحقیق ابتدا شیشه سرامیکی با ترکیبی مشابه با شیشه سرامیک 45S5 به روش حالت جامد از ضایعات شیشه سود-لایم سنتز شد. سپس با جایگزینی فلوراید کلسیم به جای اکسید کلسیم با درصدهای وزنی مختلف، رفتار زیست فعالی این شیشه ها و همچنین استحکام مکانیکی آنها بررسی شد. روش: آنالیز فازی نمونهها پس از کلسینه کردن با آزمون پراش اشعه ایکس انجام شد. زیست فعالی نمونه ها با غوطه وری آنها در محلول شبیه سازی شده بدن برای در مدت زمانی مختلف و سپس اسکن سطح نمونه ها با میکروسکوپ الکترونی روبشی برای مشاهده و بررسی و مقایسه رسوبات تشکیل شده انجام گرفت. رسوبات تشکیل شده بر سطح نمونه ها همچنین توسط آنالیز پراش اشعه ایکس در زاویه های کوچک شناسایی گردیدند. چگالی و استحکام فشاری نمونه ها پس از عملیات تف جوشی به ترتیب به روش ارشمیدسی و آزمون فشار تعیین شد. یافته ها: نمودارهای پراش اشعه ایکس نمونههای شیشه ای که در دماهای مختلف تحت کلسیناسیون، قرار گرفته بودند فازهای بلوریNa2Ca2Si3O9 و CaNaPO4 را نشان دادند که دلالت بر تبدیل نمونه های کلسینه شده به شیشه سرامیک می باشد.آنالیز پراش پرتو ایکس نمونههای شیشه سرامیک با درصدهای مختلف کلسیم فلوراید که در دمای c°800 کلسینه شده بودند علاوه بر فازهای بلوری قبلی فاز Ca5F(PO4)3 را نیز نشان دادند در واقع با افزوده شدن کلسیم فلوراید به نمونهها، فاز فلوئورآپاتیت در نمونه ها تشکیل شده است. انالیز فازی رسوبات تشکیل شده بر روی سطح نمونه ها پس از قرارگیری در مایع شبیه سازی شده بدن فازهای فلوئورآپاتیتCa5F(PO4)3 ، هیدروکسی آپاتیت Ca5(PO4)3 (OH) و کلسیم اولترا فسفاتCa2P6O17 را مشخص نمودند که خاصیت زیست سازگاری مناسبی با بدن دارند نتیجه گیری: . نتایج نشان دادند که ساخت شیشه سرامیک ها به روش حالت جامد از شیشه ضایعاتی موفقیت آمیز بوده و با جایگزینی کلسیم فلوراید بجای اکسید کلسیم خواص زیست فعالی و استحکام فشاری نمونه ها افزایش یافته است.
Abstract Introduction: In this research, at first, glass ceramic with the same composition as 45S5 glass ceramic was synthesized by solid state method from soda lime glass waste. Then, by substituting calcium fluoride instead of calcium oxide with different weight percentages, the bioactivity behavior of these glasses and also their mechanical strength were investigated Methods: Phase analysis of the samples after calcination was done by X-ray diffraction. The bioactivity of the samples was investigated by immersing them in the simulated body solution for different periods of time and then scanning the surface of the samples with a scanning electron microscope to observe and compare the sediments formed. The sediments formed on the surface of the samples were also identified by X-ray diffraction analysis at small angles. After that, the density and compressive strength of the samples after sintering were determined by Archimedes method and pressure test, respectively. Findings: X-ray diffraction diagrams of glass samples subjected to calcination at different temperatures showed the crystalline phases of Na2Ca2Si3O9 and CaNaPO4, which indicates the transformation of the calcined samples into glass-ceramics. X-ray diffraction analysis of the samples with different percentages of calcium fluoride that were calcined at a temperature of 800°C showed the Ca5F(PO4)3 phase in addition to the previous crystalline phases. In fact, with the addition of calcium fluoride to the samples, the fluorapatite phase has been formed. Phase analysis of sediments formed on the surface of the samples after placing them in simulated body fluid determined the phases of fluorapatite Ca5F(PO4)3, hydroxyapatite Ca5(PO4)3 (OH) and calcium ultra-phosphate Ca2P6O17 which have the characteristic of biocompatibility with the body. The results showed that the synthesis of glass ceramics by the solid-state method from waste glass was successful and by substituting calcium fluoride instead of calcium oxide, the bioactive properties and compressive strength of the samples increased.
1- Fernandes, H. R., Gaddam, A., Rebelo, A., Brazete, D., Stan, G. E., & Ferreira, J. M. (2018). Bioactive glasses and glass-ceramics for healthcare applications in bone regeneration and tissue engineering. Materials, 11(12), 2530.
3-مارقوسیان، و. (1381). شیشه ساختار،خواص و کاربرد. تهران، ایران: مرکز انتشارات دانشگاه علم و صنعت.
16- Masjedi, M. R., & Hashemi, B. (2019). Investigation of Effect of Heat Treatment on Produced Phases in 45S5 Glass-Ceramics Synthesized in the Forms of Powder and Pellet, and Investigation of Their Bioactivity, Journal of New Materials, 9(34), 1-16
20- Lee, J., Hsu, C., & Wu, Y. (2001). Kinetic studies on devitrification of calcium phosphate glass with TiO2, Al2O3, and SiO2 additions. Thermochimica Acta, 367–368, 279-283.
25- Loh, Z. W., Hafiz, M. Zaid, M. & Cheong, W. M., (2022) Effect of CaF2/P2O5 ratios on physical and mechanical properties of novel CaO–Na2O–B2O3–SiO2 glasses, Journal of Physics and Chemistry of Solids, 171, 110991.
26- Prasad. S., Ganisetti, S. & Biswas, K. (2020) Elucidating the effect of CaF2 on structure, biocompatibility and antibacterial properties of S53P4 glass Journal of Alloys and Compounds, 831( 5), 154704.
_||_