أمثلية إضافة الزركونيا المثبتة جزئياً على متانة الكسر للهيدروكسيباتيت باستخدام الارتباط الرقمي للصور

الباحث

مريم ابراهيم عريبي كاطع

المشرف

محسن عباس اسود - محمد عاصي احمد الدجيلي

الجامعة

جامعة بابل

الكلية / القسم

كلية هندسة المواد / هندسة السيراميك ومواد البناء

الشهادة

ماجستير

السنة

2022

لغة الرسالة

انكليزي

الكلمات المفتاحية

Hydroxyapatite; Partially stabilized zirconia; Fracture toughness; Digital image correlation

تمت دراسة مادة الهيدروكسيباتيت نظرًا لتوافقها الحيوي الممتاز على نطاق واسع كمواد بديلة للعظام. يستخدم الهيدروكسيباتيت على نطاق واسع كمادة خزفية حيوية لزراعة الأنسجة الصلبة للإنسان لأنها تشبه تركيب العظام والأسنان إلى حد كبير. يقتصر استخدام الهيدروكسيباتيت على تطبيقات تحمل الأحمال المنخفضة نظرًا لخصائصه الميكانيكية الرديئة وخاصة متانة الكسر. في هذه الدراسة ، تم تحضير الهيدروكسيباتيت من عظم الفخذ البقري وذلك لكونه اقتصاديا وغير مضر للبيئة . وقد تم فحصه باستخدام حيود الأشعة السينية ، وتحليل حجم الحبيبي ، الأشعة تحت الحمراء. تم تصنيع المادة المركبة من خلال استخدام مسحوق الهيدروكسيباتيت كمادة اساس ودقائق نانوية من مسحوق الزركونيا المثبتة جزئيا بنسب (0%, 5%, 10% ,20% ) كمادة تقوية بطريقة ميتالورجيا المساحيق وذلك بكبس العينة تحت ضغط أحادي المحور ومُلبد عند 1250 درجة مئوية . بعد ذلك تم حساب الخواص الفيزيائية ( بالكثافة والمسامية) والخواص الميكانيكية ( مقاومة الانضغاط , صلادة فيكرز و مقاومة الانحناء ) للمركبات. تم استخدام اختبار الانحناء بثلاث نقاط وبحز مفرد لحساب سلوك الشق (نشوء الشق وتقدمه ) وذلك عن طريق تقنية الارتباط الرقمي للصور والتي اعطت نتائج جيدة . أظهرت النتائج التجريبية ان المركب ( HA/5wt.ZrO₂%) له أعلى قيمة من ناحية الخواص الفيزيائية والميكانيكية عن النسب الأخرى ، حيث كانت الكثافة (3 جم / سم³) مكعب ، مسامية (13٪) ، صلادة فيكرز(3.8GPa ) ، مقاومة الانضغاط (98 MPa) ، مقاومة الانحناء (43 MPa) ومتانة الكسر (1.1 MPa). كان تحول طور الزركونيا من طور رباعي الزوايا إلى طور أحادي الميل مسؤولاً عن آلية تقوية المركبات كنتيجة لوجود جزيئات الزركونيا التي عملت كعقبة أمام مقدمة الشق. تم تطبيق طريقة الخوارزمية الجينية للحصول على أمثليه (الكثافة والمسامية واعلى حمل) وأفضل نسبة لأضافه دقائق مسحوق الزركونيا. أظهرت النتائج أن أفضل قيمة دالة للكثافة (3.01 جم / سم ³) عند (3.9 ٪ ZrO₂) ، أفضل قيمة دالة للمسامية (6.05٪) عند (3.3 ٪ ZrO₂). بالإضافة إلى أفضل قيمة دالة لأعلى حمل (22.2) عند (5.1 ٪ ZrO₂).

Hydroxyapatite has been extensively explored as a bone replacement material due to its better biocompatibility. Because it closely resembles the bones and teeth, hydroxyapatite is commonly employed as a bioceramic material for human hard tissue implants. Because of its poor mechanical properties especially fracture toughness, synthetic hydroxyapatite is limited used in low-load bearing applications. In this study, Hydroxyapatite was prepared from bovine femur bone due to economically and environmentally preferable. It was characterized by X-Ray diffraction, particle size analysis, and Fourier transforms infrared Spectrometer. Hydroxyapatite with (5, 10,15, 20 wt% partial stabilized zirconia ) composite fabricated by powder technology method. The specimen was compacted under uniaxial pressing and sintered at 1250 C˚. The mechanical and physical properties of the composite samples were determined. Single edge notched beam test was used to study the crack opening, crack propagation, and fracture toughness using the powerful optical-numerical method, the digital image correlation technique. The experimental results showed that (HA/5wt.% PSZ) has the highest value in the physical and mechanical properties than other ratios .where, relative density was 3 g/cm³, porosity (13%), Vickers hardness (3.8GPa), compression strength (98MPa), bending strength (43 MPa) and fracture toughness (1.1 MPa.√m ). Phase transformation of zirconia from tetragonal phase to monoclinic phase was responsible for the toughening mechanism of the composites as a result of existing the zirconia particles that worked as an obstacle in front of the crack tip. The genetic algorithm method has been applied to obtain the optimum (density, porosity and critical load ) and the best contention of zirconia. The results have shown that the value of best fitness function for density (3.01 g/cm³) at (3.9 wt.%PSZ), for porosity (6.05%) at (3.3wt.%PSZ ) and for critical load (22.2) at (5.1 wt.%PSZ).

طلب نسخة من الملف

الملفات غير منشورة على الموقع. اترك بياناتك وسيتواصل معك موظفو قسم الشؤون الثقافية والفنون لإرسال النسخة مجاناً.

الاسم

رقم الهاتف

البريد الإلكتروني

الغرض من الطلب (اختياري)

إرسال الطلب