تبليغاتX
sol-jel
بشر تا به امروز نتوانسته همه رموز این ماده را دریابد

اصول تکنولوژی سل –ژل میلیون ها سال است که در طبیعت به اثبات رسیده و دانشمندان این تکنولوژی را برای اهداف مورد نظر شان به خدمت گرفته اند.

در دهه های اخیر اصلاحاتی بر روی تکنولوژی سل-ژل انجام گرفته و آنرا به یک تکنو لوژی با ارزش تبدیل نموده است. فرایند سل-ژل روشی برای ساخت شیشه ها و سرامیک ها از طریق واکنش های شیمیایی و فیزیکی در درجه حرارت های پایین و استفاده از روش های سنتی سینترینگ و پرس گرم می باشد. مواد مورد استفاده در تکنولوژی های جدید و سرامیک های پیشرفته نیاز به خلوص بسیار بالا و کنترل دقیقی بر روی ترکیب شیمیایی و ساختار میکروسکوپی مواد سرامیکی دارد. در فرایند سل- ژل مواد شیمیایی بکار رفته به صورت مطلوبی طی عملیات تقطیر و کریستالیزاسیون خالص سازی می شوند و پوشش ها با خلوص بسیار بالا می توانند با این روش تولید شوند.

نکته کلیدی در روش سل-ژل دستیابی به یک سل پایدار می باشد که با کنترل پارامتر های مختلف می توان به این مورد دست رسی داشت . به بیان دیگر بدون دستیابی به یک سل پایدار با شرایط مناسب امکان ادامه فرایند سل-ژل وجود ندارد. با توجه به اینکه این فرایند نیاز مند به دقت بالایی است پارامترهای متعددی در پایداری و یا عدم پایداری سل تاثیر گذار است. از جمله این موارد می توان به میزان نسبت مولی مواد اولیه و آلکوکسید، آب الکل ، اسید و مواد اضافه شونده دیگر، میزان  pH محلول و نوع مواد اضافه شونده به محلول اشاره نمود. گروه های تحقیقاتی  زیادی در رابطه با تولید پوشش ها و پودرهای سرامیکی تیتانیا با روش سل-ژل  فعالیت نموده اند در بسیاری از این مقالات به نحوه پایدار سازی در فرایند سل-ژل اشاره ای نشده و تنها به ذکر چند نسبت مولی بسنده شده . این در حالی است که این مرحله از فرایند، مهمترین وکلیدی ترین مرحله تولید محصول با روش سل-ژل می باشد.

 

در این پروژه هدف رسیدن به یک پوشش بیو سرامیک است که لازم است بیوسرامیک وخواص آن شرح داه شود.

بیو سرامیک ها

چند هزار سال پیش بشر کشف کرد که می توان خاک رس را طی یک فرایند برگشت پذیر به وسیله حرارت دادن به ظرف سرامیکی تبدیل کرد. ظروف سرامیکی ، دانه های خوراکی را به مدت طولانی وبا کمترین خرابی حفظ می کرد. ظروف سرامیکی آب را با حداقل نشت در خود نگه می داشت و در برابر گرما مقاوم بود.

این تحول به اصطلاح عظیمی در کیفیت و طول عمر بشر به وجود آورد.

در خلال چهل سال گذشته نیز در استفاده وکاربرد سرامیک ها به منظور بهبود کیفی عمر بشر به وقوع پیوست. این تحول توسعه و گسترش طراحی و ساخت سرامیک ها برای درمان بیماری و بازسازی صدمات وارده بدن و ترمیم اعضا سایش یافته بر اثر حرکت است. سرامیک هایی که به این منظور استفاده می شود به بیو سرامیک موسوم است. اغلب کاربرد های کلینیکی بیو سرامیک ها مرتبط با سیستم اسکلت بدنف استخوان ها، مفاصل، دندانها و بازسازی یا بسط و افزایش بافت نرم وسخت است. بیو سرامیک ها همچنین برای جایگزینی قسمت هایی از سیستم قلب و گردش خون و به ویژه مصرف دریچه های قلبی مصرف می شود. ترکیب خاصی از شیشه ها نیز برای درمان غده ها به کار می رود. بیو سرامیک ها در انواع شکل ها با فازهای مختلف تولید می شوند و عملکرد متفاوتی در ترمیم بدن ارائه می کنند . در بسیاری از کاربردها سرامیک ها در شکل ماده ای تکه ای با شکل ویزه مصرف می شوند. که به آنها کاشتنی عضو مصنوعی یا وسایل اندام مصنوعی گفته می شود.

بیو سرامیک ها همچنین برای پر کردن فضا و جای خالی به کار می روند . در شرایط دیگر، سرامیک ها به صورت پوشش بر روی یک زیر لایه یا به صورت فاز ثانویه در یک ماده مرکب مورد استفاده قرار می گیرد تا خواص هر دو ماده تلفیق گردد و ماده جدیدی با خواص مکانیکی بالاتر و خواص شیمیایی زیستس بهتر فراهم گردد.

بیوسرامیک ها در شکلهای مختلفی ساخته می شوند . آنها می توانند به صورت تک بلور،چند بلور(آلومین یا هیدرکسی آپاتیت)، شیشه(شیشه زیستی)، سرامیک-شیشه(سرامیک-شیشه A/W) مواد مرکب( پلی اتیلن- هیدرکسی آپاتیت) باشند.فاز یا فازهای مصرفی به خواص و عملکرد و کاربرد مورد نظر بستگی دارند. برای مثال تک بلور به عنوان کاشتنی دندانی مصرف می شود زیرا استحکام زیادی دارد.

سرامیک-شیشه  برای جایگزینی مهرههای ستون فقرات بکار میرود زیرا استحکام زیادی دارند. شیشه های زیست فعال استحکام پایینی دارند اما به سرعت با استخوان پیون می خورند وبه همین دلیل برای بازسازی و بسط و توسعه رشد استخوان و ترمیم ضایعات مصرف می شوند.

تعداد اندکی از ترکیبات سرامیک کاربرد کلینیکی مناسب داشته اند، موفقیت کلینیکی نیاز به حصول همزمان یک فصل مشترک پایدار با بافت آگینی و یک تطابق و سازگاری عملی مناسب از نظر رفتار مکانیکی با بافتی که باید جایگزین ان شود ، دارد . تعداد اندکی از مواد این نیاز دو گانه را برای مصارف کلینیکی تامین می کنند.

 

 

 

 

 

 

 

 

       شکل

        فاز

       عملکرد

     پودر

       چند بلوری

      شیشه

 پر کننده فضا،درمان علامتی،خلق مجدد و بازسازی بافت ها

   پوشش

     چند بلوری

     شیشه

    شیشه-سرامیک

پیوند بافت،مقاوم در برابر انعقاد خون،حفاظت در برابر خوردگی

  تکه،قطعه

    تک بلور

    چند بلوری

    شیشه

   کامپوزیت سرامیک- 

   شیشه (چند فازی)

 

جایگزین سازی و بازسازی بافت،جایگزین کردن قسمت های عامل

 

انواع فصل مشترک بیو سرامیک-بافت

 

هیچ ماده ای وجود ندارد که به هنگام کاشت در بدن زنده خنثی باشد. تمام مواد مصرفی سبب پاسخ و واکنشی از جانب بافت میزبان می شوند. پاسخ در فصل مشترک بافت کاشتنی پدید می اید و به عوامل متعددی که در جدول ارائه شده بستگی دارد. عمومی ترین پاسخ وواکنش بافت ها به حضور یک کاشتنی ف تشکیل یک پوسته رشته ای یا کپسول فیبروزه غیر چسبنده در اطراف کاشتنی است.

بافت رشته ای لیفی به منظور دیوار کشی اطراف کاشتنی ومجزا سازی آن از محیط تشکیل می گردد. این پدیده یک مکانیزم دفاعی است . خامت لایه رشته ای به عواملی که در جدول  ارائه شده بستگی دارد.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

واکنش کاشتنی- بافت

نتیجه حاصل

سمی بودن

بافت می میرد

از نظر بیو لوژیکی تقریبا خنثی

بافت یک پوسته رشتها ای غیر چسبنده در اطراف کاشتنی تشکیل میدهد.

زیست فعال

بافت در سطح پیوندی با کاشتنی تشکیل می دهد

حل شدن کاشتنی

بافت جایگزین کاشتنی می شود

 

سرامیک ههای تقریبا خنثی واز نظر زیستی غیر فعال مثل اکسید آلمینیم (آلومین) و اکسید زیرکنیم (زیرکن) در فصل مشترک خود پوسته یا لیف رشته ای گسترش می دهند.

هنگامی که کاشتنی زیست فعال باشد،پیوندی در فصل مشترک بافت-کاشتنی پدید

می آید. پیوند تشکیل شده درسطح از جابجایی و حرکت بین دو ماده جلوگیری می کند و همانند نوعی از فصل مشترک است که هنگام ترمیم بافت های طبیعی توسط خود آن ها، تشکیل می شود. این نوع فصل مشترک نیاز به ماده ای دارد که اهنگ فعالیت شیمیایی کنترل شده ای داشته باشد. ویژگی مهم یک فصل مشترک زیست فعال این است که با زمان تغییر می کند ، درست همانگونه که بافت های طبیعی در حالت تعادل دینامیکی تغییر می کنند. وقتی که اهنگ تغییر فصل مشترک زیست فعال به اندازه کافی سریع باشد، ماده کاشتنی حل می شود یا جذب می گردد و توسط بافت اطراف جایگزین خواهد شد. محصولات حاصل از تجزیه و اضمحلال باید نوعی ترکیب شیمیایی باشد که خاصیت سمی نداشته و بتواند به اسانی و بدون ضایعه  بخشیدن به سلول ها به مصرف برسد.  مکانیزم تماس بافت با کاشتنی مستقیما مربوط به پاسخ بافت در فصل مشترک کاشتنی است. چهار نوع تماس بین بافت و انواع بیو سرامیک دردول ارائه شده است.

 

 

 

 

 

 

 

هیدرکسی آپاتیت

اولین بار در سال 1920 بهبود نقص استخوانی با استفاده از ترکیبات فسفات ککلسیم که به ترکیب سه گانه کلسیم فسفات معروف بود توسط آلبی گزارش شد. 50 سال بعد، لویت در سال 1969 روشی را برای تهیه یک  سرامیک آپاتیتی از مینرال معدنی فلوئور وآپاتیت ابداع وپیشنهاد کرد که این سرامیک می تواند در مصارف دندانی وپزشکی مورد استفاده قرار گیرد.

در سال 1971، کلارک و هابورد روشی را برای تهیه سرامیک های کلسیم فسفاتی از مواد اولیه تجاری پیشنهاد کردند. در همین سال، نری وهمکارانش برای اولین بار استفاده از سرامیک تری کلسیم فسفات یا TCP  را در مصارف پزشکی گزارش دادند

ااین سرامیک در حقیقت مخلوطی از بتا تری کلسیم فسفات(β-TCP,Ca3(po4)2 ( وهیدرکسی آپاتیت ( HA, Ca10(po4)6(OH)2) بود در اواسط سال 1975 سه گروه(جارکو در امریکا،دیگرویت ونیس در اروپا و آئوکی در ژاپن ) به طور هوزمان ولی جداگانه برای پیشرفت و تجاری کردن هیدرکسی اپاتیت به عنوان یک بیو ماده برای ترمیم و تعویض استخوان اسیب دیده شروع به انجام تحقیقات وسیعی کردند.

این تحقیقات بر اساس گزارش صمغ از پیوند شیمیایی استخوان وایجاد یک لایه غنی از فسفات کلسیم بر بر روی شیشه سرامیک زیست فعال انجام شد. هیدرکسی اپاتیت چگال یا ماکرو متخلخل با حفره هایی به بزرگی 5 میکرون تهیه می شود. هیدرکسی اپاتیت چگال دارای تخلخل 5 درصد حجمی با حفره هایی به قطر یک میکرون است .

 

ساختا و خواص هیدرکسی آپاتیت

وازه آپاتیت بیانگر خانواده ای از ترکیبات است که دارای ساختار یکسان هستند. ولی این ترکیبات دارای ضرورتا دارای ترکیب شیمیایی یکسان نیستند. از این رو اپاتیت یک توصیف می باشد و ترکیب شیمیایی نیست. هیدرکسی آپاتیت یا به طور دقیق تر کلسیم هیدرکسی اپاتیت دارای ترکیب مشخص (Ca10(po4)6(OH)2) و ساختار کریستالو گرافی مشخص است . موقعیت اتم ها در ساختا ر هیدرکسی آپاتت مینرالی ابتدا توسط بیورز و مکنیاید مشخص شد و پس از ساخت هیدرکسی آپاتیت به صورت مصنوعی ساختار ان به صورت دقیق تر توسط کارل وهمکارانش مورد بررسی قرار گرفت. هیدرکسی آپاتیت به ساختار هگزاگونال تعلق دارد. این سیستم یک محور درجه 6 (محورC ) ، عمود بر سه محور a (a1,a2,a3) با فواصل یکسان و زوایای 120 درجه نسبت به یکدیگر مشخص می شوند . کوچکترین واحد ساختمانی یا سلول واحد، نمایانگر یک کریستال آپاتیت کامل است که شامل گروه های در هم پکیده Ca,po4,OH در یک نظم مشخص می باشد.

اتم کلسیم بسته به محیط پیرامون خود ، متعلق به یکی از دسته های                       Ca(ІІ)      یا ( Ca(Іمی باشد . 4 اتم کلسییم موقعیت های Ca(І) را اشغال می کنند. دو اتم در سطح z=0 و دو اتم در    6 اتم کلسیم موقعیت های   را اشغال می کنند. یک گروه سه تایی اتم های کلسیم به صورت یک مثلث در     و گروه های سه تایی در     می باشند. که گروه های   واقع در گوشه های سلول واحد در   و   را احاطه کرده اند. 6 تتراهدر فسفات    در یک نظم مارپیچی از سطوح   تا    قرار دارند. شبکه گروه های فسفات اسکلت اصلی ساختار آپاتیت را تشکیل می دهد که موجب پایداری آن می شود، اکسیژن گروه های فسفات به صورت موقعیت های            تو صیف می شوند . نظم اتمی ساختار هایی نظیر         که فلوئر و کلر به ترتیب جانشین گروه های   در ساختار آپاتیت می شوند مشابه است.

 

 

 

بر طبق تحقیقات یانگ و الیوتف اتم های کلر و فلوئر در امتداد محور   در مرکز مثلث ها     قرار می گیرند ساختار اپاتیت ساختاری بسیار پذیرا است و امکان تعویض یونی بسیار زیادی را در ساختار خود می دهد. تعویض یونی در ساختار اپاتیت با گروه های کلسیم، فسفات و هیدرکسیل باعث ایجاد تغییراتی در ساختار آپاتیت می شود. برای مثال تغییر در پارامتر شبکه مورفولوژی و حلالیت در محیط های آبی . تعویض یونی در ساختار آپا تیت منجر به تغییرات زیادی در تقارن هگزاگونال نمیشود. هر چند که یانگ والیوت نشان دادند که تعویض یونی کلر به علت تغییر در مکان های کلر و افزایش طول سلول در راستای   منجر به کاهش شدید تقارن هگزاگونال و تبدیل شدن ان به منو کلینیک می شود.

ترکیب شیمیایی هیدرکسی آپاتیت چگال

هیدرکسی اپاتیت خالص دارای ترکیب شیمیایی تئوری 39.68 درصد وزنی کلسیم ،18.45  درصد وزنی فسفر و نسبت وزنی کلسیم به فسفر 2.151 و نسبت مولی مولی کلسیم به فسفر 1.67 می باشد.

هیدرکسی آپاتیت چگال تجاری یا غیر تجاری نسبت های متغییر  دارند که منعکس کننده نسبت بتا تری کلسیم به هیدرکسی اپاتیت در مواد سینتر شده است که به نوبه خود منعکس کننده خلوص( آیا تنها شامل فاز آپاتیت است یا مخلوطی با فازهای   )

و وجود نقص در کلسیم یا ترکیبت آپاتت قبل از سینترینگ می باشد. در مجموع مواره مقادیر بسیار اندک از عناصر ناخالصی از مواد اولیه شیمیایی حضور دارد. برخی از هیدرکسی اپاتیت های تجاری و غیر تجاری تا 10درصد وزنی شامل فاز بتا تری کلسیم فسفات همراه با هیدرکسی اپاتیت هستند. ترکیب شیمیایی هیدرکسی آپاتیت به خوبی توسط پراش پرتو ایکس، خلوص (یک فاز بودن یا چند فاز بودن ) درجه بلوری فاز هیدرکسی اپاتیت ، مقادیر نسبی سایر فازها و پارامترهای شبکه فازها را مشخص می کند.

اسپکتروسکوپی مادون قرمز اطلاعات تکمیلی برای نتایج    را فراهم می کند که شامل شناسایی فازهای اضافی و حضور یون های تعویضی نظیر کربنات فلوئر و ...

می باشد.انجام همزمان انالیزهای        و آنالیزهای شیمیایی اطلاعات جامعی از حضور یون ها ی تعویضی در ساختار هیدرکسی آپاتیت و حضور دیگر فازهای فسفات کلسیم را فراهم میکند.

 

 

 

 

 

 

 

 

مطابق استاندارد               ترکیب شیمیایی مطلوب برای هیدرکسی اپاتیت تجاری ترکیبی است که شامل 95 درصد هیدرکسی آپاتیت باشد که توسط انایز پراش پرتو ایکس ثابت می شود ماکزیمم غلظت عناصر ناخالصی محدود به مقادیر زیر می باشد.

                                                    و وزن فلزات سنگین نظیر سرب جمعا " برابر      باشد. هم چنین بتا تری کلسیم فسفات کمتر از    درصد حجمی باشد. خلوص، ترکیب شیمیایی و انازه ذرات آپاتیت آماده شده قبل از سینترینگ دما و شرایط سینترینگ بر نوع و میزان فازهای دیگر فسفات کلسیم و یا دیگر ترکیبات کلسیمی موجود همراه با هیدرکسی آپاتیت تاثیر گذار است. تعداد زیادی از روابط این عوامل تاثیر گذار است. تعداد زیادی از روابط این عوامل توسط دیاگرام های فازی دیگروت بیان شده است. دماهای سینترینگ گزارش شده است. دماهای سینترینگ گزارش شده برای    تجاری و غیر تجاری          درجه سانتی گراد می باشد. در این دامنه دمایی فسفات های همراه یا بدون حضور فاز اکسید کلسیم تشکیل شود.

هیدرکسی آپاتیت چگال یا متخلخل ، دارای الگوی پراش پراش پرتو ایکس شامل پیک هایی با پهنای کم و شدت بالا می باشد که این نشان دهنده درجه بالای بلوری مشابه مینرال آپاتیت می باشد. شکل        پارامترهایی شبکه                    مشابه مینرال هیدرکسی اپاتیت می باشد. مقادیر سایر فازهای کریستالی نظیر بتا تری کلسیم فسفات، آلفا تری کلسیم فسفات ، تترا کلسیم فسفات و اکسید کلسیم اگر بیشترتز یک درصد وزنی باشد توسط پراش پرتو ایکس شناسایی میشوند . طیف جذبی   برای هیدرکسی آپاتیت شامل باندهای جذب مشخصه گروه های             می باشد که نمایانگر گروه های هیدرکسیل وفسفات است       ر مقایسه با کریستال های سوزنی آپاتیت قبل از سینترینگ ، کریستال های سرامیک-هیدرکسی اپاتیت درشت ولوزی شکل هستند.

 

 

خواص انحلالی

انحلال هیدرکسی آپاتیت در محیط آزمایشگاهی وابسته به نوع و غلظت محلول بافر و غیر بافر ،  محلول ، درجه اشباع محلول ، نسبت جامد به محلول ، عمق معلق بودن و

 

+ نوشته شده در  2008/8/6ساعت   توسط لیلا حیدری  | 

 سل –ژل میلیون ها سال است که در طبیعت به اثبات رسیده و دانشمندان این تکنولوژی را برای اهداف مورد نظر شان به خدمت گرفته اند.

در دهه های اخیر اصلاحاتی بر روی تکنولوژی سل-ژل انجام گرفته و آنرا به یک تکنو لوژی با ارزش تبدیل نموده است. فرایند سل-ژل روشی برای ساخت شیشه ها و سرامیک ها از طریق واکنش های شیمیایی و فیزیکی در درجه حرارت های پایین و استفاده از روش های سنتی سینترینگ و پرس گرم می باشد. مواد مورد استفاده در تکنولوژی های جدید و سرامیک های پیشرفته نیاز به خلوص بسیار بالا و کنترل دقیقی بر روی ترکیب شیمیایی و ساختار میکروسکوپی مواد سرامیکی دارد. در فرایند سل- ژل مواد شیمیایی بکار رفته به صورت مطلوبی طی عملیات تقطیر و کریستالیزاسیون خالص سازی می شوند و پوشش ها با خلوص بسیار بالا می توانند با این روش تولید شوند.

نکته کلیدی در روش سل-ژل دستیابی به یک سل پایدار می باشد که با کنترل پارامتر های مختلف می توان به این مورد دست رسی داشت . به بیان دیگر بدون دستیابی به یک سل پایدار با شرایط مناسب امکان ادامه فرایند سل-ژل وجود ندارد. با توجه به اینکه این فرایند نیاز مند به دقت بالایی است پارامترهای متعددی در پایداری و یا عدم پایداری سل تاثیر گذار است. از جمله این موارد می توان به میزان نسبت مولی مواد اولیه و آلکوکسید، آب الکل ، اسید و مواد اضافه شونده دیگر، میزان  pH محلول و نوع مواد اضافه شونده به محلول اشاره نمود. گروه های تحقیقاتی  زیادی در رابطه با تولید پوشش ها و پودرهای سرامیکی تیتانیا با روش سل-ژل  فعالیت نموده اند در بسیاری از این مقالات به نحوه پایدار سازی در فرایند سل-ژل اشاره ای نشده و تنها به ذکر چند نسبت مولی بسنده شده . این در حالی است که این مرحله از فرایند، مهمترین وکلیدی ترین مرحله تولید محصول با روش سل-ژل می باشد.

 

در این پروژه هدف رسیدن به یک پوشش بیو سرامیک است که لازم است بیوسرامیک وخواص آن شرح داه شود.

بیو سرامیک ها

چند هزار سال پیش بشر کشف کرد که می توان خاک رس را طی یک فرایند برگشت پذیر به وسیله حرارت دادن به ظرف سرامیکی تبدیل کرد. ظروف سرامیکی ، دانه های خوراکی را به مدت طولانی وبا کمترین خرابی حفظ می کرد. ظروف سرامیکی آب را با حداقل نشت در خود نگه می داشت و در برابر گرما مقاوم بود.

این تحول به اصطلاح عظیمی در کیفیت و طول عمر بشر به وجود آورد.

در خلال چهل سال گذشته نیز در استفاده وکاربرد سرامیک ها به منظور بهبود کیفی عمر بشر به وقوع پیوست. این تحول توسعه و گسترش طراحی و ساخت سرامیک ها برای درمان بیماری و بازسازی صدمات وارده بدن و ترمیم اعضا سایش یافته بر اثر حرکت است. سرامیک هایی که به این منظور استفاده می شود به بیو سرامیک موسوم است. اغلب کاربرد های کلینیکی بیو سرامیک ها مرتبط با سیستم اسکلت بدنف استخوان ها، مفاصل، دندانها و بازسازی یا بسط و افزایش بافت نرم وسخت است. بیو سرامیک ها همچنین برای جایگزینی قسمت هایی از سیستم قلب و گردش خون و به ویژه مصرف دریچه های قلبی مصرف می شود. ترکیب خاصی از شیشه ها نیز برای درمان غده ها به کار می رود. بیو سرامیک ها در انواع شکل ها با فازهای مختلف تولید می شوند و عملکرد متفاوتی در ترمیم بدن ارائه می کنند . در بسیاری از کاربردها سرامیک ها در شکل ماده ای تکه ای با شکل ویزه مصرف می شوند. که به آنها کاشتنی عضو مصنوعی یا وسایل اندام مصنوعی گفته می شود.

بیو سرامیک ها همچنین برای پر کردن فضا و جای خالی به کار می روند . در شرایط دیگر، سرامیک ها به صورت پوشش بر روی یک زیر لایه یا به صورت فاز ثانویه در یک ماده مرکب مورد استفاده قرار می گیرد تا خواص هر دو ماده تلفیق گردد و ماده جدیدی با خواص مکانیکی بالاتر و خواص شیمیایی زیستس بهتر فراهم گردد.

بیوسرامیک ها در شکلهای مختلفی ساخته می شوند . آنها می توانند به صورت تک بلور،چند بلور(آلومین یا هیدرکسی آپاتیت)، شیشه(شیشه زیستی)، سرامیک-شیشه(سرامیک-شیشه A/W) مواد مرکب( پلی اتیلن- هیدرکسی آپاتیت) باشند.فاز یا فازهای مصرفی به خواص و عملکرد و کاربرد مورد نظر بستگی دارند. برای مثال تک بلور به عنوان کاشتنی دندانی مصرف می شود زیرا استحکام زیادی دارد.

سرامیک-شیشه  برای جایگزینی مهرههای ستون فقرات بکار میرود زیرا استحکام زیادی دارند. شیشه های زیست فعال استحکام پایینی دارند اما به سرعت با استخوان پیون می خورند وبه همین دلیل برای بازسازی و بسط و توسعه رشد استخوان و ترمیم ضایعات مصرف می شوند.

تعداد اندکی از ترکیبات سرامیک کاربرد کلینیکی مناسب داشته اند، موفقیت کلینیکی نیاز به حصول همزمان یک فصل مشترک پایدار با بافت آگینی و یک تطابق و سازگاری عملی مناسب از نظر رفتار مکانیکی با بافتی که باید جایگزین ان شود ، دارد . تعداد اندکی از مواد این نیاز دو گانه را برای مصارف کلینیکی تامین می کنند.

 

 

 

 

 

 

 

 

       شکل

        فاز

       عملکرد

     پودر

       چند بلوری

      شیشه

 پر کننده فضا،درمان علامتی،خلق مجدد و بازسازی بافت ها

   پوشش

     چند بلوری

     شیشه

    شیشه-سرامیک

پیوند بافت،مقاوم در برابر انعقاد خون،حفاظت در برابر خوردگی

  تکه،قطعه

    تک بلور

    چند بلوری

    شیشه

   کامپوزیت سرامیک- 

   شیشه (چند فازی)

 

جایگزین سازی و بازسازی بافت،جایگزین کردن قسمت های عامل

 

انواع فصل مشترک بیو سرامیک-بافت

 

هیچ ماده ای وجود ندارد که به هنگام کاشت در بدن زنده خنثی باشد. تمام مواد مصرفی سبب پاسخ و واکنشی از جانب بافت میزبان می شوند. پاسخ در فصل مشترک بافت کاشتنی پدید می اید و به عوامل متعددی که در جدول ارائه شده بستگی دارد. عمومی ترین پاسخ وواکنش بافت ها به حضور یک کاشتنی ف تشکیل یک پوسته رشته ای یا کپسول فیبروزه غیر چسبنده در اطراف کاشتنی است.

بافت رشته ای لیفی به منظور دیوار کشی اطراف کاشتنی ومجزا سازی آن از محیط تشکیل می گردد. این پدیده یک مکانیزم دفاعی است . خامت لایه رشته ای به عواملی که در جدول  ارائه شده بستگی دارد.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

واکنش کاشتنی- بافت

نتیجه حاصل

سمی بودن

بافت می میرد

از نظر بیو لوژیکی تقریبا خنثی

بافت یک پوسته رشتها ای غیر چسبنده در اطراف کاشتنی تشکیل میدهد.

زیست فعال

بافت در سطح پیوندی با کاشتنی تشکیل می دهد

حل شدن کاشتنی

بافت جایگزین کاشتنی می شود

 

سرامیک ههای تقریبا خنثی واز نظر زیستی غیر فعال مثل اکسید آلمینیم (آلومین) و اکسید زیرکنیم (زیرکن) در فصل مشترک خود پوسته یا لیف رشته ای گسترش می دهند.

هنگامی که کاشتنی زیست فعال باشد،پیوندی در فصل مشترک بافت-کاشتنی پدید

می آید. پیوند تشکیل شده درسطح از جابجایی و حرکت بین دو ماده جلوگیری می کند و همانند نوعی از فصل مشترک است که هنگام ترمیم بافت های طبیعی توسط خود آن ها، تشکیل می شود. این نوع فصل مشترک نیاز به ماده ای دارد که اهنگ فعالیت شیمیایی کنترل شده ای داشته باشد. ویژگی مهم یک فصل مشترک زیست فعال این است که با زمان تغییر می کند ، درست همانگونه که بافت های طبیعی در حالت تعادل دینامیکی تغییر می کنند. وقتی که اهنگ تغییر فصل مشترک زیست فعال به اندازه کافی سریع باشد، ماده کاشتنی حل می شود یا جذب می گردد و توسط بافت اطراف جایگزین خواهد شد. محصولات حاصل از تجزیه و اضمحلال باید نوعی ترکیب شیمیایی باشد که خاصیت سمی نداشته و بتواند به اسانی و بدون ضایعه  بخشیدن به سلول ها به مصرف برسد.  مکانیزم تماس بافت با کاشتنی مستقیما مربوط به پاسخ بافت در فصل مشترک کاشتنی است. چهار نوع تماس بین بافت و انواع بیو سرامیک در جدول ارائه شده است.

+ نوشته شده در  2008/8/5ساعت   توسط لیلا حیدری  | 

اصول تکنولوژی سل –ژل میلیون ها سال است که در طبیعت به اثبات رسیده و دانشمندان این تکنولوژی را برای اهداف مورد نظر شان به خدمت گرفته اند.

در دهه های اخیر اصلاحاتی بر روی تکنولوژی سل-ژل انجام گرفته و آنرا به یک تکنو لوژی با ارزش تبدیل نموده است. فرایند سل-ژل روشی برای ساخت شیشه ها و سرامیک ها از طریق واکنش های شیمیایی و فیزیکی در درجه حرارت های پایین و استفاده از روش های سنتی سینترینگ و پرس گرم می باشد. مواد مورد استفاده در تکنولوژی های جدید و سرامیک های پیشرفته نیاز به خلوص بسیار بالا و کنترل دقیقی بر روی ترکیب شیمیایی و ساختار میکروسکوپی مواد سرامیکی دارد. در فرایند سل- ژل مواد شیمیایی بکار رفته به صورت مطلوبی طی عملیات تقطیر و کریستالیزاسیون خالص سازی می شوند و پوشش ها با خلوص بسیار بالا می توانند با این روش تولید شوند.

نکته کلیدی در روش سل-ژل دستیابی به یک سل پایدار می باشد که با کنترل پارامتر های مختلف می توان به این مورد دست رسی داشت . به بیان دیگر بدون دستیابی به یک سل پایدار با شرایط مناسب امکان ادامه فرایند سل-ژل وجود ندارد. با توجه به اینکه این فرایند نیاز مند به دقت بالایی است پارامترهای متعددی در پایداری و یا عدم پایداری سل تاثیر گذار است. از جمله این موارد می توان به میزان نسبت مولی مواد اولیه و آلکوکسید، آب الکل ، اسید و مواد اضافه شونده دیگر، میزان  pH محلول و نوع مواد اضافه شونده به محلول اشاره نمود. گروه های تحقیقاتی  زیادی در رابطه با تولید پوشش ها و پودرهای سرامیکی تیتانیا با روش سل-ژل  فعالیت نموده اند در بسیاری از این مقالات به نحوه پایدار سازی در فرایند سل-ژل اشاره ای نشده و تنها به ذکر چند نسبت مولی بسنده شده . این در حالی است که این مرحله از فرایند، مهمترین وکلیدی ترین مرحله تولید محصول با روش سل-ژل می باشد.

 

در این پروژه هدف رسیدن به یک پوشش بیو سرامیک است که لازم است بیوسرامیک وخواص آن شرح داه شود.

بیو سرامیک ها

چند هزار سال پیش بشر کشف کرد که می توان خاک رس را طی یک فرایند برگشت پذیر به وسیله حرارت دادن به ظرف سرامیکی تبدیل کرد. ظروف سرامیکی ، دانه های خوراکی را به مدت طولانی وبا کمترین خرابی حفظ می کرد. ظروف سرامیکی آب را با حداقل نشت در خود نگه می داشت و در برابر گرما مقاوم بود.

این تحول به اصطلاح عظیمی در کیفیت و طول عمر بشر به وجود آورد.

در خلال چهل سال گذشته نیز در استفاده وکاربرد سرامیک ها به منظور بهبود کیفی عمر بشر به وقوع پیوست. این تحول توسعه و گسترش طراحی و ساخت سرامیک ها برای درمان بیماری و بازسازی صدمات وارده بدن و ترمیم اعضا سایش یافته بر اثر حرکت است. سرامیک هایی که به این منظور استفاده می شود به بیو سرامیک موسوم است. اغلب کاربرد های کلینیکی بیو سرامیک ها مرتبط با سیستم اسکلت بدنف استخوان ها، مفاصل، دندانها و بازسازی یا بسط و افزایش بافت نرم وسخت است. بیو سرامیک ها همچنین برای جایگزینی قسمت هایی از سیستم قلب و گردش خون و به ویژه مصرف دریچه های قلبی مصرف می شود. ترکیب خاصی از شیشه ها نیز برای درمان غده ها به کار می رود. بیو سرامیک ها در انواع شکل ها با فازهای مختلف تولید می شوند و عملکرد متفاوتی در ترمیم بدن ارائه می کنند . در بسیاری از کاربردها سرامیک ها در شکل ماده ای تکه ای با شکل ویزه مصرف می شوند. که به آنها کاشتنی عضو مصنوعی یا وسایل اندام مصنوعی گفته می شود.

بیو سرامیک ها همچنین برای پر کردن فضا و جای خالی به کار می روند . در شرایط دیگر، سرامیک ها به صورت پوشش بر روی یک زیر لایه یا به صورت فاز ثانویه در یک ماده مرکب مورد استفاده قرار می گیرد تا خواص هر دو ماده تلفیق گردد و ماده جدیدی با خواص مکانیکی بالاتر و خواص شیمیایی زیستس بهتر فراهم گردد.

بیوسرامیک ها در شکلهای مختلفی ساخته می شوند . آنها می توانند به صورت تک بلور،چند بلور(آلومین یا هیدرکسی آپاتیت)، شیشه(شیشه زیستی)، سرامیک-شیشه(سرامیک-شیشه A/W) مواد مرکب( پلی اتیلن- هیدرکسی آپاتیت) باشند.فاز یا فازهای مصرفی به خواص و عملکرد و کاربرد مورد نظر بستگی دارند. برای مثال تک بلور به عنوان کاشتنی دندانی مصرف می شود زیرا استحکام زیادی دارد.

سرامیک-شیشه  برای جایگزینی مهرههای ستون فقرات بکار میرود زیرا استحکام زیادی دارند. شیشه های زیست فعال استحکام پایینی دارند اما به سرعت با استخوان پیون می خورند وبه همین دلیل برای بازسازی و بسط و توسعه رشد استخوان و ترمیم ضایعات مصرف می شوند.

تعداد اندکی از ترکیبات سرامیک کاربرد کلینیکی مناسب داشته اند، موفقیت کلینیکی نیاز به حصول همزمان یک فصل مشترک پایدار با بافت آگینی و یک تطابق و سازگاری عملی مناسب از نظر رفتار مکانیکی با بافتی که باید جایگزین ان شود ، دارد . تعداد اندکی از مواد این نیاز دو گانه را برای مصارف کلینیکی تامین می کنند.

هیچ ماده ای وجود ندارد که به هنگام کاشت در بدن زنده خنثی باشد. تمام مواد مصرفی سبب پاسخ و واکنشی از جانب بافت میزبان می شوند.

سرامیک ههای تقریبا خنثی واز نظر زیستی غیر فعال مثل اکسید آلمینیم (آلومین) و اکسید زیرکنیم (زیرکن) در فصل مشترک خود پوسته یا لیف رشته ای گسترش می دهند.

هنگامی که کاشتنی زیست فعال باشد،پیوندی در فصل مشترک بافت-کاشتنی پدید

می آید. پیوند تشکیل شده درسطح از جابجایی و حرکت بین دو ماده جلوگیری می کند و همانند نوعی از فصل مشترک است که هنگام ترمیم بافت های طبیعی توسط خود آن ها، تشکیل می شود. این نوع فصل مشترک نیاز به ماده ای دارد که اهنگ فعالیت شیمیایی کنترل شده ای داشته باشد. ویژگی مهم یک فصل مشترک زیست فعال این است که با زمان تغییر می کند ، درست همانگونه که بافت های طبیعی در حالت تعادل دینامیکی تغییر می کنند. وقتی که اهنگ تغییر فصل مشترک زیست فعال به اندازه کافی سریع باشد، ماده کاشتنی حل می شود یا جذب می گردد و توسط بافت اطراف جایگزین خواهد شد. محصولات حاصل از تجزیه و اضمحلال باید نوعی ترکیب شیمیایی باشد که خاصیت سمی نداشته و بتواند به اسانی و بدون ضایعه  بخشیدن به سلول ها به مصرف برسد.

+ نوشته شده در  2008/8/4ساعت   توسط لیلا حیدری  | 

اصول تکنولوژی سل –ژل میلیون ها سال است که در طبیعت به اثبات رسیده و دانشمندان این تکنولوژی را برای اهداف مورد نظر شان به خدمت گرفته اند.

در دهه های اخیر اصلاحاتی بر روی تکنولوژی سل-ژل انجام گرفته و آنرا به یک تکنو لوژی با ارزش تبدیل نموده است. فرایند سل-ژل روشی برای ساخت شیشه ها و سرامیک ها از طریق واکنش های شیمیایی و فیزیکی در درجه حرارت های پایین و استفاده از روش های سنتی سینترینگ و پرس گرم می باشد. مواد مورد استفاده در تکنولوژی های جدید و سرامیک های پیشرفته نیاز به خلوص بسیار بالا و کنترل دقیقی بر روی ترکیب شیمیایی و ساختار میکروسکوپی مواد سرامیکی دارد. در فرایند سل- ژل مواد شیمیایی بکار رفته به صورت مطلوبی طی عملیات تقطیر و کریستالیزاسیون خالص سازی می شوند و پوشش ها با خلوص بسیار بالا می توانند با این روش تولید شوند.

نکته کلیدی در روش س

+ نوشته شده در  2008/8/4ساعت   توسط لیلا حیدری  | 

اصول تکنولوژی سل –ژل میلیون ها سال است که در طبیعت به اثبات رسیده و دانشمندان این تکنولوژی را برای اهداف مورد نظر شان به خدمت گرفته اند.

در دهه های اخیر اصلاحاتی بر روی تکنولوژی سل-ژل انجام گرفته و آنرا به یک تکنو لوژی با ارزش تبدیل نموده است. فرایند سل-ژل روشی برای ساخت شیشه ها و سرامیک ها از طریق واکنش های شیمیایی و فیزیکی در درجه حرارت های پایین و استفاده از روش های سنتی سینترینگ و پرس گرم می باشد. مواد مورد استفاده در تکنولوژی های جدید و سرامیک های پیشرفته نیاز به خلوص بسیار بالا و کنترل دقیقی بر روی ترکیب شیمیایی و ساختار میکروسکوپی مواد سرامیکی دارد. در فرایند سل- ژل مواد شیمیایی بکار رفته به صورت مطلوبی طی عملیات تقطیر و کریستالیزاسیون خالص سازی می شوند و پوشش ها با خلوص بسیار بالا می توانند با این روش تولید شوند.

نکته کلیدی در روش س

+ نوشته شده در  2008/8/4ساعت   توسط لیلا حیدری  | 

غیر مخرب ((Non-destructive Testing (NDT) به مجموعه‌ای از روش‌های ارزیابی و تعیین خواص دستگاه‌ها و قطعات ساخته شده گفته می‌شود که هیچ‌گونه آسیب یا تغییر در سیستم ایجاد نکنند.

[ویرایش] ‫کاربردها

آزمون‌های غیر مخرب دارای ‫کاربرد وسیعی در بسیاری از صنایع هستند. از آن جمله می‌توان موارد زیر را ذکر نمود:

  • ر این بخش متداول‌ترین روش‌های مورد استفاده در آزمون‌های غیرمخرب معرفی می‌شوند.

[ویرایش] ‫آزمون بصری و نوری

‫این روش پایه‌ای‌ترین، ابتدایی‌ترین و معمولاً ساده‌ترین روش آزمون کنترل کیفیت و پایش تجهیرات می‌باشد. در این روش مسئول کنترل کیفیت می‌بایست مواردی را بطور بصری چک کند. البته گاهی اوقات از دوربین‌هایی استفاده می‌شود که تصاویر را به رایانه فرستاده و رایانه عیوب را تشخیص می‌دهد.

[ویرایش] رادیوگرافی

نوشتار اصلی را ببینید: ‫آزمون ‫رادیوگرافی

آزمون ‫رادیوگرافی به استفاده از امواج گاما و ایکس، که قابلیت نفوذ در بسیاری از مواد را دارا می‌باشند، برای بررسی مواد و تشخیص عیوب محصولات گفته می‌شود. در این روش اشعه ایکس و یا رادیواکتیو به سمت قطعه هدایت می‌شود و پس از عبور از قطعه بر روی فیلم منعکس می‌شود. ضخامت و مشخصه‌های داخلی باعث می‌شوند نقاطی در فیلم تاریکتر و یا روشن‌تر دیده شوند.

[ویرایش] ‫آزمون ذرات مغناطیسی

نوشتار اصلی را ببینید: ‫آزمون ذرات مغناطیسی

‫در این روش ذرات آهن بر روی ماده‌ای با خاصیت آهنربایی ریخته می‌شود و میدان مغناطیسی در آن القا می‌شود. در صورت وجود خراش و یا ترکی بر روی سطح و یا در نزدیکی سطح، در محل عیب قطب‌های مغناطیسی تشکیل می‌شود و یا میدان مغناطیسی در آن ناحیه دچار اعوجاج می‌گردد. این قطب‌های مغناطیسی باعث جذب ذرات آهن می‌شوند. در نتیجه وجود عیب را می‌توان از تجمع ذرات آهن تشخیص داد.

[ویرایش] ‫آزمون فراصوت

نوشتار اصلی را ببینید: ‫آزمون فراصوت

‫در این روش امواج فراصوت با فرکانس بالا و با دامنه کم به داخل قطعه فرستاده می‌شوند. این امواج پس از برخورد به هر گسستگی بازتابیده می‌شوند و قسمتی از این امواج به سمت حسگر رفته و حسگر آن را دریافت می‌کند. از روی دامنه و زمان بازگشت این امواج می‌توان به مشخصه‌های این گسستگی پی برد. از کاربردهای این روش می‌توان به اندازه‌گیری ضخامت و تشخیص عیوب موجود در قطعات نام برد.

[ویرایش] ‫آزمون مایعات نافذ

نوشتار اصلی را ببینید: ‫آزمون مایعات نافذ

‫در این روش سطح قطعه با مایعی رنگی قابل مشاهده و یا فلورسنت پوشیده می‌شود. پس از مدتی این مایع در درون شکاف‌ها و حفره‌های سطحی قطعه نفوذ می کند. پس از آن مایع از سطح جسم زدوده می‌شود و ماده ظاهر کتتده به روی سطح پاشیده می‌شود. اختلاف روشنایی مایع نافذ و ظاهر کننده باعث می‌شود که عیوب سطحی به راحتی مشاهده شوند.

[ویرایش] ‫آزمون ‫الکترومغناطیس

نوشتار اصلی را ببینید: ‫آزمون ‫الکترومغناطیس

‫در این روش با استفاده از یک میدان مغناطیسی متغیر در یک ماده رسانا جریان الکتریکی گردابی القا می‌شود و این جریان الکتریکی اندازه‌گیری می‌شود. وجود گسستگی‌هایی مانند ترک در ماده باعث ایجاد وقفه در این جریان می‌شود و بدین طریق می‌توان به وجود چنین عیبی پی برد. در ضمن مواد مختلف دارای رسانایی الکتریکی نفوذپذیری متفاوتی هستند. بنابراین می‌توان بعضی از مواد را با این روش رده‌بندی نمود.

[ویرایش] ‫آزمون نشتی

نوشتار اصلی را ببینید: ‫آزمون نشتی

‫روش‌های مختلفی برای تشخیص نشتی در مخازن تحت فشار و مانند آن، استفاده می‌شود که مهم‌ترین آنها عبارت‌اند از: گوشی‌های الکتریکی، گیج فشار، گاز و یا مانع نافذ و همینطور تست حباب صابون.

[ویرایش] ‫انتشار امواج صوتی

نوشتار اصلی را ببینید: ‫آزمون ‫انتشار امواج صوتی

وقتی که ماده‌ای جامد تحت تنش می‌باشد، عیوب موجود در آن باعث ایجاد امواج صوتی با فرکانس بالا می‌گردند. این امواج در ماده منتشر شده و می‌توان توسط حسگرهای خاصی آنها را دریافت کرد و با تجزیه و تحلیل این امواج می‌توان نوع عیب، مکان و شدت آن را تعیین نمود.

[ویرایش] ‫مقایسه روش‌ها

روش ‫کاربردها ‫معایب و محدودیت‌ها
مایعات نافذ
  • ‫نیاز به دسترسی به سطح مورد آزمایش
  • ‫عیوب حتماً باید در سطح، شکستگی ایجاد کرده باشند.
  • ‫ممکن است سطح نیاز به تمیزکاری داشته باشد
  • عیوب ترک مانند که بسیار باریک هستند، خصوصاً زمانی که تحت تأثیر نیرویی قرار گیرند که موجب بسته شدن آنها گردد و همچنین عیوب بسیار کم عمق به سختی قابل تشخیص هستند.
  • ‫عمق عیب قابل اندازه‌گیری نیست.
ذرات مغناطیسی
  • ‫مواد دارای خاصیت آهنربایی
  • ‫عیوبی سطحی و عیوب نزدیک به سطح با این روش قابل تشخیص می‌باشند.
  • قابل استفاده برای جوش، لوله، میله‌ها، مواد ریخته‌گری، مواد آهنگری، مواد اکستروژن شده، قطعات موتور، محورها و دنده‌ها
  • تشخیص عیوب تحت تأثیر عواملی مانند شدت میدان و جهت آن می‌باشد.
  • ‫نیاز به سطحی تمیز و نسبتاً هموار
  • ‫نیاز به بست نگهدارنده برای دستگاه ایجاد کننده میدان
  • ‫قطعه مورد آزمایش باید قبل از آزمون غیرآهنربایی شود که انجام این کار برای بعضی از قطعات و مواد دشوار است.
  • ‫عمق عیوب را نمی‌توان اندازه گرفت.
فراصوت
  • مواد فلزی و غیر فلزی و کامپوزیت‌ها
  • ‫عیوب سطحی و غیر سطحی
  • قابل استفاده برای جوش، اتصالات، میله‌ها، مواد ریخته‌گری، مواد آهنگری‫‫، قطعات موتور و هواپیما، اجزای ساختمانی، بتن، و همچنین بصورت گسترده‌ای برای تشخیص عیوب مخازن تحت فشار و لوله‌های انتقال نفت و گاز
  • ‫همچنین برای تعیین ضخامت و خواص مواد
  • ‫برای پایش فرسودگی
  • ‫عموماً تماسی است، گاهی بصورت مستقیم و گاه بواسطه محیط واسط
  • ‫نیاز به حسگرهای متفاوت برای کاربردهای مختلف؛ عموماً به لحاظ بازه فرکانسی
  • ‫حساسیت تابعی از فرکانس مورد استفاده است و بعضی از مواد به خاطر ساختارشان باعث پخش شدن قابل ملاحظه امواج فراصوت می‌گردند. امواج بازگشتی از این گونه امواج عموماً به سختی از نویز قابل تمیز است.
  • اعمال این روش ‫برای قطعات بسیار نازک دشوار است.
رادیوگرافی ‫نوترونی
  • باید ‫قطعه مورد آزمون بین منبع ساطع کننده اشعه و دریافت کننده آن قرار گیرد.
  • ‫اندازه راکتور تولید کننده اشعه بسیار بزرگ است.
  • ‫موازی قرار دادن اجزای آزمایش دشوار می‌باشد.
  • ‫خطرات تشعشع
  • ‫ترک‌ها باید به موازات اشعه‌ها قرار گسرند تا قابل تشخیص باشند.
  • ‫کاهش حساسیت با افزایش ضخامت قطعه
رادیوگرافیاشعه ایکس
  • ‫باید به هر دو وجه قطعه دسترسی داشت.
  • ‫نتایج آزمون تا حد زیادی وابسته به تعیین فاصله کانونی، ولتاژ و زمان قرارگیری در معرض تشعشع است.
  • ‫خطرات تشعشع
  • ‫ترک‌ها باید به موازات اشعه‌ها قرار گسرند تا قابل تشخیص باشند.
  • ‫کاهش حساسیت با افزایش ضخامت قطعه
رادیوگرافی گاما
  • ‫عموماً برای مواد ضخیم و با چگالی بالا استفاده می شود.
  • ‫برای تمامی اشکال و فرمها به کار می‌رود؛ ریخته‌گری، جوش، قطعات الکترونیکی، صنایع هوایی، دریایی و ‫خودروسازی
  • ‫معمولاً در جایی استفاده می‌شود که به علت ضخامت زیاد نمی‌توان از اشعه x استفاده کرد.
  • ‫باید به هر دو وجه قطعه دسترسی داشت.
  • ‫حساسیت این روش به اندازه اشعه x نیست.
  • ‫خطرات تشعشع
  • ‫ترک‌ها باید به موازات اشعه‌ها قرار گسرند تا قابل تشخیص باشند.
  • ‫کاهش حساسیت با افزایش ضخامت قطعه
‫الکترومغناطغیر مخرب ((Non-destructive Testing (NDT) به مجموعه‌ای از روش‌های ارزیابی و تعیین خواص دستگاه‌ها و قطعات ساخته شده گفته می‌شود که هیچ‌گونه آسیب یا تغییر در سیستم ایجاد نکنند.

فهرست مندرجات

[مخفی شود]

[ویرایش] ‫کاربردها

آزمون‌های غیر مخرب دارای ‫کاربرد وسیعی در بسیاری از صنایع هستند. از آن جمله می‌توان موارد زیر را ذکر نمود:

[ویرایش] روش‌ها

‫در این بخش متداول‌ترین روش‌های مورد استفاده در آزمون‌های غیرمخرب معرفی می‌شوند.

[ویرایش] ‫آزمون بصری و نوری

‫این روش پایه‌ای‌ترین، ابتدایی‌ترین و معمولاً ساده‌ترین روش آزمون کنترل کیفیت و پایش تجهیرات می‌باشد. در این روش مسئول کنترل کیفیت می‌بایست مواردی را بطور بصری چک کند. البته گاهی اوقات از دوربین‌هایی استفاده می‌شود که تصاویر را به رایانه فرستاده و رایانه عیوب را تشخیص می‌دهد.

[ویرایش] رادیوگرافی

آزمون ‫رادیوگرافی به استفاده از امواج گاما و ایکس، که قابلیت نفوذ در بسیاری از مواد را دارا می‌باشند، برای بررسی مواد و تشخیص عیوب محصولات گفته می‌شود. در این روش اشعه ایکس و یا رادیواکتیو به سمت قطعه هدایت می‌شود و پس از عبور از قطعه بر روی فیلم منعکس می‌شود. ضخامت و مشخصه‌های داخلی باعث می‌شوند نقاطی در فیلم تاریکتر و یا روشن‌تر دیده شوند.

[ویرایش] ‫آزمون ذرات مغناطیسی

‫در این روش ذرات آهن بر روی ماده‌ای با خاصیت آهنربایی ریخته می‌شود و میدان مغناطیسی در آن القا می‌شود. در صورت وجود خراش و یا ترکی بر روی سطح و یا در نزدیکی سطح، در محل عیب قطب‌های مغناطیسی تشکیل می‌شود و یا میدان مغناطیسی در آن ناحیه دچار اعوجاج می‌گردد. این قطب‌های مغناطیسی باعث جذب ذرات آهن می‌شوند. در نتیجه وجود عیب را می‌توان از تجمع ذرات آهن تشخیص داد.

[ویرایش] ‫آزمون فراصوت

‫در این روش امواج فراصوت با فرکانس بالا و با دامنه کم به داخل قطعه فرستاده می‌شوند. این امواج پس از برخورد به هر گسستگی بازتابیده می‌شوند و قسمتی از این امواج به سمت حسگر رفته و حسگر آن را دریافت می‌کند. از روی دامنه و زمان بازگشت این امواج می‌توان به مشخصه‌های این گسستگی پی برد. از کاربردهای این روش می‌توان به اندازه‌گیری ضخامت و تشخیص عیوب موجود در قطعات نام برد.

[ویرایش] ‫آزمون مایعات نافذ

‫در این روش سطح قطعه با مایعی رنگی قابل مشاهده و یا فلورسنت پوشیده می‌شود. پس از مدتی این مایع در درون شکاف‌ها و حفره‌های سطحی قطعه نفوذ می کند. پس از آن مایع از سطح جسم زدوده می‌شود و ماده ظاهر کتتده به روی سطح پاشیده می‌شود. اختلاف روشنایی مایع نافذ و ظاهر کننده باعث می‌شود که عیوب سطحی به راحتی مشاهده شوند.

[ویرایش] ‫آزمون ‫الکترومغناطیس

‫در این روش با استفاده از یک میدان مغناطیسی متغیر در یک ماده رسانا جریان الکتریکی گردابی القا می‌شود و این جریان الکتریکی اندازه‌گیری می‌شود. وجود گسستگی‌هایی مانند ترک در ماده باعث ایجاد وقفه در این جریان می‌شود و بدین طریق می‌توان به وجود چنین عیبی پی برد. در ضمن مواد مختلف دارای رسانایی الکتریکی نفوذپذیری متفاوتی هستند. بنابراین می‌توان بعضی از مواد را با این روش رده‌بندی نمود.

[ویرایش] ‫آزمون نشتی

‫روش‌های مختلفی برای تشخیص نشتی در مخازن تحت فشار و مانند آن، استفاده می‌شود که مهم‌ترین آنها عبارت‌اند از: گوشی‌های الکتریکی، گیج فشار، گاز و یا مانع نافذ و همینطور تست حباب صابون.

[ویرایش] ‫انتشار امواج صوتی

وقتی که ماده‌ای جامد تحت تنش می‌باشد، عیوب موجود در آن باعث ایجاد امواج صوتی با فرکانس بالا می‌گردند. این امواج در ماده منتشر شده و می‌توان توسط حسگرهای خاصی آنها را دریافت کرد و با تجزیه و تحلیل این امواج می‌توان نوع عیب، مکان و شدت آن را تعیین نمود.

[ویرایش] ‫مقایسه روش‌ها

روش ‫کاربردها ‫معایب و محدودیت‌ها
مایعات نافذ
  • ‫نیاز به دسترسی به سطح مورد آزمایش
  • ‫عیوب حتماً باید در سطح، شکستگی ایجاد کرده باشند.
  • ‫ممکن است سطح نیاز به تمیزکاری داشته باشد
  • عیوب ترک مانند که بسیار باریک هستند، خصوصاً زمانی که تحت تأثیر نیرویی قرار گیرند که موجب بسته شدن آنها گردد و همچنین عیوب بسیار کم عمق به سختی قابل تشخیص هستند.
  • ‫عمق عیب قابل اندازه‌گیری نیست.
ذرات مغناطیسی
  • ‫مواد دارای خاصیت آهنربایی
  • ‫عیوبی سطحی و عیوب نزدیک به سطح با این روش قابل تشخیص می‌باشند.
  • قابل استفاده برای جوش، لوله، میله‌ها، مواد ریخته‌گری، مواد آهنگری، مواد اکستروژن شده، قطعات موتور، محورها و دنده‌ها
  • تشخیص عیوب تحت تأثیر عواملی مانند شدت میدان و جهت آن می‌باشد.
  • ‫نیاز به سطحی تمیز و نسبتاً هموار
  • ‫نیاز به بست نگهدارنده برای دستگاه ایجاد کننده میدان
  • ‫قطعه مورد آزمایش باید قبل از آزمون غیرآهنربایی شود که انجام این کار برای بعضی از قطعات و مواد دشوار است.
  • ‫عمق عیوب را نمی‌توان اندازه گرفت.
فراصوت
  • مواد فلزی و غیر فلزی و کامپوزیت‌ها
  • ‫عیوب سطحی و غیر سطحی
  • قابل استفاده برای جوش، اتصالات، میله‌ها، مواد ریخته‌گری، مواد آهنگری‫‫، قطعات موتور و هواپیما، اجزای ساختمانی، بتن، و همچنین بصورت گسترده‌ای برای تشخیص عیوب مخازن تحت فشار و لوله‌های انتقال نفت و گاز
  • ‫همچنین برای تعیین ضخامت و خواص مواد
  • ‫برای پایش فرسودگی

کاربردهای مختلف؛ عموماً به لحاظ بازه فرکانسی

  • ‫حساسیت تابعی از فرکانس مورد استفاده است و بعضی از مواد به خاطر ساختارشان باعث پخش شدن قابل ملاحظه امواج فراصوت می‌گردند. امواج بازگشتی از این گونه امواج عموماً به سختی از نویز قابل تمیز است.
  • اعمال این روش ‫برای قطعات بسیار نازک دشوار است.
رادیوگرافی ‫نوترونی
  • باید ‫قطعه مورد آزمون بین منبع ساطع کننده اشعه و دریافت کننده آن قرار گیرد.
  • ‫اندازه راکتور تولید کننده اشعه بسیار بزرگ است.
  • ‫موازی قرار دادن اجزای آزمایش دشوار می‌باشد.
  • ‫خطرات تشعشع
  • ‫ترک‌ها باید به موازات اشعه‌ها قرار گسرند تا قابل تشخیص باشند.
  • ‫کاهش حساسیت با افزایش ضخامت قطعه
رادیوگرافیاشعه ایکس
  • ‫باید به هر دو وجه قطعه دسترسی داشت.
  • ‫نتایج آزمون تا حد زیادی وابسته به تعیین فاصله کانونی، ولتاژ و زمان قرارگیری در معرض تشعشع است.
  • ‫خطرات تشعشع
  • ‫ترک‌ها باید به موازات اشعه‌ها قرار گسرند تا قابل تشخیص باشند.
  • ‫کاهش حساسیت با افزایش ضخامت قطعه
رادیوگرافی گاما
  • ‫عموماً برای مواد ضخیم و با چگالی بالا استفاده می شود.
  • ‫برای تمامی اشکال و فرمها به کار می‌رود؛ ریخته‌گری، جوش، قطعات الکترونیکی، صنایع هوایی، دریایی و ‫خودروسازی
  • ‫معمولاً در جایی استفاده می‌شود که به علت ضخامت زیاد نمی‌توان از اشعه x استفاده کرد.
  • ‫باید به هر دو وجه قطعه دسترسی داشت.
  • ‫حساسیت این روش به اندازه اشعه x نیست.
  • ‫خطرات تشعشع
  • ‫ترک‌ها باید به موازات اشعه‌ها قرار گسرند تا قابل تشخیص باشند.
  • ‫کاهش حساسیت با افزایش ضخامت قطعه
‫الکترومغناطیس
  • فلزات، آلیاژها و مواد هادی الکتریسیته
  • برای رده‌بندی (Sorting) مواد
  • عیوب سطحی و نزدیک به سطح با این روش قابل تشخیص می‌باشند.
  • قابل استفاده برای لوله، سیم، یاتاقان، ریل، آبکاری غیر فلزی، قطعات هواپیما، دیسک و پره‌های توربین، محور اتومبیل
  • ‫نیاز به حسگرهای متفاوت برای کاربردهای مختلف
  • ‫علی‌رغم آنکه حسگرهای این روش غیر تماسی هستند اما می‌بایست حسگر در مجاورت قطعه در فاصله بسیار نزدیکی از آن قرار گیرد.
  • ‫نفوذ کم (معمولاً حدود ۵ میلی‌متر)

[

  • فلزات، آلیاژها و مواد هادی الکتریسیته
  • برای رده‌بندی (Sorting) مواد
  • عیوب سطحی و نزدیک به سطح با این روش قابل تشخیص می‌باشند.
  • قابل استفاده برای لوله، سیم، یاتاقان، ریل، آبکاری غیر فلزی، قطعات هواپیما، دیسک و پره‌های توربین، محور اتومبیل
  • ‫نیاز به حسگرهای متفاوت برای کاربردهای مختلف
  • ‫علی‌رغم آنکه حسگرهای این روش غیر تماسی هستند اما می‌بایست حسگر در مجاورت قطعه در فاصله بسیار نزدیکی از آن قرار گیرد.
  • ‫نفوذ کم (معمولاً حدود ۵ میلی‌متر)

 

+ نوشته شده در  2008/3/1ساعت   توسط لیلا حیدری  | 

عنوان لاتين : Design and manufacture of an ultrasonic pipe testing equipment in laboratory scale testing / intelligent pigs /

چكيده : در اغلب موارد بدليل عدم دسترسي به سطح خارجي لوله‌ها، امكان تست آنها وجود ندارد و روشهاي معمولي براي كسب اطلاع از وضعيت لوله‌ها (آشكارسازي و مكان‌يابي بي‌نظمي‌هائي مانند نقاط زنگ زده ، تركها و عيوب مواد) نمي‌توانند بكار روند. در تكنيكهاي جديد با طراحي وسايلي كه فقط از طريق دسترسي به سطح داخلي بتواند وضعيت لوله را بررسي كند، تلاش شده است تا مشكل رفع گردد. در حال حاضر دو روش MFL (نشت فلوي مغناطيسي) و روش التراسوند اين قابليت را دارند. تمام عيوب خطرناك خطوط لوله توسط روش التراسوند قابل تشخيص و مكان‌يابي‌اند و از جمله تركهايي طولي ريز و باريك كه روش MFL در تشخيص و اندازه‌يابي آن ضعيف و ناتوان است. روشهاي فوق با استفاده از تكنولوژي پيگ (پيگ‌هاي هوشمند) در بازرسي خطوط‌لوله(نفت، گاز، لوله‌هاي خنك‌كننده راكتور‌هاي هسته‌اي) بكار ميروند. هدف از انجام اين پروژه، طراحي و ساخت يك سيستم تست اتوماتيك التراسوند لوله در مقياس آزمايشگاهي، از طريق بررسي و تعيين پارامترهاي فيزيكي دخيل در آشكارسازي، اندازه‌گيري و مكان‌يابي بي‌نظمي‌ها در جداره لوله است كه بتواند به عنوان بستري مناسب براي تحقق ساخت يك نمونه قابل كاربرد در صنايع بكار گرفته شود. همچنين امكان نمونه برداري عددي از سيگنال‌هاي -Aاسكن التراسوند و اخذ و ذخيره آنها در كامپيوتر و كنترل حركت سيستم تست توسط كامپيوتر نيز عملي شده‌است. با استفاده از امكانات فوق تصاوير –Bاسكن و –Cاسكن براي نمايش شكل وابعاد عيوبي چون كاهش ضخامت فلز(خوردگي) و ترك بدست‌آمده است. براي اندازه‌گيري عمق نفوذ ترك و تهيه تصوير –Bاسكن از آن از تكنيك جديد پراش از نوك(دلتا) (RATT)كه جزو روش‌هاي TOFD ميباشد استفاده شده است.

ساير آثار از :

+ نوشته شده در  2008/3/1ساعت   توسط لیلا حیدری  | 

بازرسی جوش

 

بمنظور اطمینان از کیفیت جوش و مطابقت آن با خواسته ها و نیازها کلیه مراحل مختلف جوشکاری باید کنترل و مورد بازرسی دقیق قرار گیرند . انجام بازرسی در کلیه مراحل ( قبل از جوشکاری ، درحین جوشکاری ، بعد از جوشکاری ) باعث کاهش هزینه های تعمیرات و دوباره کاری شده و حصول جوش بدون عیب و با کیفیت بالا را تضمین می نماید .

الف : بازرسی قبل از جوشکاری

بازرسی باید از میزان حساسیت سازه مورد نظر آگاه بوده ، مشخصات فنی و نقشه ها و استانداردهای مربوطه را مطالعه نماید . سپس روش جوشکاری ونتایج حاصله از ارزیابی روش را مطالعه و درصورت تایید روش جوشکاری اجازه انجام عملیات جوشکاری را صادر نماید .موارد زیر قبل از انجام عملیات جوشکاری باید کنترل و بازرسی گردد :

ـ ارزیابی جوشکاری و تایید صلاحیت آن جهت جوشکاری مورد نظر

ـ نحوه مونتاژ قطعات و کنترل پارامترهای اتصال جوش

ـ بررسی تجهیزات مورد استفاده

ـ بررسی قطعات مورد جوشکاری از نظر عیوب و انحرافات مجاز ، جنس ، ضخامت و...

ب : بازرسی موقع جوشکاری

ـ بازرسی ترتیب و توالی پاسهای جوش و کنترل تمیزکاری بین پاس های مختلف .

ـ بررسی و کنترل پارامترهای جوشکاری ( آمپر ، ولتاژ ، قطبیت و... )

ـ بازرسی مواد مصرفی ( از قبیل نوع الکترود و شرایط بکارگیری آن ، گازخنثی ، فلاکس و...)

ـ کنترل درجه حرارت پیشگرم ، حفظ درجه حرارت بین پاسی در صورت لزوم

ج : بازرسی بعد از جوشکاری

ـ بازرسی چشمی و کنترل عیوب مرئی و قابل رویت شامل بریدگی کناره جوش ، بازرسی ابعادی و مقدار جوش ، پرنشدگی یا نفوذ اضافی ، ترکهای سطحی درجوش و فلز پایه ، گره قطع و وصل قوس و ناهماریهای سطح جوش ، تقعر وتحدب سطح جوش و...

ـ کنترل تنش زدائی و عملیات پس گرم ( درصورت لزوم )

ـ کنترل پیچیدگی و تغییر شکل های حاصل از جوشکاری

ـ بازرسی های غیرمخرب

ضوابط پذیرش

پس از آشنایی با ضوابط ارزیابی و بازرسی جوش و همچنین آشنایی با عیوب جوشکاری این سوال پیش می آید که پس از بازرسی، تحت چه شرایطی می توان جوش را قابل قبول دانست. همان طور که در ساخت اعضای ساختمانی ضوابطی برای رواداری های هندسی وجود دارد، وجود هر عیبی در جوش به معنای مردود دانستن آن نیست و تحت رواداری هایی می توان عیوبی را در جوش پذیرفت. آیین نامه AWS پذیرش جوش ها را در دو مرحله تعیین کرده است.

1-     بازرسی عینی

 2- بازرسی با آزمایش های غیرمخرب نظیر پرتونگاری، فراصوتی، ذرات مغناطیسی و رنگ نافذ. ( جوشی تحت آزمایش های غیرمخرب قرار می گیرد که در بازرسی عینی مورد پذیرش قرار گرفته باشد. ) شرایط پذیرش AWS  به شرح زیر است:

بازرسی های عینی:

تمام جوش ها باید به صورت عینی بازرسی شوند و چنان چه شرایط زیر به دست آید، مورد پذیرش قرار می گیرند:

الف) جوش باید فاقد هرگونه ترک باشد.

ب) بین لایه های جوش مجاور و بین لایه ی جوش و فلز پایه، باید امتزاج کامل برقرار باشد.

ج) تمام چاله های انتهایی نوار جوش باید به اندازهی سطح مقطع کامل جوش پر شوند. این ح.ضچه ها می توانند حاوی ترک های ستاره ای باشند.

ه) برای مصالحی با ضخامت 254 میلی متر و کمتر، میزان بریدگی لبهی جوش باید کمتر از یک میلی متر باشد، لیکن در طولی معادل 50 میلی متر در هر 300 میلی متر طول نوار، می توان بریدگی 5/1 میلی متر را پذیرفت.

و) در جوش های گوشه مجموع قطر تخلخل های سوزنی با قطر 1 میلی متر و بزرگتر، نباید از 10 میلی متر در هر 25 میلی متر طول جوش و از 20 میلی متر در هر 300 میلی متر طول جوش بیشتر باشد.

ز) مجموعا 10 درصد از طول کل نوار جوش می تواند دارای اندازه ای به مقدار 5/1 میلی متر کوچکتر از اندازه نقشه باشد. در جوش گوشه ی متصل کننده ی بال و جان، در طولی معادل دو برابر عرض بال از انتهای تیر، هیچ گونه کمبود اندازه مجاز نیست.

ح) در درزهای لب به لب با جوش شیاری تمام نفوذی که امتداد درز عمود بر امتداد تنش کششی است، نباید هیچ گونه تخلخل سوزنی قابل ملاحظه ای باشد. در سایر موارد جوش های شیاری، مجموع قطر داخل تخلخل های سوزنی با قطر 1 میلی متر و بزرگتر، نباید از 10 میلی متر در هر 25 میلی متر طول جوش و 20 میلی متر در هر 300 میلی متر طول جوش بیشتر باشد.

ط) بازرسی عینی جوش ها می تواند به محض خنک شدن جوش تا دمای محیط آغاز شود. در فولادی های خیلی پرمقاومت با تنش تسلیم بزرگتر از 6000 کیلوگرم بر سانتی متر مربع، بازرسی های عینی باید 48 ساعت بعد از تکمیل جوش انجام شود.



+ نوشته شده در  2008/3/1ساعت   توسط لیلا حیدری  | 

مهندسین معمولاً عادت دارند خواص یک ماده را روی نمونه‌های مخصوصی که از همین ماده تهیه شده‌اند با آزمونهای استاندارد ارزیابی کنند. اطلاعات بسیار ارزشمندی از این آزمونهای به دست می‌آید که شامل خواص کششی، فشاری، برشی و ضربه‌ای ماده مورد نظر است. اما این آزمونها ماهیت تخریبی دارند. بعلاوه خواص ماده به گونه‌ای که با آزمونهای استاندارد تا حد تخریب تعیین می‌شود، به یقین راهنمای روشنی در مورد مشخصات کارایی قطعه‌ای نیست که بخش پیچیده‌ای از یک مجموعه مهندسی را تشکیل می‌دهد.
در طی تولید و حمل و نقل امکان دارد که انواع عیوب با اندازه‌های مختلف در ماده یا قطعه به وجود آیند. ماهیت و اندازه دقیق هر عیب روی عملیات بعدی آن قطعه تاثیر خواهد داشت. عیوب دیگری نیز مانند ترکهای حاصل از خستگی یا خوردگی ممکن است در طی کار قطعه ایجاد شوند. بنابراین برای آشکار سازی وجود عیبها در مرحله تولید و نیز جهت تشخیص و تعیین سرعت رشد این نقصها در طول عمر قطعه یا دستگاه ، داشتن وسائل مطمئن ضروری است.
منشا بعضی عیوب که در مواد و قطعات یافت می‌شوند، عبارتند از :
-
عیوبی که ممکن است طی ساخت مواد خام یا تولید قطعات ریختگی به وجود آیند (ناخالصیهای سرباره، حفره‌های گازی، حفره‌های انقباضی، ترکهای تنشی و ... )
-
عیوبی که ممکن است طی تولید قطعات به وجود آیند (عیوب ماشینکاری، عیوب عملیات حرارتی، عیوب جوشکاری، ترکهای ناشی از تنشهای پسماند و ...)
-
عیوبی که ممکن است طی مونتاژ قطعات به وجود آیند (کم شدن قطعات، مونتاژ نادرست، ترکهای ناشی از تنش اضافی و ...)
-
عیوبی که در مدت کاربری و حمل و نقل به وجود می‌آیند (خستگی، خوردگی، سایش، خزش، ناپایداری حرارتی و ...)
روشهای مختلف آزمونهای غیرمخرب در عمل می‌توانند به راههای بسیار متفاوتی در عیب یابی به کار روند. اعتبار هر روش آزمون غیرمخرب سنجشی از کارایی آن روش در رابطه با آشکارسازی نوع و شکل و اندازه بخصوص عیبها است. بعد از آن که بازرسی تکمیل شد، احتمال معینی وجود دارد که یک قطعه عاری از یک نوع عیب با شکل و اندازه بخصوص باشد. هر قدر این احتمال بالاتر باشد اعتبار روش به کار رفته بیشتر خواهد بود. اما باید این واقعیت را به خاطر داشت که بازرسیهای غیرمخرب برای اغلب قطعات به وسیله انسان انجام می‌گیرد و در اصل دو نفر همیشه نمی‌توانند یک کار تکراری مشابه را بطور دقیق همانند یکدیگر انجام دهند. از این رو باید یک ضریب عدم یقین در برآورد اعتبار بازرسی به حساب آورده شود و ارزش تصمیماتی رد و یا قبول قطعه باید از رویدادهای آماری تخمین زده شود.
نقش بازرسی غیرمخرب این است که با میزان اطمینان معینی ضمانت نماید که در زمان بکارگیری قطعه برای بار طراحی، ترکهایی به اندازه بحرانی شکست در قطعه وجود ندارند. همچنین ممکن است لازم باشد که با اطمینان، عدم وجود ترکهای کوچکتر از حد بحرانی را نیز ضمانت کند. اما رشد ترکهای کوچکتر از حد بحرانی. بویژه در مورد قطعاتی که در معرض بارهای خستگی قرار دارند و یا در محیطهای خورنده کار می‌کنند، اهمیت دارد، بطوریکه این گونه قطعات، قبل از این که شکست ناگهانی در آنها اتفاق بیفتد، به یک حداقل عمر کار مفید برسند. در برخی حالتها، بازرسیهای مرتب و متناوب جهت اطمینان از نرسیدن ترکها به اندازه بحرانی ممکن است ضروری باشد.
بکارگیری ایده‌های مکانیک شکست در طراحی، برای توانایی روشهای مختلف آزمونهای غیرمخرب در آشکارسازی ترکهای کوچک، حد و مرز تعیین می‌کند. اختلاف بین کوچکترین ترک قابل آشکارسازی و اندازه بحرانی آن، میزان ایمنی یک قطعه است.
در هر برنامه خاص بازرسی، تعداد عیوب شناسایی شده (هر چند زیاد)، با تعداد واقعی آنها مطابقت پیدا نمی‌کند، بنابراین احتمال شناسایی یک قطعه سالم و بدون عیبهای با اندازه‌های گوناگون کاهش می‌یابد. اما هنگامی که قطعات بسیار مهم مورد نظر هستند، سعی بر این است تا حد امکان عیبهای بیشتری شناسایی شوند و تمایل به قبول تمام نشانه‌های وجود عیبها زیاد است. زیرا اگر قطعه‌ای در طی بازرسی مردود و غیرقابل مصرف معرفی شود، بهتر از آن است که هنگام استفاده منجر به شکست فاجعه آمیز شود. مسلم است مهندسی که ایده‌های مکانیک شکست را مورد استفاده قرار می‌دهد، علاقه‌مند است که بداند به چه اندازه عیبها را در هنگام بازرسی مورد نظر داشته باشد. انتخاب روش با این بررسی اولیه تعیین می‌شود و تمام پارامترهای دیگر در درجه دوم اهمیت قرار می‌گیرند. برای مثال بازرسی ترکهای مربوط به خستگی قطعات فولادی به روش فراصوتی که نسبتاً
براحتی قابل اجرا است، در مقابل تجزیه و تحلیل به روش جریان گردابی برای آشکارسازی ترکهایی به طول 5/1 میلیمتر، کنار گذاشته می‌شود زیرا احتمال آشکارسازی این ترکها با فراصوتی 50 درصد و با جریان گردابی 80 درصد است.
یکی از فایده‌های بدیهی و روشن به کار بردن صحیح آزمونهای غیرمخرب، شناسایی عیوبی است که اگر بدون تشخیص در قطعه باقی بمانند، موجب شکست فاجعه آمیز قطعه و در نتیجه بروز خسارتهای مالی و جانی فراوان خواهند شد. استفاده از این روشهای آزمون می‌تواند فواید زیادی از این بابت ، در بر داشته باشد.
بکارگیری هر یک از سیستمهای بازرسی متحمل هزینه است، اما اغلب استفاده موثر از روشهای بازرسی مناسب موجب صرفه‌جویی‌های مالی قابل ملاحظه‌ای خواهد شد. نه فقط نوع بازرسی، بلکه مراحل بکارگیری آن نیز مهم است. بکارگیری روشهای آزمون غیرمخرب روی قطعات ریختگی و آهنگری کوچک بعد از آنکه کلیه عملیات ماشینکاری روی آنها انجام گرفت، معمولا بیهوده خواهد بود. در اینگونه موارد باید قبل از انجام عملیات ماشینکاری پرهزینه قطعات بدقت بازرسی شوند و قطعاتی که دارای عیوب غیرقابل قبول هستند، کنار گذاشته شوند. باید توجه داشت کلیه معایبی که در این مرحله تشخیص داده می‌شوند، نمی‌توانند موجب مردود شدن قطعه از نظر بازرسی باشند. ممکن است قطعه‌ای دارای ناپیوستگیها و ترکهای سطحی بسیار ریز باشد که در مراحل ماشینکاری از بین بروند.

+ نوشته شده در  2008/3/1ساعت   توسط لیلا حیدری  | 

Epitaxy

Epitaxy

From Wikipedia, the free encyclopedia

Jump to: navigation, search

Epitaxy is a kind of interface between a thin film and a substrate. The term epitaxy (Greek; epi "above" and taxis "in ordered manner") describes an ordered crystalline growth on a monocrystalline substrate.

Epitaxial films may be grown from gaseous or liquid precursors. Because the substrate acts as a seed crystal, the deposited film takes on a lattice structure and orientation identical to those of the substrate. This is different from other thin-film deposition methods which deposit polycrystalline or amorphous films, even on single-crystal substrates. If a film is deposited on a substrate of the same composition, the process is called homoepitaxy; otherwise it is called heteroepitaxy.

Homoepitaxy is a kind of epitaxy performed with only one material. In homoepitaxy, a crystalline film is grown on a substrate or film of the same material. This technology is applied to growing a more purified film than the substrate and fabricating layers with different doping levels.

Heteroepitaxy is a kind of epitaxy performed with materials that are different from each other. In heteroepitaxy, a crystalline film grows on a crystalline substrate or film of another material. This technology is often applied to growing crystalline films of materials of which single crystals cannot be obtained and to fabricating integrated crystalline layers of different materials. Examples include gallium nitride (GaN) on sapphire or aluminium gallium indium phosphide (AlGaInP) on gallium arsenide (GaAs).

Heterotopotaxy is a process similar to heteroepitaxy except for the fact that thin film growth is not limited to two dimensional growth. Here the substrate is similar only in structure to the thin film material.

Epitaxy is used in silicon-based manufacturing processes for BJTs and modern CMOS, but it is particularly important for compound semiconductors such as gallium arsenide. Manufacturing issues include control of the amount and uniformity of the deposition's resistivity and thickness, the cleanliness and purity of the surface and the chamber atmosphere, the prevention of the typically much more highly doped substrate wafer's diffusion of dopant to the new layers, imperfections of the growth process, and protecting the surfaces during the manufacture and handling.

Contents

[hide]

[edit] Applications

It has applications in nanotechnology and in semiconductor fabrication. Indeed, epitaxy is the only affordable method of high crystalline quality growth for many semiconductor materials, including technologically important materials as silicon-germanium, gallium nitride, gallium arsenide and indium phosphide.

Epitaxy is also used to grow layers of pre-doped silicon on the polished sides of silicon wafers, before they are processed into semiconductor devices. This is typical of power devices, such as those used in pacemakers, vending machine controllers, automobile computers, etc.

[edit] Methods

Epitaxial silicon is usually grown using vapor-phase epitaxy (VPE), a modification of chemical vapor deposition. Molecular-beam and liquid-phase epitaxy (MBE and LPE) are also used, mainly for compound semiconductors.

[edit] Vapor-phase

Silicon is most commonly deposited from silicon tetrachloride in hydrogen at approximately 1200 °C:

SiCl4(g) + 2H2(g) ↔ Si(s) + 4HCl(g)

This reaction is reversible, and the growth rate depends strongly upon the proportion of the two source gases. Growth rates above 2 micrometres per minute produce polycrystalline silicon, and negative growth rates (etching) may occur if too much hydrogen chloride byproduct is present. (In fact, hydrogen chloride may be added intentionally to etch the wafer.) An additional etching reaction competes with the deposition reaction:

SiCl4(g) + Si(s) ↔ 2SiCl2(g)

Silicon VPE may also use silane, dichlorosilane, and trichlorosilane source gases. For instance, the silane reaction occurs at 650 °C in this way:

SiH4 → Si + 2H2

This reaction does not inadvertently etch the wafer, and takes place at lower temperatures than deposition from silicon tetrachloride. However, it will form a polycrystalline film unless tightly controlled, and it allows oxidizing species that leak into the reactor to contaminate the epitaxial layer with unwanted compounds such as silicon dioxide.

VPE is sometimes classified by the chemistry of the source gases, such as hydride VPE and metalorganic VPE.

[edit] Liquid-phase

LPE deposits a monocrystalline film from the liquid phase, typically at a rate of 0.1 to 1 μm/minute.

Liquid phase epitaxy (LPE) is a method to grow semiconductor crystal layers from the melt on solid substrates. This happens at temperatures well below the melting point of the deposited semiconductor. The semiconductor is dissolved in the melt of another material. At conditions that are close to the equilibrium between dissolution and deposition the deposition of the semiconductor crystal on the substrate is slow and uniform. The equilibrium conditions depend very much on the temperature and on the concentration of the dissolved semiconductor in the melt. The growth of the layer from the liquid phase can be controlled by a forced cooling of the melt. Impurity introduction can be strongly reduced. Doping can be achieved by the addition of dopants.

The method is mainly used for the growth of compound semiconductors. Very thin, uniform and high quality layers can be produced. A typical example for the liquid phase epitaxy method is the growth of ternery and quarternery III-V compounds on Galliumarsenid GaAs substrates. As a solvent quite often Gallium is used in this case. Another frequently used substrate is Indiumphosphide InP. However also other substrates like glass or ceramic can be applied for special applications. To facilitate nucleation, and to avoid tension in the grown layer the thermal expansion coefficient of substrate and grown layer should be similar.

[edit] Molecular-beam

In MBE, a source material is heated to produce an evaporated beam of particles. These particles travel through a very high vacuum (10-8 Pa; practically free space) to the substrate, where they condense. MBE has lower throughput than other forms of epitaxy.

[edit] Doping

An epitaxial layer can be doped during deposition by adding impurities to the source gas, such as arsine, phosphine or diborane. The concentration of impurity in the gas phase determines its concentration in the deposited film. As in CVD, impurities change the deposition rate.

Additionally, the high temperatures at which CVD is performed may allow dopants to diffuse into the growing layer from other layers in the wafer ("autodoping"). Conversely, dopants in the source gas may diffuse into the substrate.

[edit] See also

[edit] References

  • Jaeger, Richard C. (2002). "Film Deposition", Introduction to Microelectronic Fabrication. Upper Saddle River: Prentice Hall. ISBN 0-201-44494-7. 

[edit] External links

+ نوشته شده در  2008/2/27ساعت   توسط لیلا حیدری  |