Synthesis and Characterization of Forsterite (Mg2SiO4) Ceramics from Magnesium Oxide (MgO) and Silicon Dioxide (SiO2) Nanopowder
Loading...
Date
2025-05-31
Authors
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
University of M'Sila
Abstract
The synthesis of high-purity forsterite (Mg₂SiO₄) is challenging due to the slow reaction of the precursor materials involved and the potential formation of other phases, such as enstatite (MgSiO₃) and periclase (MgO). Although various methods have been approaches to overcome these challenges, the solid-state reaction method using nanopowders remains insufficiently unexplored. This study aims to evaluate the feasibility of synthesizing pure forsterite through reacting MgO and SiO₂ nanopowders. The phases identification and grain size of the raw materials were analyzed using X-ray diffraction (XRD) and Fourier-transform infrared spectroscopy (FT-IR). Forsterite was synthesized via a solid-state reaction and characterized using thermogravimetric analysis (TG), differential thermal analysis (DTA), XRD, and dilatometry (DL). Furthermore, the influence of excess silica on forsterite properties was investigated by preparing a series of powder mixtures with different ratios of silica processed through a planetary ball mill. The formation of forsterite and the effect of the silica on phases transformation were examined using XRD and scanning electron microscopy with energy-dispersive spectroscopy (SEM/EDS). To determine the reaction mechanism, DTA experiments were conducted at different heating rates to determine the kinetic parameters, reaction model, crystallization mechanisms, and thermodynamic parameters associated with the forsterite and enstatite formation. Additionally, the effect of forsterite as an additive on hydroxyapatite crystallization, bulk density, open porosity, microhardness, microstructure, and antibacterial activity was studied.
Description
إن تحضير الفورستريت (Mg₂SiO₄) عالي النقاوة يعد تحديا لعدة أسباب منها بطىء التفاعل للمواد الأولية الداخلة في تركيبه
وإمكانية تكون أطوار أخرى غير الفورستريت مثل الأنستاتيت والبيريكلاس، وعلى الرغم من إتباع عدة طرق تجريبية للتغلب
على هذه التحديات إلا أنه لا تزال طريقة تفاعلات الحالة الصلبة بإستخدام مواد أولية نانومترية غير مستكشفة بشكل أعمق.
يهدف هذا البحث إلى تقييم إمكانية تحضير الفورستريت النقي من خلال تفاعل مسحوقي أكاسيد المنغنيزيوم وأكسيد السيليكا
النانويين . تم تحليل الأطوار وحجم الحبيبات للمواد الخام باستخدام حيود الأشعة السينية (XRD) وتحليل الأشعة تحت الحمراء
بتحويل فورييه (FT-IR) . تم تحضير الفورستريت عن طريق تفاعل الحالة الصلبة، وتمت دراسته باستخدام التحليل الحراري
الكتلي (TG) ، والتحليل الحراري التفاضلي (DTA) وحيود الأشعة السينية (XRD) ، وجهاز التمدد الطولي الحراري (DL) .
بالإضافة إلى ذلك، تم دراسة تأثيرإضافة السيليكا على خصائص الفورستريت من خلال تحضير سلسلة من الخلائط بنسب
وزنية مختلفة من السيليكا بواسطة الساحق الألي التصادمي. تم فحص تبلور الفورستريت وتأثير إضافة السيليكا على التحولات
الطورية باستخدام حيود الأشعة السينية (XRD) ، والمجهر الإلكتروني الماسح المزود بمطيافية تشتت الطاقة (SEM/EDS) .
ولتحديد آلية التفاعل، تم إجراء تجارب التحليل الحراري التفاضلي (DTA) بإستعمال سرع تسخين مختلفة لتحديد كل من
العوامل الحركية ونموذج التفاعل وآلية التبلور والمعاملات التارموديناميكية المرتبطة بتكوين الفورستريت والإنستاتيت. زيادة
على ذلك، تم دراسة تأثير الفورستريت كمادة مضافة على تبلور الهيدروكسيأباتيت، والكتلة الحجمية، ونسبة الفراغات
المفتوحة، والصلادة المجهرية، والبنية المجهرية، والنشاط المضاد للبكتيريا.
Keywords
Phase transformation, Kinetic parameters, Microhardness, Coefficient of thermal expansion, Forsterite, hydroxyapatite., التحولات الطورية، العوامل الحركية، الصلادة المجهرية، معامل التمدد الطولي الحراري، الفورستريت، الهيدروكسيأباتيت.