Effect of Microstructural Features and Al۲O۳ Doping on Aging Resistance, Mechanical Properties and Crack Propagation in ۳Y-TZP Plate Ceramics for Dental Restorations: A Comprehensive Peridynamics Study

سال انتشار: 1404
نوع سند: مقاله ژورنالی
زبان: انگلیسی
مشاهده: 10

فایل این مقاله در 32 صفحه با فرمت PDF قابل دریافت می باشد

استخراج به نرم افزارهای پژوهشی:

لینک ثابت به این مقاله:

شناسه ملی سند علمی:

JR_MACS-12-3_007

تاریخ نمایه سازی: 2 تیر 1404

چکیده مقاله:

This study investigates the effects of microstructural features, nanoporosity, and micro-cracks on macro-crack propagation in ۳Y-TZP plate ceramics doped with Al۲O۳ (۰ to ۰.۵ wt%) for dental restoration applications, utilizing peridynamics (PD) theory for the first time. The research employs ordinary state-based PD to offer new insights into these interactions. Materials are synthesized through high-energy ball milling of ZrO۲ powders at ۱۵۰۰ °C for ۲ h. Mechanical properties, including density, average porosity diameter, Young’s modulus, Poisson’s ratio, and fracture toughness (KIC), are rigorously assessed. Results indicate that increasing Al۲O۳ content to ۰.۵ wt% enhances relative density, hardness, Young's modulus, KIC, and flexural strength to ۹۹.۵%, ۱۵.۱ GPa, ۲۸۰ GPa, ۹.۹۷ MPa·m۱/۲, and ۳۵۵ MPa, respectively, while low-temperature degradation over ۸۰۰ h shows that Al۲O۳ doping significantly reduces aging kinetics. PD simulations demonstrate that micro-cracks substantially affect crack propagation, revealing a ۱۵% reduction in macro-crack speeds compared to FEM results. This research enhances the understanding of dental ceramics and establishes a foundation for analyzing fractures in dental restoration ceramics using PD.

نویسندگان

Alireza Moradkhani

Department of Mechanical Engineering, Shahid Rajaee Teacher Training University, Tehran, Iran

Mohammad Hoseinpour Gollo

Department of Mechanical Engineering, Shahid Rajaee Teacher Training University, Tehran, Iran

Valiollah Panahizadeh

Department of Mechanical Engineering, Shahid Rajaee Teacher Training University, Tehran, Iran

مراجع و منابع این مقاله:

لیست زیر مراجع و منابع استفاده شده در این مقاله را نمایش می دهد. این مراجع به صورت کاملا ماشینی و بر اساس هوش مصنوعی استخراج شده اند و لذا ممکن است دارای اشکالاتی باشند که به مرور زمان دقت استخراج این محتوا افزایش می یابد. مراجعی که مقالات مربوط به آنها در سیویلیکا نمایه شده و پیدا شده اند، به خود مقاله لینک شده اند :
  • Yanga, Y., Hua, C., Liub, Q. and Lia, J., ۲۰۲۴. ...
  • Gulati, S., Kumar, S. and Baul, A., ۲۰۲۴. Nanoceramics: novel ...
  • Wang, H., Shen, F., Li, Z., Zhou, B., Zhao, P., ...
  • Liang, Z., Liu, X., Zhao, Z., Lu, H., Wang, H., ...
  • Gionea, A., Andronescu, E., Voicu, G., Bleotu, C. and Surdu, ...
  • Chen, H., Huang, Z.Y. and Chen, W., ۲۰۲۳. The fabrication ...
  • Ali, A.A., Shama, S.A., Amin, A.S. and EL-Sayed, S.R., ۲۰۲۱. ...
  • Wang, S. and Liu, J., ۲۰۲۱. Microstructure and growth characteristics ...
  • Zhai, S., Pan, W. and Liu, J., ۲۰۲۳. Regulation of ...
  • Pian, X., Fan, B., Chen, H., Zhao, B., Zhang, X. ...
  • Dimitriadis, K., Moschovas, D., Tulyaganov, D.U. and Agathopoulos, S., ۲۰۲۳. ...
  • Al-Dwairi, Z.N., Al-Aghbari, L., Husain, N.A.H. and Özcan, M., ۲۰۲۳. ...
  • Zhang, F., Vanmeensel, K., Batuk M., Hadermann J., Inokoshi M., ...
  • Samodurova A., Kocjan, A., Swain, M.V., Kosmac T., ۲۰۱۵, The ...
  • Seesala, V.S., Rajasekaran, R., Vaidya, P.V. and Dhara, S., ۲۰۲۲. ...
  • Salma, U., ۲۰۱۹. Microstructure development for optimum fracture toughness of ...
  • Piascik, J.R., Zhang, Q., Bower, C.A., Thompson, J.Y., Stoner, B.R., ...
  • Devi, S., Chaudhary, S., Hashim, M., Batoo, K.M., Hadi, M. ...
  • Feng, Y., Wu, D., Stewart, M.G. and Gao, W., ۲۰۲۳. ...
  • Li, P., Li, W., Li, B., Yang, S., Shen, Y., ...
  • Almarghani, L.K., Shetawey, R.A. and Alassar, R.M., ۲۰۲۴. Marginal Accuracy ...
  • Lien, W., Minju, D.Y., Jones, S.D., Wentworth, C.V., Savett, D.A., ...
  • He, Q., Qin, Y., Zhan, X., Zhang, W. and Ye, ...
  • Zhang, R., Zhao, C., Xing, J., Niu, J., Chen, H. ...
  • Karpenko, O., Oterkus, S. and Oterkus, E., ۲۰۲۰. Influence of ...
  • Candaş, A., Oterkus, E. and İmrak, C.E., ۲۰۲۱. Dynamic crack ...
  • Teng, Z.H., Liao, D.M., Wu, S.C., Sun, F., Chen, T. ...
  • Chen, R., Li, B. and Xu, K., ۲۰۲۲. Effect of ...
  • Moussa, W.A., ۲۰۰۰. Finite element study of the interaction and ...
  • Bouiadjra, B.B., Benguediab, M., Elmeguenni, M., Belhouari, M., Serier, B. ...
  • Chudnovsky, A. and Wu, S., ۱۹۹۱. Elastic interaction of a ...
  • Rose, L.R.F., ۱۹۸۶. Microcrack interaction with a main crack. International ...
  • Petrova, V., Tamuzs, V. and Romalis, N., ۲۰۰۰. A survey ...
  • Li, J., Yang, B., Wang, S., James, M.N., Xiao, S., ...
  • Wang, F. and Wang, M., ۲۰۲۰. Effect of holes on ...
  • Demirel, M.G., Mohammadi, R. and Keçeci, M., ۲۰۲۳. Crack Propagation ...
  • Milios, J. and Spathis, G., ۱۹۸۸. Dynamic interaction of a ...
  • Theocaris, P.S. and Milios, J., ۱۹۸۱. Crack arrest modes of ...
  • Yi, W., Rao, Q.H., Luo, S., Shen, Q.Q. and Li, ...
  • Ganesh, K.V., Islam, M.R.I., Patra, P.K. and Travis, K.P., ۲۰۲۲. ...
  • Belytschko, T., Liu, W.K., Moran, B. and Elkhodary, K., ۲۰۱۴. ...
  • Wang, H., Liu, Z., Xu, D., Zeng, Q. and Zhuang, ...
  • Dorduncu, M., Ren, H., Zhuang, X., Silling, S., Madenci, E. ...
  • Silling, S.A., Weckner, O., Askari, E. and Bobaru, F., ۲۰۱۰. ...
  • Huang, D., Lu, G. and Qiao, P., ۲۰۱۵. An improved ...
  • Ha, Y.D. and Bobaru, F., ۲۰۱۱. Characteristics of dynamic brittle ...
  • Bobaru, F. and Hu, W., ۲۰۱۲. The meaning, selection, and ...
  • Basoglu, M.F., Zerin, Z., Kefal, A. and Oterkus, E., ۲۰۱۹. ...
  • Vazic, B., Wang, H., Diyaroglu, C., Oterkus, S. and Oterkus, ...
  • Yoffe, E.H., ۱۹۵۱. LXXV. The moving griffith crack. The London, ...
  • Silling, S.A., Epton, M., Weckner, O., Xu, J. and Askari, ...
  • Silling, S.A. and Askari, E., ۲۰۰۵. A meshfree method based ...
  • Kilic, B. and Madenci, E., ۲۰۱۰. An adaptive dynamic relaxation ...
  • Madenci, E. and Oterkus, E., ۲۰۱۳. Peridynamic theory. In Peridynamic ...
  • Silling, S.A. and Bobaru, F., ۲۰۰۵. Peridynamic modeling of membranes ...
  • ASTM-C۳۷۳. ۱۹۹۹. Standard Test Method for Water Absorption, Bulk Density, ...
  • Moradkhani, A. and Baharvandi, H., ۲۰۱۸. Effects of additive amount, ...
  • Zhang, W., Bao, J., Xu, J., Wu, X., Li, D., ...
  • Toraya, H., Yoshimura, M. and Somiya, S., ۱۹۸۴. Calibration curve ...
  • Garvie, R.C. and Nicholson, P.S., ۱۹۷۲. Phase analysis in zirconia ...
  • Chevalier, J., Cales, B. and Drouin, J.M., ۱۹۹۹. Low‐temperature aging ...
  • Kohorst, P., Borchers, L., Strempel, J., Stiesch, M., Hassel, T., ...
  • Moradkhani, A., Panahizadeh, V. and Hoseinpour, M., ۲۰۲۳. Indentation fracture ...
  • Zorzi, J.E. and Perottoni, C.A., ۲۰۱۳. Estimating Young’s modulus and ...
  • Hardness, A.B., ۱۹۹۹. Standard Test Method for Microindentation Hardness of ...
  • ASTM International. ASTM C۷۶۹-۹۸. Standard test method for sonic velocity ...
  • Moradkhani, A., Baharvandi, H. and Naserifar, A., ۲۰۱۹. Fracture toughness ...
  • Guinea, G.V., Pastor, J.Y., Planas, J. and Elices, M., ۱۹۹۸. ...
  • ASTM Committee C-۱۱۶۱ on Advanced Ceramics, ۲۰۱۳. Standard test method ...
  • áSakib Khan, M., áSaiful Islam, M. and Bates, D., ۱۹۹۸. ...
  • Gaillard, Y., Anglada, M. and Jiménez-Piqué, E., ۲۰۰۹. Nanoindentation of ...
  • Moradkhani, A., Baharvandi, H. and Naserifar, A., ۲۰۱۹. Effect of ...
  • Moradkhani, A.R., Baharvandi, H.R., Vafaeesefat, A. and Tajdari, M., ۲۰۱۲. ...
  • Twigg, P.C., Riley, F.L. and Roberts, S.G., ۲۰۰۲. Nanoindentation investigation ...
  • Krell, A. and Schädlich, S.J.M.S., ۲۰۰۱. Nanoindentation hardness of submicrometer ...
  • Stollberg, D.W., Hampikian, J.M., Riester, L. and Carter, W.B., ۲۰۰۳. ...
  • Wang, J. and Stevens, R., ۱۹۸۹. Zirconia-toughened alumina (ZTA) ceramics. ...
  • Jing, Q., Bao, J., Ruan, F., Song, X., An, S., ...
  • Zhang, F., Chevalier, J., Olagnon, C., Van Meerbeek, B. and ...
  • Mercer, C., Williams, J.R., Clarke, D.R. and Evans, A.G., ۲۰۰۷. ...
  • Zhao, M., Ren, X. and Pan, W., ۲۰۱۴. Effect of ...
  • Zarone, F., Russo, S. and Sorrentino, R., ۲۰۱۱. From porcelain-fused-to-metal ...
  • Vijan, K.V., ۲۰۱۷. An overview of the current survival status ...
  • Yang, R.S., Ding, C.X., Yang, L.Y., Xu, P. and Chen, ...
  • Chen, Z. and Chu, X., ۲۰۲۱. Peridynamic modeling and simulation ...
  • Kachanov, M., ۱۹۸۶. On crack-microcrack interactions. International Journal of Fracture, ۳۰, ...
  • Kachanov, M., ۱۹۹۳. Elastic solids with many cracks and related ...
  • Gong, S.X. and Horii, H., ۱۹۸۹. General solution to the ...
  • Romalis, N.B. and Tamuzh, V.P., ۱۹۸۴. Propagation of a main ...
  • Madenci, E. and Oterkus, S., ۲۰۱۶. Ordinary state-based peridynamics for ...
  • Chandar, K.R. and Knauss, W.G., ۱۹۸۲. Dynamic crack-tip stresses under ...
  • نمایش کامل مراجع