براكت هاي اورتودنسي بر پايه سراميك هاي شفاف در ناحيه مرئي (خصوصا آلومينات منيزيوم، MgAl2O4) به دليل داشتن استحكام بالا مورد توجه هستند ولي مهمترين عيب آن ها داشتن چقرمگي و مقاومت به ضربه كم است. در اين اختراع، براي بهبود چقرمگي براكت هاي اورتودنسي آلومينات منيزيوم از تقويت كننده نانوذرات سيليكون نيتريد استفاده شد. بدين منظور، ابتدا نانوگرانول هاي MgAl2O4 تقويت شده با 2 درصد حجمي Si3N4 با استفاده از روش اسپري دارير تهيه شد. سپس، نانوگرانول هاي كامپوزيتي به روش روش تفجوشي پلاسماي جرقه اي (SPS) زينتر شد. در نهايت، به كمك ابزار برش الماسه قطعات زينتر شده به شكل براكت اورتودنسي برش داده شد. طبق جستجوي در سايت هاي ثبت اختراع و مقالات علمي هيچ پژوهشي در زمينه ساخت براكت اورتودنسي از جنس آلومينات منيزيوم/ سيليكون نيتريد يافت نشد.

در اين پژوهش براي اولين بار از ذرات تقويت كننده كامپوزيتي هيبريدي براي توليد نانو كامپوزيت زمينه آلومينيومي استفاده گرديد. بدين منظور از ذرات سراميكي AL2O3-ALB12 جهت توليد كامپوزيت زمينه آلومينيومي نانو ساختار از طريق فرايند آسياب كاري مكانيكي استفاده شد. اين ذرات سراميكي علاوه بر سختي بسيار بيشتر در مقايسه با آلوميناي خالص و يا بورايد آلومينيوم داراي پايداري حرارتي بسيار بالا و اندازه بسيار ريز مي باشند. اين عامل سبب سختي، استحكام و مقاومت سايشي بالاي كامپوزيت حاصل شده به طوريكه كامپوزيت زمينه آلومينيومي ساخته شده داراي پتانسيل بالايي جهت استفاده در صنايع خودروسازي و هوافضا خواهد بود. همچنين وجود بورايد آلومينيوم در كنار آلومينا به عنوان تقويت كننده زمينه آلومينيوم به دليل خاصيت حذف نوترون امكان استفاده از كامپوزيت حاصل را در كاربردهاي هسته اي فراهم مي آورد.

خواص استثنايي كاربيد بور B4C نظير سختي بالا ديرگدازي بالا ، دانسيته پايين و نسبت استحكام به وزن بالا اين ماده را براي كاربردهاي گوناگون در صنايع مختلف از جمله اجزاي مقاوم پوششي، صنعت ديرگداز، ابزار برشي، صنايع نظامي، صنايع هسته اي، سپر و حفاظ هاي راديوئي، فاز تقويت كننده در انواع كامپوزيت هاي زمينه فلزي، پليمري و سراميكي ، سوخت هاي جامد، كاربردهاي ترموالكتريكي و شيميايي، تجهيزات ورزشي و غيره مطلوب كرده است. با توجه به نياز فزاينده كشور در عرصه فعاليت هاي نظامي و دفاعي و همچنين هسته اي و با در نظر گرفتن اين نكته كه واردات نانو ذرات كاربيد بور به كشور با محدوديت هاي زيادي مواجه است، در اين پژوهش سعي شده است تا يك راهكار عملي و در عين حال اقتصادي براي توليد اين نانو ذرات استراتژيك ارائه گردد. بدين منظور چندين سيستم واكنشي جهت توليد نانو ذرات كاربيدبور موردبررسي قرار گرفت تا در نهايت يك راهكار بهينه جهت توليد اين ماده تدوين گرديد. در اين پژوهش با استفاده از احيا منيزيوترميك اكسيد بور در حضورگرافيت و عمليات ليچينگ نانو ذرات كاربيد بور باندازه 10 تا 80 نانومتر و با خلوص بالا به دست آمد.

آلومينا كاربرد گسترده اي در زمينه مواد پيشرفته از جمله ساخت ابزار برشي و قالب هاي شكل دهي دارد. اما مهمترين محدوديت در كاربرد آلومينا در صنعت تردي و پايين بودن چقرمگي آن مي باشد. در اين اختراع سعي شد براي حل مشكل مذكور و همچنين افزايش استحكام و مقاومت سايشي، براي اولين بار نانو كامپوزيت زمينه آلومينايي تقويت شده با ذرات بورايد تيتانيوم Al2o3-TiB2 با استفاده از فرايند مكانو شيميايي توليد گردد. براي توليد نانو كامپوزيت مذكور از مواد اوليه شامل 37/56 درصد وزني آلومينيوم Al و 33/39 درصد وزني اكسيد تيتانيوم Tio2 و 29/05 درصد وزني اكسيد بور B2O3 استفاده شد. مخلوط مواد اوليه فوق پس از توزين دقيق تحت عمليات آسياب كاري قرار گرفتند. فرايند آسياب كاري در يك دستگاه آسياب گلوله اي سياره اي تحت اتمسفر گاز آرگون ودر دماي محيط انجام شد. پس از 60 ساعت آسياب كاري واكنش شيميايي بين مواد اوليه رخ داد و نانو كامپوزيت زمينه آلومينايي تقويت شده با بورايد تيتانيوم Al2O3-TiB2 مطابق واكنش10Al+3Tio2+3B2O3=5Al2o3+3TiB2 تشكيل شد. كامپوزيت توليدي داراي پتانسيل بالايي جهت استفاده در ساخت ابزارهاي برشي و پوشش هاي مقاوم در برابر سايش مي باشد.

آلومينا Al2O3 يك ماده سراميكي شناخته شده با خواصي مانند نقطه ذوب بالا، سختي بالا و پايداري شيميايي و حرارتي مناسب مي باشد كه مجموعه اين خواص موجب كاربرد گسترده اين ماده در صنعت شده است. از جمله كاربردهاي آلومينا مي توان به استفاده در ابزارهاي برشي و مقاوم در برابر سايش و مواد دير گداز اشاره نمود. اما آنچه كه موجب محدود شدن استفاده از اين ماده در كاربردهاي صنعتي مي گردد مقاومت پايين اين ماده در برابر شوك هاي حرارتي، تردي نسبتا بالا و قابليت سينترينگ پايين آن مي باشد. يكي از راه هاي بسيار موثر جهت رفع اين نقيصه ها افزودن ذرات تقويت كننده سراميكي به زمينه آلومينايي و در واقع كامپوزيتي كردن اين ماده مي باشد. در اين پژوهش سعي شد براي اولين بار نانو كامپوزيت زمينه آلومينايي تقويت شده با ذرات كاربيد تيتانيوم Al2o3-Tic با استفاده از فرايند مكانو شيميايي توليد گردد. همچنين جهت توليد اين كامپوزيت از مواد اوليه ارزان استفاده شد كه اين موضوع منجر به ارزش افزوده بسيار بالا براي محصول نهايي خواهد بود.