Silisyum nitrür esaslı biyomalzemelerin yapay kemik uygulamaları için şerit döküm yöntemi ile üretimi ve karakterizasyonu
Production of silicon nitride based biomaterials by tape casting method for artifical bone applications and their characterisation
Yazar: YASEMİN TABAK
Danışman: DOÇ. DR. ŞEYDA POLAT
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2018
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering ; Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering ; Seramik Mühendisliği = Ceramic Engineering

Özet:
Bu çalışmanın amacı; kemiğe benzer morfolojiye sahip ve tanımlanmış porozite içeren seramik biyomalzeme geliştirilmesidir. Bu tez kapsamında, "kemik benzeri" mikro ve makro porlar içeren poroz Si3N4 seramik malzemelerin şerit döküm yöntemi ile üretimi üzerinde çalışılmıştır.

Şerit döküm yöntemi ile üretim için Si3N4 tozuna çeşitli dispersan, bağlayıcı, plastikleştirici ve por oluşturucu ajanlar ilave edilerek alkol esaslı çözücü sisteminde farklı alkoller kullanılarak reçeteler hazırlanmıştır. Reolojik özelliklerin belirlenmesi ile birlikte optimize edilen süspansiyonlara farklı oranlarda por oluşturucu katkı ilave edilerek kademeli geçişe sahip olacak şekilde poroz malzeme tasarlanmıştır. Şerit döküm ile elde edilen şeritler, özelliklerine göre üst üste lamine edilerek preslenmiş ve bağlayıcı giderme işleminin ardından farklı sıcaklıklarda hava atmosferi altında sinterlenmiştir. Poroz silisyum nitrür malzemelere sol jel yöntemi ile hidroksiapatit kaplanarak etkileşimi incelenmiştir. Nihai numuneler mikroyapısal incelemenin ardından mekanik, 3D mikrotomografi ve biyolojik testler ile karakterize edilerek sonuçlar değerlendirilmiştir.  

Sonuç olarak kemik benzeri mikroyapıya sahip silisyum nitrür esaslı biyoseramik malzeme mikro ve makro porlar içerecek şekilde elde edilmiştir. Elde edilen ürünün ortopedik ve omurga cerrahisi için kişiye özel ihtiyaçlara cevap vermesi beklenmektedir.

Abstract:
The aim of this study is to develop composite ceramic biomaterial similar to human bone that involves defined porosity. In the concept of this thesis, tape casting method was studied for the production of porous Si3N4 ceramics containing "bone-like" micro and macro pores.

In order to produce Si3N4 tapes by tape casting method, recepies were prepared by using different alcohol based solvent system and adding various dispersing agents, binders, plasticizers and pore-forming agents. The porous material was designed to have gradual transition by adding pore-forming additive in different proportions to the optimized suspensions after determining the rheological properties. Tapes obtained by tape casting method were laminated and pressed according to their properties and sintered under air atmosphere at different temperatures after the removal of binder. Porous silicon nitride material was coated with hydroxyapatite by sol gel method and its interaction was investigated. Final samples were characterized by mechanical, 3D tomography and biological tests after microstructural examination and the results were evaluated.

As a result, a bioceramics material, with bone-like microstructure, based on silicon nitride, containing micro and macro pores with gradual transition has been obtained. The product is expected to respond to the special needs of people in need of orthopedics and spine surgery.