Farklı kalsiyum fosfat mineralojisine sahip biyo-malzeme tozlarının mikrodalga sinterlenme davranışlarının incelenmesi
Investigation on the microwave sintering of bio-material powders which have different calcium phosphate mineral structure
Yazar: UĞUR MUTLU
Danışman: YRD. DOÇ. DR. M. SERHAT BAŞPINAR
Afyon Kocatepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metal Eğitimi Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2010
Konu: Teknik Eğitim = Technical Education

Özet:
Bu çalışmada piyasaya arz edilen farklı kalsiyum fosfat mineralojisine sahip hidroksiapatit (Ca10 (PO4)6 (OH)2) ve ß-tri-kalsiyum fosfat (ß-TCP, Ca3 (PO4)2) biyo-malzeme tozlarının mikrodalga sinterlenme davranışları ve mineralojik kararlılığı incelenmiştir. Hidroksiapatit ve ß-tri-kalsiyum fosfat yapay seramik kemik dokusu üretiminde yaygın olarak kullanılan hammaddelerdir. Sentetik kemik greftleri yapımında da sık kullanılan bu malzemelerin gözenek yapısı ve mineralojik yapısı, kemik hücrelerinin yapay seramik bünyede çoğalabilmesi ve malzemenin vücut sıvısı içinde kararlılığını etkilemektedir. Bu nedenle farklı mineral yapıya sahip kalsiyum fosfat hammaddelerin oldukça hızlı bir şekilde (30?90 dakika)ısıtılarak sahip oldukları mineral formları bozulmadan mikrodalga sinterlenebilirliği ve mineralojik kararlılığı önemli araştırma konusudur. Bu çalışmada bir adet HA ve bir adet ß-TCP ve bunların %50 oranında homojen karışımından oluşan toz numuneler tek eksenli hidrolik pres ve silindirik çelik kalıp kullanılarak kuru presleme tekniğine uygun olarak şekillendirilmiştir. Hazırlanan numuneler 900 oC, 1000 oC ve 1100 oC' de en yüksek sinterleme sıcaklığında 1 saat tutulmak suretiyle mikro dalga ile çalışan fırında sinterleme işlemine tabi tutulmuştur. Süre sonunda numunelerin fırın içinde soğuması sağlanmış ve numuneler daha sonra fırın dışına alınmıştır. Fırın ısıtma hızı 5 oC/dk olarak uygulanmıştır. Sinterleme işlemine tabi tutulan numunelerin bulk yoğunluk, gözeneklilik ve mukavemet değerleri ölçülmüştür. Sinterleme öncesi ve sonrası XRD çalışması yapılarak mineralojik değişimler saptanmıştır. SEM incelemesi ile genel içyapı gelişimi ve gözenek boyut ilişkileri belirlenmiştir. Sonuç olarak farklı kalsiyum fosfat mineralojisine biyo-malzeme tozlarından oluşturulan sentetik kemik grefti başlangıç tozlarının mikrodalga sinterlenme özellikleri karşılaştırılmış, en uygun greft üretimi açısından HA ve TCP tozlarının karışımından greftler üretmenin uygun olabileceği önerilmiştir.

Abstract:
The main objective of this study was to investigate the microwave sintering properties and stability of two commercial calcium phosphate powders which have different mineralogical structure namely Hydroxyapatite HA (Ca10 (PO4)6 (OH)2) and ß-tri-calcium phosphate (ß-TCP, Ca3 (PO4)2). Hydroxyapatite and ß-tri-calcium phosphate are two widely used raw materials for the production of synthetic ceramic bone production. These materials are also used for the manufacturing of synthetic bone graft production. Pore structure and mineralogical constituents are major factors for the determination of the graft stability in body fluids and augmentation of bone cells in the graft material. For this reason, fast sintering (30-90 min) of these powders under microwave sintering conditions without changing their mineral structure and mineralogical stability is an important research field. In this study, 3 series of sample were prepared from HA, ß-TCP and equal amount mixture of these two powders according to dry pressing technique by using hydraulic press and steel die. Samples were sintered under microwave sintering conditions at 900 oC, 1000 oC and 1100 oC by holding 1 hour at maximum sintering temperature. Samples were allowed to cool in the furnace and taken from the furnace at room temperature. 5 oC/min heating rate was used for the sintering experiments. Bulk density, apparent porosity and strength of the samples were measured. XRD study was conducted on the samples before and after the sintering in order to determine the phase change. SEM investigations were done for the observation of microstructures and measurement of the pore sizes. As a conclusion, sintering properties of different calcium phosphate ceramics under microwave conditions were examined and it was found that mixture of HA and TCP powders is better properties of all for the production of synthetic graft material.