Toz metalurjisi yöntemiyle ZrO2 esaslı dental seramik kompozit üretimi
Production of ZrO2 based dental ceramic composite by powder metallurgy
Yazar: ÖZLEM ÇOLAK
Danışman: PROF. DR. ALPAY ÖZER
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İleri Teknolojiler Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences

Özet:
Dental uygulamalar için tasarlanmış biyomalzemelerin geliştirilmesini amaçlayan bu çalışmada yitriyum oksit, bor oksit ve bor nitrür takviyeli zirkonyum oksit seramik kompozitler geleneksel toz metalurjisi tekniği ile üretilmişlerdir. Ağırlıkça yüzde 95 zirkonyum oksit bileşimine farklı oranlarda yitriyum oksit, bor oksit ve bor nitrür ilave edilerek 5 farklı deney grubu oluşturulmuştur. Her deney grubu için farklı üretim parametreleri esas alınarak 135 adet örnekle çalışılmıştır. 200, 300 ve 400 MPa basınç ile soğuk olarak preslenen numunelere 650, 750 ve 850 °C sıcaklıklarda 1 saat ön sinterleme ve 1500 °C sıcaklıkta 4 saat son sinterleme işlemleri uygulanmıştır. Zirkonyum oksit esaslı kompozit numuneler, disk şeklinde (10 mm çapında) hazırlanmıştır. Numunelerin yoğunluk değerleri Arşimet prensibine göre belirlenmiştir. Farklı sinterizasyon işlemleri sonrasında zirkonyum oksit esaslı seramiklerin yoğunluk ve hacimsel değişimlerine etkisi değerlendirilmiştir. Son sinterleme sonrası yoğunluk, presleme sonrası ortalama yoğunluktan daha fazla olduğu tespit edilmiştir. Üretilen numunelerin yoğunlukları sinterleme sıcaklığına bağlı olarak değişim göstermiştir. Üretim parametrelerinin değişmesiyle hacimsel çekme oranında artış belirlenmiştir. Numunelerin mekanik özelliklerini anlamak için nanoindentasyon testleri gerçekleştirilmiştir. Nanoindentasyon testleri, 2000 nm maksimum penetrasyon derinliği, 80 mN maksimum yükte gerçekleştirilmiştir. Sinterleme sıcaklıklarına ve süresine bağlı olarak nano sertlikleri belirlenmiştir. Yoğunluk değerleri ile uyumlu olarak sertlik değerleri de artan ön sinterleme sıcaklığı ile artmıştır. Artan sinterleme sıcaklığı ve nihai sinterleme işlemlerinde sürenin artmasına bağlı olarak hacimsel çekmenin artması, gözeneklerin küçülmesi, böylece sertlik artışının yoğunluk artış değerleri ile uyumlu sonucu olduğu düşünülmektedir.

Abstract:
In this study aiming to develop biomaterials designed for dental applications, yttrium oxide, boron oxide and boron nitride reinforced zirconium oxide ceramic composites were produced by conventional powder metallurgy technique. Five different experimental groups were formed by adding different proportions of yttrium oxide, boron oxide and boron nitride to 95 wt% zirconium oxide composition. For each experimental group, 135 samples were studied based on different production parameters. The samples were cold pressed with 200, 300 and 400 MPa pressure and pre-sintered at 650, 750 and 850 °C for 1 hour and post-sintered at 1500 °C for 4 hours. Zirconium oxide based composite specimens were prepared in the form of discs (10 mm diameter). The density values of the samples were determined according to Archimedes' principle. The effect of different sintering processes on the density and volume changes of zirconium oxide based ceramics was evaluated. The density after final sintering was found to be higher than the average density after pressing.The densities of the produced samples varied depending on the sintering temperature. An increase in the volumetric shrinkage ratio was determined with the change in production parameters. Nanoindentation tests were performed to understand the mechanical properties of the samples. Nanoindentation tests were performed at a maximum penetration depth of 2000 nm and a maximum load of 80 mN. Depending on the sintering temperatures and time, nano hardness was determined. In accordance with the density values, hardness values also increased with increasing pre-sintering temperature. It is thought that the increase in volumetric shrinkage due to increasing sintering temperature and increasing time in the final sintering processes, shrinkage of the pores, and thus hardness increase is the result of the increase in hardness values in accordance with the density increase values.