Biyo uygulamalar için su bazlı silisyum nitrür esaslı şerit döküm süspansiyonlarının geliştirilmesi ve karakterizasyonu
Development and characterization of silicon nitride based aqueous tape casting suspensions for bio applications
Yazar: BEYZA KASAL
Danışman: PROF. DR. METİN USTA ; DR. YASEMİN TABAK
Gebze Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences
Dizin: Biyomalzemeler = Biomaterials ; Seramikler = Ceramics ; Silisyum nitrür = Silicon nitride ; Sinterleme = Sintering

Özet:
Silisyum nitrür seramikler, sitotoksik olmamaları, yüksek kırılma tokluğu, yüksek aşınma direnci ve düşük sürünme katsayısı gibi üstün özellikler sergilemeleri, uzun ömürlü olmaları nedeniyle biyo uygulamalarda gün geçtikçe daha fazla kullanım alanı bulmaktadır. Yüksek lisans tezimin amacı; geleceğin potansiyel biyo malzemelerinden biri olan Si3N4 malzemesinin kemiğe benzer morfolojiye sahip ve fonksiyonel olarak derecelendirilmiş şekilde porozite içeren süspansiyonlarının şerit döküm yöntemi ile şekillendirilmesi için su bazlı (çevre dostu olması amacıyla) seramik süspansiyon hazırlanması, farklı dispersiyon özelliklerinin incelenmesi ve üretimi yapılan numunelerin Sol-Jel prosesinde daldırma yöntemiyle Trikalsiyum Fosfat (TCP) ve Chitosan kaplanmasıdır. Şerit döküm yöntemi ile üretimi yapılacak olan "kemik benzeri" mikro ve makro porlar içeren poroz Si3N4 seramik malzemelerin su bazlı süspansiyonunun pH değeri, dispersan oranı, farklı dispersant ortamları, bağlayıcı ve plastikleştirici, por oluşturucu ajanların miktarı ile diğer reolojik parametreler kullanılarak reolojik davranışın optimizasyonu için reçeteler geliştirilmiştir. Farklı oranlarda katkılanan por oluşturucu ajanlar ile farklı reçeteler geliştirilmiş ve fonksiyonel derecelendirilmiş malzeme oluşturulması amacıyla şerit döküm yöntemiyle üretilen şeritler kademeli geçişe izin verecek şekilde lamine edilmiştir.
Lamine edilen numuneler soğuk izostatik pres (CIP) ile preslenmiş ardından bağlayıcı giderme yapılmış ve farklı sıcaklıklarda hava ve azot atmosferlerinde sinterlenmiştir. Poroz silisyum nitrür malzemelere sol-jel yöntemiyle TCP ve Chitosan kaplanmış ardından SEM-EDS, XRD, XRF ve biyolojik testler 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:
Silicon nitride ceramics find out more usage in bio application areas cause of superior properties such as non-cytotoxic, high fracture toughness, high abrasion resistance and low coefficient of creep, long life day by day. My master thesis purpose; preparing based on aqueous and including high porosity as similar to bone tissue morphology and functionally graded silicon nitride, which is one of the future potential materials, ceramic suspensions (friendly environmental) via tape casting, researching on different dispersion agent properties effect on rheology and Tricalcium Phosphate (TCP) and Chitosan coating on produced samples by sol-gel process, especially dip-coating method. Different recipes are developed, which will be produced silicon nitride materials involving porosity similar to bone's morphology and pores by tape casting, for optimization based on aqueous suspension's pH value, dispersion value, different dispersions environments, binder and plasticizer, pore-maker agents amount furthermore will be analyzed rheological behavior with using different rheological parameters. Different recipes are developed by adding different ratios of pore-maker agent and produced tapes are laminated as can be allowed to transition from graded for aimed to the creation of functionally graded materials. Laminated tapes are pressed via Cold Isostatic Press (CIP) after burn-out (binder removal) done and sintered at different temperatures in the air and nitrogen atmosphere. After TCP and Chitosan are coated on porous silicon nitride materials by the sol-gel method, the results have been evaluated by applied SEM-EDS, XRD, XRF, and characterized biological test.
As a result, obtained based on silicon nitride materials, which have microstructure similar to bone, as involve micro and macropores. Expected to supply special on person's needs of orthopedic and spine surgery.