Apatit wollastonit esaslı cam seramik malzemelerin üretimi ve mekanik özelliklerinin incelenmesi
Production of apatite-wollastonite based glass ceramics and investigation of its mechanical properties
Yazar: ERHAN İBRAHİMOĞLU
Danışman: PROF. DR. ZAFER TATLI
Sakarya Uygulamalı Bilimler Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering ; Biyoteknoloji = Biotechnology

Özet:
Biyomalzemeler, canlı dokuları desteklemek ya da tedavi etmek için kullanılan doğal ya da sentetik malzemeler olarak tanımlanırlar. Bir biyomalzeme için en önemli özelliklerin başında biyouyumluluk gelmektedir. Kısaca, biyomalzemenin kemik doku ile kimyasal bağ yapması istenmektedir. Bu amaçla da biyoaktif malzemeler geliştirilmiştir. Bu çalışmada da biyoaktif bir malzeme olan apatit wollastonit esaslı malzemenin, tamamen amorf olarak cam fazında üretimi yapılmıştır. Üretilen bu numuneler daha sonra temperleme, kristalizasyon gibi işlemlere tabi tutularak bu işlemlerin etkileri incelenmiştir.
Cam AW numunelerinin üretimi için hazırlanan karışım, 1400oC'nin üzerinde 1 saat boyunca alümina pota içerisinde ergitilmiştir. Daha sonra ergitilmiş cam, grafit kalıplara dökülerek hızlı soğutma işlemi yapılmıştır.
Çalışmada dört farklı numune tipi üretilmiştir. Bunlardan biri apatit – wollastonitin %100 cam formunda olanı, ikinci AW numunesi 745oC'de temperlenmiş numune, üçüncü numune 1150oC'de kristalizasyon işlemi yapılmış AW numunesi, dördüncü numune ise 1500oC'nin üzerinde azot koruyucu atmosferi altında ergitilerek üretilmiş numunedir. Azot katkılı A-W numunesi ayrıca 740oC'de temperleme ısıl işlemine tabi tutulmuştur. İlk üç malzemenin apatit wollastonit oluşum prosesinin kinetiğinin kontrolü hakkında önemli bilgiler sağlaması hedeflenmektedir. Dördüncü numunede ise hedef, azotun yapıya etkisini incelemektir.
Her bir AW işlem sürecinde oluşan etkileri incelemek adına her numune için taramalı elektron mikroskobu (FESEM) ile mikroyapı analizi, elementel analiz (EDS), yapıdaki fazların tespiti için X-ışını kırınım analizi (XRD) ve fourier dönüşümlü kızılötesi spektroskopisi (FTIR) analizleri yapılmıştır. Bu analizlerin yanında bir biyomalzeme için önemli olan mekanik özelliklerin tespiti için sertlik ve kırılma tokluğu hesabı ile yoğunluk ölçümü de yapılmıştır.

Anahtar Kelimeler: Apatit, wollastonit, biyoaktiflik, nitrürlü camlar

Abstract:
Biomaterials are defined as natural or synthetic materials used to support or treat living tissues. One of the most important features for a biomaterial is biocompatibility. Briefly, it is desirable for the biomaterial to has chemically bond with bone tissue. For this purpose, bioactive materials have been developed. In this study, apatite wollastonite based bioactive material was produced completely in amorphous glass phase. This samples were tempered and crystallized. Then, this method's effects were investigated.
The mixture prepared for the production of glass AW samples was melted in alumina crucible for more than 1400°C for 1 hour. Then, melted glass was poured into graphite molds and fast cooling process was performed.
Four different sample types were produced in the study. One of them is 100% glass form of apatite wollastonite, the second one is tempered sample at 745oC, the third one is crystallized AW sample at 1150oC. The fourth sample is produced by melting under nitrogen atmosphere at 1500oC. The nitride AW sample was also tempered at 740oC.
In order to examine the effect of this process on the apatite wollastonite samples, microstructure analysis with elementary electron microscopy (FESEM), elemental analysis (EDS), X-ray diffraction analysis (XRD) and fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) analyzes were performed. In addition to these analyzes, hardness, fracture toughness calculations and density measurements were carried out.

Keywords: Apatite, wollastonite, bioactivity, nitride glass