Gözenekli Ti-esaslı biyomalzeme üretilmesi ve biyouyumluluğunun incelenmesi
Investigation of biocompatibility and fabrication of Ti-based porous biomaterial
Yazar: MEHMET KAYA
Danışman: PROF. DR. FAHRETTİN YAKUPHANOĞLU
Fırat Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2019
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Bu doktora tez çalışmasında atomik olarak Ti-10Nb-10Zr alaşımı, biyomalzeme olarak kullanılmak amacıyla toz metalurjisi (TM) yöntemlerinden geleneksel sinterleme ile üretildi. Üretim sürecinde yüksek saflıkta elementel Ti (titanyum), Nb (niyobyum) ve Zr (zirkonyum) tozları homojen bir karışım elde etmek için dönen bir kap içerisinde 12 saat süreyle karıştırıldı ve sonrasında gözenekli yapı oluşturmak amacıyla amonyum bikarbonat ile karıştırılarak farklı basınçlarda briketlendi. Briketlenen ham numuneler argon atmosferinde farklı sıcaklıklarda sinterlendi. Böylece %3.6 ile %55.44 aralığında gözenek oranına sahip gözenekli Ti-10Nb-10Zr numuneleri üretildi. Üretilen numunelerin optik görüntülerinde farklı şekilli gözeneklerin oluştuğu, gözenek oranlarının ise briketleme basıncının ve sinterleme sıcaklığının artması ile azaldığı belirlendi. Numunelerin mikroyapılarında α (hcp) ve β (bcc) fazlarının oluştuğu ve fazların homojen dağılımlarının artan briketleme ve sinterleme sıcaklığı ile meydana geldiği SEM-EDX ve XRD analizleri ile anlaşıldı. Üretilen numunelerden gözenek oranının azalması ile basma dayanımlarının arttığı ve numunelerin basma dayanımının kemiğin basma dayanımından daha fazla olduğu belirlendi. Numunelerin korozyon dayanımlarının saf titanyumunkinden daha iyi olduğu, ayrıca yapının homojen olması ile korozyon dayanımının arttığı belirlendi. Son olarak, in vivo ortamda yapılan biyouyumluluk çalışmasında, gözenek oranının artması ile yeni kemik ve fibröz doku oluşumunun arttığı, ayrıca herhangi bir doku nekrozunun oluşmadığı anlaşıldı.

Abstract:
this PhD thesis study, atomic Ti-10Nb-10Zr alloy was fabricated with traditional sintering from powder metallurgy (PM) methods to be used as biomaterials. During the production period, high purity elemental Ti (titanium), Nb (niobium) and Zr (zirconium) powders were firstly mixed for 12 hours in a rotating container to form a homogeneous mixture, and then briquetted at different pressures by mixing with ammonium bicarbonate in order to make porous structure. The briquetted raw specimens were sintered at different temperatures in the argon atmosphere. Thus, porous Ti-10Nb-10Zr samples with a porosity in the range of 3.6% to 55.44% were produced. It was seen that different shaped pores were formed in the optical images of the produced samples and the porosity were decreased with the increasing briquetting pressure and sintering temperature. SEM-EDX and XRD analyzes of the samples showed that α (hcp) and β (bcc) phases were occured in the microstructures of samples, and the distribution of the phases became more homogeneous with increasing sintering temperature and briquetted pressure. The compressive tests of the samples showed that the compressive strengths increased with decreasing porosity, and their compressive strengthes were higher than that of bones. The corrosion resistance of the samples was better than that of pure Ti, also the corrosion resistance was increased when the microstructure was homogeny. Finally, in biocompatibility studies conducted in vivo, it was found that the increase of the porosity increased the formation of new bone and fibrous tissue and any tissue necrosis was not seen.