Üç katotlu plazma üreteci ile hidroksiapatit kaplamaların üretimi ve karakterizasyonu
Production and characterization of hydroxyapatite coatings by using three cathode plasma generator
Yazar: GARİP ERDOĞAN
Danışman: PROF. DR. FATİH ÜSTEL
Sakarya Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2015
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering ; Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences
Dizin: Kalsiyum hidroksiapatit = Calcium hydroxyapatite ; Plazma püskürtme = Plasma spraying ; Yüzey kaplama = Surface coating

Özet:
Hasar görmüş organların fonksiyonlarını sağlamak ya da ikame etmek amacıyla canlı vücudu içerisinde kullanılan malzemelere biyomalzemeler denilmektedir. Biyomalzemeler vücut içi gibi ortamlarda birçok negatif faktörü etkisine dayanıklı olmalı ve çevre dokulara olumsuz etkiler göstermemelidirler.  Kemik içi uygulamalar için genellikle Ti alaşımları tercih edilmekle birlikte kemik ve metal implantın birbiri ile tutunmasını geliştirilmesi için çimento adı verilen akrilik esaslı bağlayıcılar ile ya da kemik yapısında bulunan hidroksiapatit minerali ile kaplaması gerçekleştirilmektedir.  Kemik çimentosu katılaşma sırasında oluşan yüksek sıcaklık ve hacimsel küçülme gibi nedenlerle olumsuz etkiler göstermektedir. Bu nedenle hidroksiapaitit esaslı kaplamalar metal kemik tutunmasında daha önemli hale gelmektedir. Çeşitli yöntemler ile üretilebilen hidroksiapatit kaplamalar için plazma sprey tekniği ticari bir önem kazanmıştır.  Plazma ile kaplama sürecinde bir takım reaksiyonlar ile parçalanma gösteren hidroksiapatit kaplamaların parçalanma ürünlerinin kaplama içerisinde oranları plazma sprey proses parametreleri ile önemle kontrol edilmelidir. 

Bu çalışma kapsamında yeni nesil plazma sprey sistemi olan üç katot ve bir anot tasarımına sahip plazma üreteci ile hidroksapatit kaplamaların parametrelere bağlı olarak saflık dereceleri ve parçalanma özellikleri incelenmiştir. Ayrıca parametrelerin kaplamaların morfolojik ve mikroyapısal özelliklerine etkileri incelenerek bu tür kaplamalar için optimizasyon çalışması gerçekleştirilmiştir. Püskürtme sırasında partikül sıcaklık ve hızları da tespit edilerek partikül plazma etkileşimi açıklanmaya çalışmıştır.

Abstract:
Some materials used to provide functionality of an organ or to replace of its functionality in a living body is called as biomaterials. Biomaterials under in – vivo conditions are affected by many factors causing from surrounding living tissues and they have to stand to negative effects of in – vivo conditions as well as not to show reverse effect to living tissues. Generally Titanium alloys are used for bone implants and acrylic based so called cement and hydroxyapatite based coatings are used to improve bone tissue and metallic implants interface coherence. During the application of cement there are several drawbacks coming from solidification reactions rising the temperature of the cement up to 80°C and shrinkage of the applied cements compounds. Therefore hydroxyapatite which is similar biological apatite found in bone tissue is coated onto metallic implants showing a good integrity and properties in terms of integration of implant and bone tissue. Several coating techniques are conducted to coat metallic implants with hydroxyapatite mineral. Only plasma spraying technique is being used for commercial applications. However during spraying hydroxyapatite mineral decomposes into several phase which effect durability of the coating. Those decomposition phases could be controlled by adjusting the spraying parameters therefore an optimization needs to be conducted to understand spraying parameters

In this work a new generation plasma generator consisting of three cathode and one anode was used to produce hydroxyapatite coating with different spraying parameters and the effect of parameters on the coating purity and crystallinity was determined. Furthermore the effect spraying parameters on the microstructural and morphological properties of produced coating was analysed in terms of spraying parameters. Particle temperature and particle temperatures during spraying were observed as well.