Farklı Şekillendirme Yöntemleri ile Aşamalı Gözeneğe Sahip Si3N4 Seramik Üretiminin ve Üretilen Malzemenin Biyoseramik Malzeme Olarak Kullanım İmkanın Araştırılması


Topateş G. (Yürütücü)

Yükseköğretim Kurumları Destekli Proje, 2017 - 2019

  • Proje Türü: Yükseköğretim Kurumları Destekli Proje
  • Başlama Tarihi: Mayıs 2017
  • Bitiş Tarihi: Mayıs 2019

Proje Özeti


Aşamalı gözeneğe sahip malzemelerde, malzeme kesiti boyunca gözenek miktarı, boyutu, şekli veya bunlardan ikisinin veya tamamının değişmektedir. Bu çalışma ile aşamalı gözeneğe sahip Si3N4, gözenek oluşturucu ilave (GOİ) kullanılarak, üç farklı seramik şekillendirme yöntemi (kuru presleme, şerit döküm ve jel döküm) ile şekillendirilmiştir. Üretilen malzemelerin yoğunluk, gözenek yapıları, mukavemet ve biyouyumluluk gibi malzeme özellikleri araştırılmıştır.


Aşamalı gözenek, kuru preslemede GOİ içeren ve içermeyen seramik toz karışımlarından hazırlanan yığınların tabakalı olarak preslenmesiyle, şerit dökümde GOİ içeren ve içermeyen şeritlerin laminasyonu ile ve jel dökümde ise GOİ içeren ve içermeyen süspansiyonların üst üste dökümü ile elde edilmiştir. GOİ ve şekillendirme sırasında kullanılan organik ilavelerin seramik yapıdan uzaklaşması için 600oC’de, 1 saat ve hava ortamında ısıl işlem uygulanmıştır. Sinterleme işlemi ise 1700oC’de, 3 saat süre ile azot atmosferi altında kuru presleme ile şekillendirilmiş numunelere yapılmıştır (projede kullanılan fırının arıza yapması nedeniyle jel döküm numuneleri sinterlenememiştir.).


Üretilen numunelerin karakterizasyonunda ise Arşimet suda yüzdürme, porozimetre, 3 nokta eğme testi, x-ışınları difraksiyonu (XRD) ve taramalı elektron mikroskobu (SEM) ile yapılmıştır. Ayrıca, simule vücut sıvısı (SVS) ve canlı kemik hücreleri ile biyouyumluluk testleri de gerçekleştirilmiştir. Üretilen numunelerde, aşamalı gözenek yapısı başarılı bir şekilde üretilmiştir, açık gözenek değerleri %46-49 arasında ölçülmüştür. Kullanılan GOİ sayesinde gözenek boyutu 0.1-175 mm olarak elde edilmiştir. XRD analizi ise yapıda Si3N4’ün hem a hem de b formunun bulunduğunu göstermiştir. SEM incelemesi ise yapıda eş eksenli ve çubuksu a ve b taneleri tespit edilmiştir. Malzemelerin mekanik dayanımları ise 3 nokta eğme mukavemeti ile ölçülmüştür. Kuru presleme ile üretilen numunelerin mukavemeti 61-154 MPa olarak ölçülmüştür. SVS testlerinde ise ağırlıklı olarak Cl içerikli tuzların Si3N4 yüzeyinde çökeldiği görülmüştür. Canlı hücre testleri ise Si3N4’ün toksik olmadığını ve hücre gelişimini teşvik ettiğini göstermiştir. Yapılan fluorensas mikroskobi çalışması, 36 saat ile test edilen Si3N4 numunelerinde kullanılan kemik hücrelerinin canlı olduğunu ve morfolojilerinde herhangi bir bozunmanın gerçekleşmediğini göstermiştir. Üretilen Si3N4 seramiklerinin biyouyumlu özellikleri nedeniyle malzeme zarar gören kemik dokusunun tamirinde veya yer değişiminde kemik grefti olarak kullanım potansiyelinin olduğu proje çalışması ile ortaya çıkarılmıştır.