Metal oksit katkılı Al2O3 biyoseramiklerin 3D yazıcıyla üretimi, yapısal, mekanik ve biyolojik özelliklerinin araştırılması
3D printer fabrication of the metal oxide doped Al2O3 bioceramicsand investigation of structural, mechanical and biological
- Tez No: 941432
- Danışmanlar: PROF. DR. BÜLENT AKTAŞ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Harran Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 199
Özet
Biyoseramikler, yüksek mekanik dayanımları, aşınma dirençleri ve biyouyumlulukları nedeniyle ortopedik ve dental uygulamalarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Geleneksel üretim yöntemleri, biyoseramiklerin gözeneklilik kontrolü ve mikro yapı homojenliği açısından sınırlamalar gösterirken, eklemeli üretim (3D baskı) teknolojileri, özellikle Dijital Işık İşleme (DLP) yöntemi, bu sorunlara etkili çözümler sunmaktadır. Bu çalışmada, Al₂O₃'e %1, %3, %5 ve %10 oranlarında Y₂O₃, CaSiO₃ ve BaO katkıları eklenerek kompozit seramikler DLP yöntemiyle üretilmiştir. Elde edilen numunelerin; yoğunluk, büzülme, faz analizi, mikroyapı karakterizasyonu, mekanik testler (sertlik, kırılma tokluğu, eğilme ve basma dayanımı) ve biyolojik analizler açısından değerlendirilmiştir. Sonuçlar, Y₂O₃, CaSiO₃ ve BaO katkılarının yoğunlaşma üzerinde belirgin etkiler yarattığını göstermiştir. En yüksek bağıl yoğunluklar, %3 Y₂O₃ (%95,12, 3,80 g/cm³), %5 CaSiO₃ (%95,35, 3,75 g/cm³) ve %3 BaO (%94,95, 3,82 g/cm³) katkılarında elde edilmiştir. Büzülme analizleri, DLP yöntemine özgü katmanlı yapı nedeniyle Z ekseninde daha fazla büzülme olduğunu ortaya koymuş; en yüksek hacimsel büzülmeler %5 CaSiO₃ (%61,31), %3 BaO (%57,62) ve %3 Y₂O₃ (%53,68) katkılarında gözlemlenmiştir.XRD analizi, katkı maddelerine bağlı olarak çeşitli ikincil fazların oluştuğunu göstermiştir. Y₂O₃ katkısıyla YAG ve YAP, CaSiO₃ ile CaAl₂Si₂O₈ ve CaAl₂O₄, BaO ile ise BaAl₁₂O₁₉ ve BaAl₂O₄ fazları tespit edilmiştir. Mikroyapı analizleri, Y₂O₃ ve CaSiO₃'ün ince taneli yapı oluşturduğunu, BaO'nun ise ikincil faz kümelenmesine neden olduğunu ortaya koymuştur. En yüksek sertlik değerleri %3 Y₂O₃ (17,43 GPa), %5 CaSiO₃ (17,59 GPa) ve %3 BaO (16,79 GPa) katkılarında kaydedilmiştir. Kırılma tokluğu da aynı katkı seviyelerinde 6,04 MPa-m1/2 (Y₂O₃, %3), 6,71 MPa-m1/2 (CaSiO₃, %5) ve 6,41 MPa-m1/2 (BaO, %3) maksimum değerleriyle benzer bir eğilim izlemiştir. Maksimum basma dayanım değerleri %3 Y₂O₃ için (1241,79 MPa), %3 CaSiO₃ (1319,81 MPa) ve %3 BaO (1192,31 MPa), için kaydedilirken, daha yüksek katkı seviyeleri önemli dayanım düşüşlerine neden olmuştur. Biyolojik özellik sonuçları ise CaSiO₃ katkılı seramiklerin biyoaktif kalsiyum fosfat tabakaları oluşturma kabiliyetleri nedeniyle üstün biyoaktivite sergilediğini, Y₂O₃ ve BaO katkılı seramiklerin ise orta düzeyde biyouyumluluk gösterdiğini ortaya koymuştur. Bu çalışma, DLP yöntemiyle yüksek mekanik dayanım ve biyolojik uyumluluk gösteren biyoseramik malzemelerin üretilebileceğini ortaya koymuştur. Elde edilen malzemeler, kemik greftleri, ortopedik implantlar ve biyomedikal mühendislik uygulamaları için potansiyel kullanım alanlarına sahiptir. Bu bulgular, biyoaktif ve yüksek mukavemetli seramik kompozitlerin geliştirilmesine katkı sağlamakla birlikte, DLP teknolojisinin biyoseramik üretimi için verimli bir yöntem olduğunu göstermektedir
Özet (Çeviri)
Bioceramics are widely used in orthopedic and dental applications due to their high mechanical strength, wear resistance, and biocompatibility. While conventional fabrication techniques present limitations in terms of porosity control and microstructural homogeneity, additive manufacturing technologies—particularly Digital Light Processing (DLP)—offer effective solutions to these challenges. In this study, Al₂O₃-based ceramic composites were fabricated via DLP 3D printing by incorporating Y₂O₃, CaSiO₃, and BaO at 1%, 3%, 5%, and 10% weight ratios. The produced samples were evaluated in terms of density, shrinkage, phase composition, microstructural characteristics, mechanical performance (hardness, fracture toughness, flexural and compressive strength), and biological behavior. The results demonstrated that the additives significantly influenced densification. The highest relative densities were obtained at 3% Y₂O₃ (95.12%, 3.80 g/cm³), 5% CaSiO₃ (95.35%, 3.75 g/cm³), and 3% BaO (94.95%, 3.82 g/cm³). Shrinkage analysis confirmed the anisotropic sintering behavior inherent to the DLP process, with greater shrinkage consistently observed along the Z-axis. Maximum volumetric shrinkages were recorded at 5% CaSiO₃ (61.31%), 3% BaO (57.62%), and 3% Y₂O₃ (53.68%). X-ray diffraction (XRD) analysis revealed the formation of secondary phases depending on the additive: YAG and YAP with Y₂O₃; CaAl₂Si₂O₈ and CaAl₂O₄ with CaSiO₃; and BaAl₁₂O₁₉ and BaAl₂O₄ with BaO. Microstructural analysis indicated that Y₂O₃ and CaSiO₃ promoted fine grain structures, while BaO led to secondary phase agglomeration. The highest hardness values were obtained at 3% Y₂O₃ (17.43 GPa), 5% CaSiO₃ (17.59 GPa), and 3% BaO (16.79 GPa). Similarly, maximum fracture toughness was measured at 6.04 MPa·m¹/² (3% Y₂O₃), 6.71 MPa·m¹/² (5% CaSiO₃), and 6.41 MPa·m¹/² (3% BaO). Compressive strength reached its peak at 3% CaSiO₃ (1319.81 MPa), followed by 3% Y₂O₃ (1241.79 MPa) and 3% BaO (1192.31 MPa), while higher additive levels resulted in mechanical degradation. Biological analyses showed that CaSiO₃-doped samples exhibited superior bioactivity due to their ability to form bioactive calcium phosphate layers, while Y₂O₃- and BaO-doped samples demonstrated moderate biocompatibility. This study confirms that DLP 3D printing enables the production of bioceramic materials with excellent mechanical strength and biological compatibility. The developed materials hold significant potential for applications in bone grafts, orthopedic implants, and biomedical engineering. These findings not only contribute to the development of high-strength, bioactive ceramic composites but also highlight DLP 3D printing as an efficient fabrication route for advanced bioceramics
Benzer Tezler
- Sol-jel yöntemi ile (Th-Ce)O2 sentezinde katkı maddelerinin pelet özelliklerine etkilerinin incelenmesi
Investigation of additives effects on the pellet properties at the synthesis of (Th-Ce)O2 via sol gel method
MEHMET BAHADIR ACAR
Doktora
Türkçe
2017
Bilim ve TeknolojiEge ÜniversitesiNükleer Bilimler Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HÜSEYİN TEL
- Bazı oksit esaslı katalizörlerin geliştirilmesi, karakterizasyonu ve fotokatalitik etkilerinin incelenmesi
Development and characterization of some oxide-based catalysts and investigation of their photocatalytic activities
EBRU YİĞİT
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Kimya Mühendisliğiİstanbul ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. GÜLİN SELDA POZAN SOYLU
- ZTO (Zn2SnO4) esaslı tozların hidrotermal yöntemle sentezlenmesi ve bu tozlardan ince film üretiminde kullanılabilecek hedef malzemesi üretilmesi
Synthesis of ZTO (Zn2SnO4) based ceramic powders via hydrothermal method and manufacturing of sputtering target to be used in thin film production
CEM AÇIKSARI
Doktora
Türkçe
2022
Metalurji MühendisliğiEskişehir Teknik ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ENDER SUVACI
PROF. DR. EMEL ÖZEL
- Bükülebilir Al/Al2O3/ZnSe metal oksit yarı iletken aygıtın üretimi, yapısal, optik ve elektriksel karakterizasyonu
Production of flexible Al/Al2O3/ZnSe metal oxide semiconductor device and its structural, optical and electrical characterization
HALİL GÜRSOY
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Fizik ve Fizik MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MURAT ÇALIŞKAN
- Dental uygulamalar için çinko oksit katkılı lityum silikat cam-seramik blokların üretimi ve karakterizasyonu
Production and characterization of zinc oxide doped lithium silicate glass-ceramic blocks for dental applications
AYTAÇ ÇİDEM
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Metalurji MühendisliğiManisa Celal Bayar ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. EMRE YALAMAÇ
DOÇ. DR. MÜCAHİT SÜTÇÜ