Hidroksiapatit matrisli yüksek entropili alaşım/yüksek entropili oksit takviyeli kompozit üretimi ve özelliklerinin araştırılması
Production and characterization of hydroxyapatite-matrix composites reinforced with high-entropy alloys and high-entropy oxides
- Tez No: 987025
- Danışmanlar: PROF. DR. SEVAL HALE GÜLER
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Metalurji Mühendisliği, Metallurgical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Biyomalzemeler, Kalsiyum hidroksiapatit, Mekanik alaşımlama, Mekanik alaşımlama tekniği, Metal seramik alaşımları, Biomaterials, Calcium hydroxyapatite, Mechanical alloying, Mechanical alloying technique, Metal ceramic alloys
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Mersin Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Nanoteknoloji ve İleri Malzemeler Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu tez çalışmasında, hidroksiapatit (HA) matrisine farklı katkı oranlarında yüksek entropili alaşım (YEA) ve yüksek entropili oksit (YEO) katkıları yapılarak geliştirilen kompozit biyoseramiklerin mikroyapısal, mekanik ve biyolojik özellikleri sistematik olarak araştırılmıştır. YEA tozları, biyouyumlu elementler olan Ti, Zr, Nb, Hf ve Ta'dan oluşan eşmolar bir alaşım olarak hazırlanmış ve alaşım tozları mekanik alaşımlama yöntemiyle hazırlanmıştır. Bu tozlar kontrollü ısıl işlemler sonucunda YEO partiküllerine dönüştürülmüştür. Hazırlanan YEA ve YEO tozları, %1, %5, %10 ve %20 oranlarında HA ile homojen olarak karıştırılmış ve soğuk izostatik presleme yöntemiyle şekillendirilerek sinterleme ile kompozit seramik numunelere dönüştürülmüştür. Karakterizasyon kapsamında; X-ışını kırınımı (XRD) ile faz analizleri gerçekleştirilmiş, taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve enerji saçılımlı X-ışını spektroskopisi (EDS) ile mikroyapı ve elementel dağılım incelenmiştir. Mekanik performans basma, mikrosertlik, yoğunluk ve aşınma testleri ile değerlendirilmiştir. Biyoaktivite analizleri kapsamında ise numuneler simüle vücut sıvısında (SBF) 4 hafta süre ile bekletilmiş; yüzeylerdeki Ca-P çekirdeklenmeleri ve metal iyon salınımları (ICP-MS) ile değerlendirilmiştir. Ayrıca daldırma öncesi ve sonrası ağırlık ölçümleri yapılarak kütle değişimi ölçümleri gerçekleştirilmiştir. Elde edilen bulgular, YEA katkısının HA matrisine daha homojen dağılması sayesinde mikroyapının sürekliliğini artırarak çatlak ilerlemesini yavaşlattığını ve dolayısıyla daha iyi mekanik özellikler sağladığını göstermiştir. Öte yandan, YEO katkısı seramik karakteri gereği mikroyapıda porozite artışı, faz uyumsuzluğu ve zayıf arayüzey bağları gibi kusurlar yaratmış; bu durum özellikle yüksek katkı oranlarında basma dayanımını belirgin şekilde düşürmüştür. SEM görüntülerinde de gözlemlendiği üzere, YEO katkılı numunelerde partikül yığılmaları ve mikro boşluklar yaygın olup, bu kusurlar çatlak başlangıcı ve gevrek kırılma eğilimini artırmıştır. Buna karşılık YEA katkısı, daha sünek faz yapısı sayesinde çatlak önleyici köprüleme etkisi göstermiştir. Ayrıca, biyoaktivite analizleri her iki sistemde de apatitleşme potansiyeli sunduğunu ortaya koyarken, YEA katkısı daha stabil bir iyon salınım profili sunarak biyouyumlu yapıyı desteklemiştir. Bu çalışma, HA matriksine entegre edilen YEA ve YEO katkılarının kompozit malzeme özelliklerine olan etkilerini ortaya koymakta ve biyomalzeme alanında gelecekteki implant tasarımları için özgün katkılar sunmaktadır.
Özet (Çeviri)
In this thesis, composite ceramics were developed by reinforcing hydroxyapatite (HA) matrix with high entropy alloy (HEA) and high entropy oxide (HEO) particles, and their microstructural, mechanical, and biological properties were systematically investigated. HEA powders were produced by mechanical alloying of a mixture of biocompatible elements (Ti, Zr, Nb, Hf, and Ta), and subsequently converted into HEO particles through controlled thermal oxidation. These HEA and HEO powders were homogenously mixed with HA at 1, 5, 10, and 20 %ağ. ratios. The powder mixtures were then compacted using cold isostatic pressing and sintered to obtain bulk composite ceramic specimens. Phase analysis of the sintered composites was carried out by X-ray diffraction (XRD), while their microstructural and elemental characteristics were examined using scanning electron microscopy (SEM) and energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDS). Mechanical performance was evaluated through compressive strength, microhardness, wear resistance, and density measurements. In terms of biological assessment, the samples were immersed in simulated body fluid (SBF) to investigate bioactivity through apatite formation, and ion release was analyzed by inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS). In addition, degradation behavior was monitored via weight loss measurements. The findings revealed that HEA reinforcement provided enhanced mechanical properties due to its homogeneous distribution within the HA matrix and its ability to impede crack propagation through ductile phase bridging. In contrast, the HEO-reinforced composites exhibited reduced compressive strength, especially at higher addition ratios, which was attributed to increased porosity, interfacial mismatch, and weak ceramic–ceramic bonding. As observed in SEM micrographs, the HEO composites displayed microvoids, particle agglomeration, and intergranular cracks, which acted as stress concentrators and promoted brittle failure. On the other hand, the metallic HEA phases contributed to improved toughness by absorbing stress and delaying crack advancement. Both systems demonstrated bioactivity through apatite formation, but the HEA composites offered more stable ion release profiles and superior structural integrity. This study highlights the effects of HEA and HEO additions on HA-based composites and contributes to the design of next-generation bioimplant materials with improved performance characteristics.
Benzer Tezler
- Aljinat matrisli mineral katkılı hidroksiapatit ile zenginleştirilmiş kemik skafoldları
Alginate matrixed bone scafolds enriched with mineral doped hydroxyapatite
İREM NUR ERKAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Bilim ve TeknolojiNevşehir Hacı Bektaş Veli ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ FATMA ZEHRA KOÇAK
- Hidroksiapatit matrisli gümüş ve karbon nanotüp takviyeli biyokompozitlerin üretimi ve karakterizasyonu
Production and characterization of hydroxyapatite matrix silver and carbon nanotube reinforced biocomposites
SERDAR ÖZKAYA
Doktora
Türkçe
2021
Metalurji MühendisliğiKaradeniz Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AYKUT ÇANAKÇI
- Polilaktik asit (PLA) matrisli nano takviyeli biyouyumlu kompozit malzeme üretimi ve analizi
Biocompatible nanocomposites production and analysis of nano material and poly lactic acid (PLA)
GÜLÇİN EREL
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Mühendislik BilimleriKarabük ÜniversitesiEndüstriyel Tasarım Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ HATİCE EVLEN
- Metal iyon katkılı hidroksiapatit ve kitosan içeren silikon kauçuk soket astarının üretimi ve karakterizasyonu
Production and characterization of silicone rubber socket lining containing metal ion doped hydroxyapatite and chitosan
MOHAMMAD SHARIF WAHEDI
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
BiyomühendislikAfyon Kocatepe ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ATİLLA EVCİN
- Hidroksiapatit-perlit kompozit biyomalzeme üretimi, karakterizasyonu ve ın vıtro davranışı
Hydroxyapatite-perlite composite biomaterial production, characterization and in vitro behavior
ERDOĞAN KARİP
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
Metalurji MühendisliğiFırat ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHTAP MURATOĞLU