Ανάπτυξη σύνθετων επικαλύψεων με βάση τη ζιρκονία σε μεταλλικά εμφυτεύματα

Γεωργοπούλου, Δέσποινα; Georgopoulou, Despoina

dc.contributor.author	Γεωργοπούλου, Δέσποινα	el
dc.contributor.author	Georgopoulou, Despoina	en
dc.date.accessioned	2023-03-06T11:00:25Z
dc.date.available	2023-03-06T11:00:25Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/57210
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.24908
dc.description	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο--Μεταπτυχιακή Εργασία. Διεπιστημονικό-Διατμηματικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών (Δ.Π.Μ.Σ.) “Επιστήμη και Τεχνολογία Υλικών”	el
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Ζιρκονία	el
dc.subject	Επικαλύψεις	el
dc.subject	Βιοϋλικά	el
dc.subject	Τιτάνιο	el
dc.subject	Πορσελάνη	el
dc.subject	Zirconia	en
dc.subject	Coatings	en
dc.subject	Biomaterials	en
dc.subject	Titanium	en
dc.subject	Porcelain	en
dc.title	Ανάπτυξη σύνθετων επικαλύψεων με βάση τη ζιρκονία σε μεταλλικά εμφυτεύματα	el
heal.type	masterThesis
heal.classification	Επιστήμη Υλικών	el
heal.classification	Κεραμικά υλικά	el
heal.language	el
heal.access	campus
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2023-02-16
heal.abstract	Στην παρούσα διπλωματική εργασία διερευνήθηκε η ανάπτυξη πολυστρωματικών επικαλύψεων με βάση τη ζιρκονία σε μεταλλικό εμφύτευμα κράματος τιτανίου, με σκοπό την δημιουργία εμφυτεύματος αρθροπλαστικής επιφάνειας του ισχίου. Οι σύνθετες επικαλύψεις στοχεύουν στην προστασία από έκθεση σε μεταλλικά ιόντα, στα οποία εκτίθεται ο ανθρώπινος οργανισμός από τη τριβή των συμβατικών μεταλλικών εμφυτευμάτων. Η πειραματική διαδικασία είχε ως στόχο την ανάπτυξη σύνθετων επικαλύψεων που αποτελούνταν από μία επίστρωση που συντέθηκε από πρόδρομα αντιδραστήρια της ζιρκονίας ή μίας επικάλυψης υβριδικού συστήματος ζιρκονίας-πυριτίας. Ως δεύτερη επίστρωση αποτέθηκε με τη τεχνική Ατμοσφαιρικού Ψεκασμού Πλάσματος, σταθεροποιημένη τετραγωνική ζιρκονία με ύττρια (YSZ). Ως τελική επίστρωση αποτέθηκε με ψεκασμό οδοντιατρική πορσελάνη στην επιφάνεια των επικαλυμμένων δοκιμίων. Με την βοήθεια του στρώματος οξειδίων, η διασύνδεση μεταξύ της πορσελάνης, και του μεταλλικού υποστρώματος χαρακτηρίζεται από καλή πρόσφυση μέσω χημικής διασύνδεσης. Το πειραματικό μέρος χωρίστηκε σε δύο μέρη, στη σύνθεση των επικαλύψεων και στην αξιολόγησή της ποιότητάς τους από μέρους μηχανικών ιδιοτήτων. Όσον αφορά τη σύνθεση, αναπτύχθηκαν επικαλύψεις με τη μέθοδο λύματος-πηκτής (sol-gel). Η πρώτη ομάδα επικαλύψεων βασίστηκε σε αιωρήματα πρόδρομων αντιδραστηρίων ζιρκονίας σε οργανικούς και υδατικούς διαλύτες, με προσθήκη σταθεροποιητών αλλά και με χρήση υπερήχων (sono-sol). Δεύτερη ομάδα επικαλύψεων αποτέλεσαν οι υβριδικές επικαλύψεις πυριτίας-ζιρκονίας μέσω της ανάμειξης ενός οργανοπυριτικού (organosiloxane) και ενός διαλύματος που περιείχε το πρόδρομο αντιδραστήριο του προς υδρόλυση ζιρκονίου. Η μέθοδος απόθεσης των επικαλύψεων ήταν η μέθοδος επικάλυψης με βύθιση (dip coating). Κατόπιν, ακολούθησε η απόθεση του στρώματος σταθεροποιημένης με ύττρια ζιρκονίας και τελικά, αποτέθηκε επίστρωση οδοντιατρικής πορσελάνης με ψεκασμό. Αναφορικά με το πρώτο στρώμα που αναπτύχθηκε, διερευνήθηκαν οι παράμετροι της τραχύτητας της επιφάνειας του υποστρώματος και του πάχους των επικαλύψεων, για την βελτιστοποίηση των ιδιοτήτων τους. Στη συνέχεια, ακολούθησε ο χαρακτηρισμός των επικαλυμμένων δοκιμίων με τα sol-gel επιστρώματα με τη Μέθοδο Ηλεκτρονικού Μικροσκοπίου Σάρωσης (SEM) για τον χαρακτηρισμό της μορφολογίας του επικαλύψεων, με τη Φασματοσκοπία Υπερύθρων (FT-IR) για τη μελέτη της χημικής διασύνδεσης, ενώ με δοκιμές νανοσκληρομέτρησης μελετήθηκαν οι νανομηχανικές ιδιότητες των δοκιμίων. Τέλος, μελετήθηκε η πρόσφυση της πορσελάνης με τις επικαλύψεις που αναπτύχθηκαν.	el
heal.abstract	This thesis focuses on the development of multi-layered coatings on titanium alloy implants, based on zirconia. The process aims at the development of implants for hip arthroplasty. The role of the coatings is to protect the human body against the exposure to metal ions that are produced because of wear and friction of the implants and are toxic to the cells. The experimental procedure focused on developing coatings consisted of a first layer coating composed of a zirconia precursor, or a hybrid zirconia-silica layer. As a second layer, Yttria-stabilized zirconia (YSZ) was deposited by Atmospheric Plasma Spraying technique. On the top of the two layers, dental porcelain was sprayed. The oxide layer would yield benefits on the adhesion between porcelain and the substrate, leading to chemical bonding. The experimental part was divided into two parts, the first one was the synthesis of the coatings, and the second one was the evaluation of their quality in terms of mechanical strength. Regarding the composition, coatings were developed using the wet chemical method of synthesis, sol-gel. The first group of coatings was based on suspensions of zirconia precursor in organic and aqueous solvents while the addition of stabilizing agents got investigated. The second group consisted of silica-zirconia hybrid coatings that were developed by mixing an organosiloxane solution and an alcosol containing the precursor of hydrolysable zirconium. The coating deposition took place on the top of titanium substrate by dip-coating method, and the second layer of yttria stabilized zirconia got sprayed on the surface of the coating of the oxides. Regarding the development of the first layer, the parameters such as the thickness of the coatings, surface roughness and adhesion to the substrate got investigated, to optimize their properties. Afterwards, the characterization of the morphology of the coated samples was investigated by Scanning Electron Microscope Method (SEM), while the chemical crosslinking got studied by Infrared Spectroscopy (FT-IR), Moreover, the nanomechanical properties of the samples were studied by nanoidentation testing. Lastly, the adhesion between the coatings and porcelain got investigated by Scanning Electron Microscopy.	en
heal.advisorName	Τσετσέκου, Αθηνά	el
heal.committeeMemberName	Μανωλάκος, Δημήτριος	el
heal.committeeMemberName	Κορδάτος, Κωνσταντίνος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	123 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false