ݺߣ

ݺߣShare a Scribd company logo

Biomateriały spr tytan

•Download as ODT, PDF•
•
Sebastian Rałło
Sebastian Rałło

sfafasfasfasfasfasfasfas

1 of 7
Download to read offline
Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy Im. Jana i Jędrzeja Śniadeckich w Bydgoszczy Wydział Inżynierii Mechanicznej Zakład Inżynierii Biomedycznej Biomateriały Ćwiczenie nr 5 „Stopy tytanu.”
Grupa C Monika Polarczyk Natalia Recka Sebastian Rałło Magdalena Rejmanowska 1. Cel ćwiczenia Zapoznanie się z materiałami stosowanymi na stabilizatory i wszczepy długotrwałe wykonanymi z stopów tytanu, które są stosowane w chirurrgii narządu ruchu oraz ocena ich przebywania w środowisku tkankowym. 2. Omówienie zagadnień A. Podstawowe stopy tytanów stosowane na implanty Tytan występuje w dwóch podstawowych odmianach alotropowych. W temperaturze otoczenia oraz w zakresie do 882˚C ma strukturę heksagonalną, oznaczaną symbolem α. Od temperatury 882˚C do temperatury topnienia tytan ma strukturę ma strukturę regularną przestrzennie centrowaną, oznaczoną symbolem β. Temperatura przemiany alotropowj α<->β zależy od dodatków stopowych obecnych w tytanie, które albo ją podwyższają albo obniżają. Jedynie dodatek cyny, umacniającej stopy, nie wpływa na przemianę fazową.
Podstawowym pierwiastkiem stopowym stabilizującym fazę α w stopach tytanu jest aluminium. Oprócz aluminium fazę tę stabilizują tlen, azon, węgiel. Jest to faza, która nie zostaje zmieniona w wyniku obróbki cieplnej. Wśród stopów tytanu wyodrębniono grupę materiałów określoną jako „prawie α”. Obecne są w nich różne dodatki stopowe, również utrwalające fazę β, ale w tak niewielkiej ilości, że faza α pozostaje dominująca. W fazie β najważniejszymi pierwiastkami stopowymi stabilizującymi jest molibden, wanad, niob, żelazo, tantal i wolfram. W stopach pierwiastki te często występują łącznie z aluminium. Tabela 2. Właściwości mechaniczne stopów tytanu stosowanych na implanty. B. Wpływ dodatków stopowych na właściwości stopów Pierwiastki stopowe występujące w stopach tytanu można podzielić na dwie podstawowe grupy: - pierwiastki stabilizujące fazę α, czyli podnoszące temperaturę przemiany α↔β, do których zalicza się: Al, Ga, Ge oraz O, N, C. - pierwiastki stabilizujące fazę β, czyli obniżające temperaturę przemiany alotropowej α↔β W tej grupie wyróżnia się pierwiastki izomorficzne (V, Mo, Nb, Ta), pierwiastki eutektoidalne (Cu, Cr, Mn, Fe, Ni, Co, Si) oraz pierwiastki pseudo izomorficzne (Ru, Rh, Re, Ir). Najważniejszym dodatkiem stopowym jest aluminium, który obniża gęstość stopów tytanu oraz stabilizuje i umacnia roztworowo fazę α.
Oprócz wyżej wymienionych pierwiastków, do stopów tytanu dodaje się również Sn, Zr, Ge, Hf i Th. Są to tzw. pierwiastki neutralne, niestabilizujące żadnej z faz. Dodawane są z uwagi na otrzymywany efekt umocnienia roztworowego oraz spowalnianie niektórych, niekorzystnych przemian fazowych zachodzących w stopach tytanu, związanych np. z tworzeniem się kruchej, metastabilnej fazy ω. Zwiększenie twardości i odporności powierzchniowej tytanu na zużycie ścierne można uzyskać poprzez implantację jonów N, O i Si. Tlen w największym stopniu wpływa na wytrzymałość tytanu, stąd też pierwiastek ten traktowany jest jako dodatek stopowy. Wzrost wytrzymałości spowodowany jest w tym przypadku umocnieniem roztworu α. Pozostałe domieszki traktowane są jako zanieczyszczenia, jednak że przy ocenie właściwości mechanicznych tytanu, bierze się pod uwagę efekt umocnienia pochodzący także od tych pierwiastków. Obecność wodoru uważana jest za szczególnie niekorzystną z powodu efektu kruchości, jaki wywołuje ten pierwiastek. Z uwagi na trudności dokładnego pomiaru stężenia gazów, jako kryterium klasyfikacji tytanu technicznego przyjmuje się jego właściwości mechaniczne. C. Proces pasywacji Proces, w którym substancja aktywnie chemicznie w danym środowisku wytwarza na swojej powierzchni powłokę pasywną, utworzoną z produktów reakcji chemicznej z otoczeniem. W przypadku tytanu samorzutnie tworzy się zwarta i jednorodna warstewka tlenkowa. Cechy wartwy tlenowej: -nieskie przewodnicwo elektryczne -termodynamiczna stabilność -słaba tendencja do przechodzenia w stan jonowy -zapewnia wysoką odporność na korozję -grubość nie przekracza 10 mm W celu ujednorodnienia warstewki tlenku tytanu stopy tytanu poddawane są pasywacji elektrochemicznej. Proces ten prowadzi się w roztworze otrzymanym przez rozpuszczenie tritlenku chromu w wodzie. Ponadto proces pasywacji można także zamiennie prowadzić w roztworach fosforanowych kwasu ortofosforowego z dodatkiem soli kwasów karboksylowych lub dwukarboksylowych lub z dodatkiem wodorofosforanu lub dwuwodorofosforanu potasu. Pasywację prowadzi się w specjalnie dobranej temperaturze stosując polaryzację anodową tytanu lub jego stopu przy odpowiednim napięciu prądu stałego D. Zastosowanie przedstawionych próbek
a) Rys 1. Gwóźdź krętarzowy Gwoździe krętarzowe krótkie znajdują zastosowanie przy zespoleniach bliższej części kości udowej. Szczególnie zaleca się użycie ich przy złamaniach podkrętarzowych, przezkrętarzowych, międzykrętarzowych. Dzięki zastosowaniu dwóch wkrętów (Wkręt blokujący, Wkręt antyrotacyjny) zaimplantowanych kątowo (kąt trzonowo – śrubowy) uzyskuje się anatomiczne ustawienie główki kości udowej w stosunku do jej trzonu. b) Rys 2. Płytka kompresyjno blokowana Płytki kompresyjno - blokowane to system płytek i wkrętów, które łączą w sobie technikę wkrętów blokowanych z konwencjonalnymi technikami leczenia złamań płytkami. System ten umożliwia, używając konwencjonalnych technik operacyjnych, uzyskanie kątowo stabilnego unieruchomienia odłamów kostnych. Jest on szczególnie wskazany przy: -wieloodłamowych złamaniach; -braku zrostu kostnego lub nieprawidłowym zroście kostnym; -osteopenii kości; -stabilizacji osteotomii; -gdzie zastosowanie tradycyjnych wkrętów nie jest wystarczające lub nie przynosi zamierzonych efektów. c) Rys 3. Płytka kostno- kształtowa
Stosowana w zespoleniach: -nasady kości ramiennej -nasady kości piszczelowej -piętowe -drobnych złamań, a także wielofragmentowych -kości czaszki
Stosowana w zespoleniach: -nasady kości ramiennej -nasady kości piszczelowej -piętowe -drobnych złamań, a także wielofragmentowych -kości czaszki

More Related Content

Biomateriały spr tytan

  • 1. Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy Im. Jana i Jędrzeja Śniadeckich w Bydgoszczy Wydział Inżynierii Mechanicznej Zakład Inżynierii Biomedycznej Biomateriały Ćwiczenie nr 5 „Stopy tytanu.”
  • 2. Grupa C Monika Polarczyk Natalia Recka Sebastian Rałło Magdalena Rejmanowska 1. Cel ćwiczenia Zapoznanie się z materiałami stosowanymi na stabilizatory i wszczepy długotrwałe wykonanymi z stopów tytanu, które są stosowane w chirurrgii narządu ruchu oraz ocena ich przebywania w środowisku tkankowym. 2. Omówienie zagadnień A. Podstawowe stopy tytanów stosowane na implanty Tytan występuje w dwóch podstawowych odmianach alotropowych. W temperaturze otoczenia oraz w zakresie do 882˚C ma strukturę heksagonalną, oznaczaną symbolem α. Od temperatury 882˚C do temperatury topnienia tytan ma strukturę ma strukturę regularną przestrzennie centrowaną, oznaczoną symbolem β. Temperatura przemiany alotropowj α<->β zależy od dodatków stopowych obecnych w tytanie, które albo ją podwyższają albo obniżają. Jedynie dodatek cyny, umacniającej stopy, nie wpływa na przemianę fazową.
  • 3. Podstawowym pierwiastkiem stopowym stabilizującym fazę α w stopach tytanu jest aluminium. Oprócz aluminium fazę tę stabilizują tlen, azon, węgiel. Jest to faza, która nie zostaje zmieniona w wyniku obróbki cieplnej. Wśród stopów tytanu wyodrębniono grupę materiałów określoną jako „prawie α”. Obecne są w nich różne dodatki stopowe, również utrwalające fazę β, ale w tak niewielkiej ilości, że faza α pozostaje dominująca. W fazie β najważniejszymi pierwiastkami stopowymi stabilizującymi jest molibden, wanad, niob, żelazo, tantal i wolfram. W stopach pierwiastki te często występują łącznie z aluminium. Tabela 2. Właściwości mechaniczne stopów tytanu stosowanych na implanty. B. Wpływ dodatków stopowych na właściwości stopów Pierwiastki stopowe występujące w stopach tytanu można podzielić na dwie podstawowe grupy: - pierwiastki stabilizujące fazę α, czyli podnoszące temperaturę przemiany α↔β, do których zalicza się: Al, Ga, Ge oraz O, N, C. - pierwiastki stabilizujące fazę β, czyli obniżające temperaturę przemiany alotropowej α↔β W tej grupie wyróżnia się pierwiastki izomorficzne (V, Mo, Nb, Ta), pierwiastki eutektoidalne (Cu, Cr, Mn, Fe, Ni, Co, Si) oraz pierwiastki pseudo izomorficzne (Ru, Rh, Re, Ir). Najważniejszym dodatkiem stopowym jest aluminium, który obniża gęstość stopów tytanu oraz stabilizuje i umacnia roztworowo fazę α.
  • 4. Oprócz wyżej wymienionych pierwiastków, do stopów tytanu dodaje się również Sn, Zr, Ge, Hf i Th. Są to tzw. pierwiastki neutralne, niestabilizujące żadnej z faz. Dodawane są z uwagi na otrzymywany efekt umocnienia roztworowego oraz spowalnianie niektórych, niekorzystnych przemian fazowych zachodzących w stopach tytanu, związanych np. z tworzeniem się kruchej, metastabilnej fazy ω. Zwiększenie twardości i odporności powierzchniowej tytanu na zużycie ścierne można uzyskać poprzez implantację jonów N, O i Si. Tlen w największym stopniu wpływa na wytrzymałość tytanu, stąd też pierwiastek ten traktowany jest jako dodatek stopowy. Wzrost wytrzymałości spowodowany jest w tym przypadku umocnieniem roztworu α. Pozostałe domieszki traktowane są jako zanieczyszczenia, jednak że przy ocenie właściwości mechanicznych tytanu, bierze się pod uwagę efekt umocnienia pochodzący także od tych pierwiastków. Obecność wodoru uważana jest za szczególnie niekorzystną z powodu efektu kruchości, jaki wywołuje ten pierwiastek. Z uwagi na trudności dokładnego pomiaru stężenia gazów, jako kryterium klasyfikacji tytanu technicznego przyjmuje się jego właściwości mechaniczne. C. Proces pasywacji Proces, w którym substancja aktywnie chemicznie w danym środowisku wytwarza na swojej powierzchni powłokę pasywną, utworzoną z produktów reakcji chemicznej z otoczeniem. W przypadku tytanu samorzutnie tworzy się zwarta i jednorodna warstewka tlenkowa. Cechy wartwy tlenowej: -nieskie przewodnicwo elektryczne -termodynamiczna stabilność -słaba tendencja do przechodzenia w stan jonowy -zapewnia wysoką odporność na korozję -grubość nie przekracza 10 mm W celu ujednorodnienia warstewki tlenku tytanu stopy tytanu poddawane są pasywacji elektrochemicznej. Proces ten prowadzi się w roztworze otrzymanym przez rozpuszczenie tritlenku chromu w wodzie. Ponadto proces pasywacji można także zamiennie prowadzić w roztworach fosforanowych kwasu ortofosforowego z dodatkiem soli kwasów karboksylowych lub dwukarboksylowych lub z dodatkiem wodorofosforanu lub dwuwodorofosforanu potasu. Pasywację prowadzi się w specjalnie dobranej temperaturze stosując polaryzację anodową tytanu lub jego stopu przy odpowiednim napięciu prądu stałego D. Zastosowanie przedstawionych próbek
  • 5. a) Rys 1. Gwóźdź krętarzowy Gwoździe krętarzowe krótkie znajdują zastosowanie przy zespoleniach bliższej części kości udowej. Szczególnie zaleca się użycie ich przy złamaniach podkrętarzowych, przezkrętarzowych, międzykrętarzowych. Dzięki zastosowaniu dwóch wkrętów (Wkręt blokujący, Wkręt antyrotacyjny) zaimplantowanych kątowo (kąt trzonowo – śrubowy) uzyskuje się anatomiczne ustawienie główki kości udowej w stosunku do jej trzonu. b) Rys 2. Płytka kompresyjno blokowana Płytki kompresyjno - blokowane to system płytek i wkrętów, które łączą w sobie technikę wkrętów blokowanych z konwencjonalnymi technikami leczenia złamań płytkami. System ten umożliwia, używając konwencjonalnych technik operacyjnych, uzyskanie kątowo stabilnego unieruchomienia odłamów kostnych. Jest on szczególnie wskazany przy: -wieloodłamowych złamaniach; -braku zrostu kostnego lub nieprawidłowym zroście kostnym; -osteopenii kości; -stabilizacji osteotomii; -gdzie zastosowanie tradycyjnych wkrętów nie jest wystarczające lub nie przynosi zamierzonych efektów. c) Rys 3. Płytka kostno- kształtowa
  • 6. Stosowana w zespoleniach: -nasady kości ramiennej -nasady kości piszczelowej -piętowe -drobnych złamań, a także wielofragmentowych -kości czaszki
  • 7. Stosowana w zespoleniach: -nasady kości ramiennej -nasady kości piszczelowej -piętowe -drobnych złamań, a także wielofragmentowych -kości czaszki