Инновационные подходы в имплантации: наноструктурный титан, получение, свойства и применение

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ

УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра химии и химической технологии

РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКАЯ РАБОТА

тема: «Инновационные подходы в имплантации: наноструктурный титан, получение, свойства и применение»

Выполнила: Егорова Анастасия

Факультет: МТ

Группа: НТ-401

Проверила: Зима Т.М.

Новосибирск 2016

Содержание

Введение

1. Наноструктурный титан

2. Получение наноструктурного титана

3. Технические характеристики и свойства наноструктурного титана

4. Области применения наноструктурного титана

Заключение

Список используемой литературы

Введение

титан травматология имплантация

Цель работы - ознакомиться с инновационными подходами в имплантации. Изучить методы получения, применения, а также основные свойства наноструктурного титана. Выяснить роль наноструктурного титана в современной имплантации.

Задачи:

· найти, изучить и обработать информацию о получении, применении и свойствах наноструктурного титана;

· охарактеризовать значение данного материала в современной имплантации;

1. Наноструктурный титан

Наноструктурный титан - наноструктурный упрочненный композиционный материал на основе чистого титана, может быть использован в медицине для изготовления имплантатов и хирургического инструмента.

Наноструктурный титан не содержит токсичных для организма легирующих элементов, имеет высокие механические свойства, сопоставимые с легированными титановыми сплавами. Основными преимуществами наноструктурного титана перед традиционным крупнокристаллическим титаном и легированными титановыми сплавам являются: отсутствие токсичных для организма легирующих элементов, высокая прочность при сохранении на удовлетворительном уровне пластичности, высокая усталостная прочность, высокая биосовместимость.

Основной задачей при разработке наноструктурного титана является повышение прочностных свойств имплантационных материалов при повышении их биологической совместимости.

2. Получение наноструктурного титана

Изобретение относится к порошковой металлургии, а именно к дисперсно-упрочненным композиционным материалам. Существует несколько вариантов получения наноструктурного титана, однако, самой распространенной является технология получения наноструктурного титана, включающая в себя деформационную обработку исходной заготовки технически чистого титана методом интенсивной пластической деформации, состоящей из многократного одноосного прессования в пресс-форме, многоходовой прокатки и низкотемпературного отжига. Рассмотрим более подробно такой способ получения наноструктурного титана.

В качестве заготовки используют пруток из технически чистого титана. На первом этапе обработки проводится равноканальное угловое прессование заготовки при температуре не выше 450°С за 4 прохода. При этом заготовку после каждого прохода поворачивают вокруг своей продольной оси по часовой стрелке на угол 90° для обеспечения равномерности проработки структуры. На данном этапе происходит основное измельчение микроструктуры в объеме заготовки без изменения ее размеров. На начальных стадиях пластической деформации исходные зерна фрагментируются за счет образования деформационных двойников и ячеек с преимущественно малоугловыми дислокационными границами. К концу прессования в структуре образуются новые двойники, в процессе чего происходит дальнейшая фрагментация зерен. Одновременно дислокационные стенки ячеек становятся более узкими и упорядоченными, увеличивается угол их разориентации, что способствует трансформации ячеистой структуры в зеренную. В результате эволюции структуры в процессе равноканального углового прессования в титане формируется зеренно/субзеренная структура, характеризующаяся сильно неравновесными границами и высокой плотностью дислокаций с размером зерен в диапазоне 0.5…0.7 мкм.

После равноканального углового прессования заготовки подвергают термомеханической обработке, в процессе которой осуществляют пластическую деформацию при постепенном снижении температуры в интервале Т=450…350 °С. Пластическая деформация в описанных температурно-скоростных условиях может быть реализована такими методами, как теплая прокатка или объемная штамповка. Сочетание пластической деформации и нагрева способствует дальнейшей эволюции полученной после прессования структуры: трансформации субзеренных границ в зеренные, формированию новых зерен, снижению плотности дислокаций за счет одновременно протекающих процессов возврата и динамической рекристаллизации. Таким образом, в результате комбинированной обработки в технически чистом титане формируется нанокристаллическая структура, в которой до 90% составляют зерна со средним размером 100 нм.

Полученный материал имеет повышенную прочность, усталостную долговечность и биосовместимость. повышение механических свойств титана.

3. Технические характеристики и свойства наноструктурного титана

Наноструктурный титан имеет повышенные механические свойства, такие как прочность, усталостная долговечность и биосовместимость (высокий потенциал взаимодействия материала с костными тканями). Данному материалу свойственно пониженное содержания вредных примесей, таких как алюминий, железо, никель и хром.

4. Области применения наноструктурного титана

Основными областями применения наноструктурного титана являются медицина, травматология, ортопедия (рис3,4), стоматология (рис 5).

Такие операции как эндопротезирование - это обыденные хирургические вмешательства, которые выполняются довольно часто. Благодаря процедуре замены изношенного сустава на протез многие люди избавляются от многолетних мучительных болей, обретают нормальную подвижность, восстанавливают трудоспособность.

Использование титановых сплавов с наноструктурой, обеспечивающей высокие механические свойства при статическом и циклическом нагружении, позволяет разработать новые конструкции имплантатов с улучшенными функциональными свойствами.

Рисунок 1 - наноструктурный титан под оптическим микроскопом

Рисунок 2 - наноструктурный титан под оптическим микроскопом

Рисунок 3 - часть тазобедренного эндопротеза, сделанная из титана

Рисунок 4 - тазобедренный эндопротез, сделанный из титана

Рисунок 5 - использование титана в стоматологии

Заключение

Наноструктурный титан может быть успешно использован для изготовления имплантатов для ортопедии, травматологии, стоматологии, так как обладает повышенной прочностью, усталостной долговечностью, коррозионной стойкостью, биосовместимостью и рядом других преимуществ, необходимых в таком важном деле, как имплантация. Значение таких процедур, как имплантация, является крайне важным в наше время.

Список литературы

1. Сегал В.М., Резников В.И., Копылов В.И., Павлик Д.А., Малышев В.Ф. Процессы пластического структурообразования металлов. - Минск: Наука и техника, 1994.

2. Иголкин А. И. Титан в медицине // Титан. 1993. № 1. С. 86.

3. Колачев Б. А., Елагин В. И., Ливанов В. А. Металловедение и термическая обработка цветных металлов и сплавов. -- М. : МИСИС, 2001. 420 с.

4. Valiev R. Z., Semenova I. P., Jakushina E. B. et al. Nanostructured SPD titanium for medical implants // Mater. Sci. Forum. 2008. Vol. 584- 586. Р. 49-54.

Размещено на Allbest.ru