Preview

Frontier Materials & Technologies

Расширенный поиск

ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ И АТТЕСТАЦИЯ ПРОНИЦАЕМЫХ ПЕНОМАТЕРИАЛОВ ИЗ СПЛАВОВ Ti-Nb-Zr МЕДИЦИНСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ

https://doi.org/10.18323/2073-5073-2017-3-53-58

Полный текст:

Аннотация

К перспективным сплавам для использования в качестве материала внутрикостных имплантатов предъявляются требования высокой биохимической и биомеханической совместимости. Это означает в том числе комплекс свойств, обеспечивающих ускоренное вживление имплантата в костную ткань, его надежную фиксацию и предотвращение последующего отторжения. Благоприятное механическое поведение может быть обеспечено за счет схожести механических параметров имплантата и костной ткани. Костная ткань проявляет механический гистерезис при деформации. Среди металлических материалов подобным поведением при деформации обладает сверхупругий сплав с памятью формы Ti–20,8Nb–5,5Zr (в ат. %). Однако относительно высокий модуль Юнга этого сплава в недостаточной степени обеспечивает его биомеханическую совместимость. Благодаря созданию пористой структуры удается радикально уменьшить модуль Юнга. Для этого из слитка данного состава был изготовлен порошок со сферичными частицами размером менее 50 мкм. Далее металлический порошок равномерно перемешали с порообразователем – порошком полиметилметакрилата (ПММА) в виде сферичных частиц размером не более 250 мкм. Смесь порошков подвергали двухстороннему прессованию и последующему пиролизу. В процессе пиролиза полимерный компонент разлагался на газообразные компоненты. В результате пиролиза получали полупродукт из металлического порошка с порами. Для укрепления связи между металлическими частицами проводили спекание. Варьируя объемную долю порообразователя, задавали конечную пористость в образцах.

Установлено, что задаваемая пористость близка к получаемой пористости. При этом наблюдается равномерное распределение пор по объему. При увеличении пористости отмечается снижение модуля Юнга, повышение коэффициента проницаемости, снижение прочностных характеристик. При этом рассчитанные механические характеристики образцов различной пористости лежат в допустимых пределах биомеханической совместимости.

Об авторах

Алибек Магарамович Казакбиев
Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС», Москва
Россия

аспирант



Анастасия Анатольевна Коробкова
Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС», Москва
Россия

аспирант



Вадим Алексеевич Шереметьев
Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС», Москва
Россия

кандидат технических наук, научный сотрудник



Сергей Михайлович Дубинский
Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС», Москва
Россия

кандидат технических наук, доцент



Сергей Дмитриевич Прокошкин
Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС», Москва
Россия

доктор физико-математических наук, профессор, главный научный сотрудник



Список литературы

1. Miyazaki S., Kim H. Y., Hosoda H. Development and characterization of Ni-free Ti-base shape memory and superelastic alloys // Materials Science and Engineering A. 2006. Vol. 438-440. № Spec. iss. P. 18–24.

2. Brailovski V., Prokoshkin S., Gauthier M., Inaekyan K., Dubinskiy S., Petrzhik M., Filonov M. Bulk and porous metastable beta Ti–Nb–Zr(Ta) alloys for biomedical applications // Materials Science and Engineering C. 2011. Vol. 31. № 3. P. 643–657.

3. Dubinskiy S., Prokoshkin S., Brailovski V., Inaekyan K., Korotitskiy A. In situ X-ray diffraction strain-controlled study of Ti–Nb–Zr and Ti–Nb–Ta shape memory alloys: crystal lattice and transformation features // Materials Characterization. 2014. Vol. 88. P. 127–142.

4. Singh R., Lee P.D., Lindley T.C., Dashwood R.J., Ferrie E., Imwinkelried T. Characterization of the structure and permeability of titanium foams for spinal fusion devices // Acta biomaterialia. 2009. Vol. 5. № 1. P. 477–487.

5. Vasconcellos L.M.R. de, Leite D.D., Nascimento F.O., Vasconcellos L.G.O. de, Graca M.L., Carvalho Y.R., Cairo C.A. Porous titanium for biomedical applications: an experimental study on rabbits // Medicina oral patologia oral y cirugia bucal. 2010. Vol. 15. № 2. P. E407–E412.

6. Lewis G. Properties of open-cell porous metals and alloys for orthopedic applications // Journal of Materials Science: Materials in Medicine. 2013. Vol. 24. № 10. P. 2293–2325.

7. Bansiddhi A., Dunand D.C. Shape-memory NiTi foams produced by replication of NaCl space-holders // Acta biomaterialia. 2008. Vol. 4. № 6. P. 1996–2007.

8. Vasconcellos L.M.R., Oliveira M.V., Graca M.L.A., Vasconcellos L.G.O., Cairo C.A.A., Carvalho Y.R. Design of dental implants, influence on the osteogenesis and fixation // Journal of Materials Science: Materials in Medicine. 2008. Vol. 19. № 8. P. 2851–2857.

9. Otsuki B., Takemoto M., Fujibayashi S., Neo M., Kokubo T., Nakamura T. Pore throat size and connectivity determine bone and tissue ingrowth into porous implants: three-dimensional micro-CT based structural analyses of porous bioactive titanium implants // Biomaterials. 2006. Vol. 27. № 35. P. 5892–5900.

10. Niu W., Bai C., Qiu G., Wang Q. Processing and properties of porous titanium using space holder technique // Materials Science and Engineering A. 2009. Vol. 506. № 1-2. P. 148–151.

11. Rivard J., Brailovski V., Dubinskiy S., Prokoshkin S. Fabrication, morphology and mechanical properties of Ti and metastable Ti-based alloy foams for biomedical applications // Materials Science and Engineering C. 2014. Vol. 45. P. 421–433.

12. Köhl M., Habijan T., Bram M., Buchkremer H.P., Stöver D., Köller M. Powder metallurgical near-net-shape fabrication of porous NiTi shape memory alloys for use as long-term implants by the combination of the metal injection molding process with the space-holder technique // Advanced Engineering Materials. 2009. Vol. 11. № 12. P. 959–968.

13. Wang X., Li Y., Xiong J., Hodgson P.D., Wen C. Porous TiNbZr alloy scaffolds for biomedical applications // Acta biomaterialia. 2009. Vol. 5. № 9. P. 3616–3624.

14. Мадорский С.Л. Термическое разложение органических полимеров. М.: Мир, 1967. 328 с.

15. Брык М.Т. Деструкция наполненных полимеров. М.: Химия, 1989. 192 с.

16. Eves H. Two surprising theorems on Cavalieri congruence // The College Mathematics Journal. 1991. Vol. 22. № 2. P. 118–124.

17. Syahrom A., Abdul Kadir M.R., Harun M.N., Öchsner A. Permeability study of cancellous bone and its idealised structures // Medical engineering and physics. 2015. Vol. 37. № 1. P. 77–86.

18. Шереметьев В.А., Дубинский С.М., Икбаль М.А., Коробкова А.А., Казакбиев А.М., Прокошкин С.Д., Браиловский В. Влияние динамического химического протравливания на параметры пористой структуры пеноматериала из сверхупругого сплава Ti–Nb–Zr медицинского назначения // Деформация и разрушение материалов. 2017. № 3. С. 28–32.

19. Keaveny T.M., Morgan E.F., Yeh O.C. Bone mechanics // Standard handbook of biomedical engineering and design. New York: McGRAW-HILL, 2004. P. 8/7–8/12.

20. Currey J.D. The structure and mechanics of bone // Journal of Materials Science. 2012. Vol. 47. № 1. P. 41–54.


Рецензия

Для цитирования:


Казакбиев А.М., Коробкова А.А., Шереметьев В.А., Дубинский С.М., Прокошкин С.Д. ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ И АТТЕСТАЦИЯ ПРОНИЦАЕМЫХ ПЕНОМАТЕРИАЛОВ ИЗ СПЛАВОВ Ti-Nb-Zr МЕДИЦИНСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ. Вектор науки Тольяттинского государственного университета . 2017;(3):53-58. https://doi.org/10.18323/2073-5073-2017-3-53-58

For citation:


Kazakbiev A.M., Korobkova A.A., Sheremetyev V.A., Dubinskiy S.M., Prokoshkin S.D. THE TECHNOLOGY OF PRODUCING AND CERTIFICATION OF Ti-Nb-Zr ALLOYS PERMEABLE FOAM MATERIALS OF MEDICAL PURPOSE. Science Vector of Togliatti State University . 2017;(3):53-58. (In Russ.) https://doi.org/10.18323/2073-5073-2017-3-53-58

Просмотров: 13


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2782-4039 (Print)
ISSN 2782-6074 (Online)