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Lehrstuhl Metallische Werkstoffe 2 Mathias Galetz, Universität Bayreuth
Metallische Biomaterialien
• Einleitung
• Geschichte metallischer Biomaterialien
• Anforderungen an Implantatwerkstoffe
(Bioverträglichkeit,Mechanik, Korrosion)
• Grundlagen der Korrosion
• Metalle im Körper
• Eigenschaften verschiedener metallischer Biomaterialien
• Titan (legierungen)
• Rostfreie Stähle
• Cobaltbasislegierungen
- Weitere Metalle in der Medizintechnik
- Formgedächtnismetalle (SMA)
- Metalle für den Zahnersatz
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Metallische Biomaterialien-Geschichte metallischer Implantate-
Kommerzielle Herstellung von Titan(legierungen)
J. und R. Judet
Ab 1946
erste HüftendoprotheseP. Wiles1938
Entwicklung der ersten CoCr-Legierung (Vitallium)
Erdle1936
Entwicklung von CrNi-Stählen brachte eine entscheidende Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit
KruppAb 1920
Entwicklung der ersten Knochenplatte aus Stahl mit einem Nickelüberzug
H. Hansmann1886
Operationen mit Silber draht zur Fixation von gebrochenen Kniescheiben
J. Lister1860-1883
Verwendung von Eisen -, Gold - und Bronze drähten
HieronimusFabricius
17. Jh.
Behandlung einer angeborenen Gaumenspalte mit einer Gold platte
Petronius1565
BemerkungEntdeckerJahr
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Biokompatible Werkstoffe
Biokompatible Werkstoffe
Oberflächen Strukturen
Abriebpartikel Korrosionsprodukte
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Biologische Anforderungen
• Annahme durch den Körper/Verankerung im Körper
• nicht thrombogen
• nicht toxisch, allergen, fibrogen oder karzinogen
• kein Abbau zellulärer Elemente (Hämolyse)
• keine Veränderung an Plasmaproteinen und Enzymen
• keine Gewebsnekrose
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Anforderungen bzgl. physikalischer und chem. Eigenschaften
• korrosionsfest, degradationsfest und auslaugungsfest bei Kontakt mit Blut oder Körperflüssigkeiten
• mechanische Eigenschaften müssen den Anforderungen genügen (möglichst knochenähnliche Implantatsteifigkeit)
• Funktion übernehmen (Verschleiß, Ermüdung)
• Eine Regeneration lässt sich mit künstlichen Werkstoffen nicht erreichen. Trotzdem müssen Implantate chemisch aggressivster Umgebung ohne Qualitätsverlust über teilweise sehr lange Zeiträume funktionieren.
• Mean Time to Failure (Zeit bis zum Ausfall) >= Lebenserwartung des Patienten
• technische Verarbeitbarkeit
• preiswert
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Werkstoffe mit Kontakt zum Knochen
• Bewegung der Gelenkimplantate relativ zum Gewebe führt zur Einschneidung der Verankerungselemente
• bindegewebige Einheilung ist unerwünscht, da sie die bestmögliche Krafteinleitung verhindert
• Aufwachsen osteoblastenähnlicher Knochen-Zellen zur Fixierung des Implantats im Knochen
- mechanische Strukturierung der Oberfläche - Einstellung der physikalisch-chemischen Eigenschaften
des Oberflächenwerkstoffs
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Grundlagen der KorrosionDie meisten Metalle haben ihren thermodynamisch stabilsten Zustand bei sauerstoffhaltiger Umgebung als Oxid.Korrosion tritt auf, wenn metallische Atome ionisiert in Lösung gehen oder sich mit Sauerstoff zu Oxiden verbinden und sich ablösen.
Körperflüssigkeiten sind wässrige, extrem aggressive Medien im Bezug auf Korrosion (Cl-, Proteine)
Ablaufende Reaktionen:Anode: M -> Mn+ + ne-
Kathode: 2H3O+ + 2e- -> H2 + 2 H2O
und ½ O2 + H2O + 2e- -> 2 OH-
bzw. M+n + ne- -> M
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Korrosion der Metalle-Elektrochemische Spannungsreihe-
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Interkristalline Korrosion Spannungsrisskorrosion/Spaltkorrosion
Kontaktkorrosion
Korrosion der Metalle-Korrosionsarten-
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Beeinflussung des Gewebes durch Metalle-Grenzfläche zum Gewebe-
Metallionen und Metallpartikel gelangen in das umliegende Gewebe durch mechanische Beanspruchung
Veränderung der biologischen Umgebung durch elektrochemische Reaktionen (Senkung oder Erhöhung des pH-Wertes)
Beeinflussung des Implantates durch Gewebe:Erniedrigung des pH-Wertes durch Entzündungen des umliegenden Gewebes
Adsorbtion von Molekülen an der Oberfläche durch elektrische Felder
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Korrosion der Metalle-Pourbaix-Diagramme-
Pourbaix-Diagramme von Chrom (rechts)
PH-Wert im Körper: arteriell 7,39-7,45, venös 7,37-7,42
Nachteile:
Für wässrige Lösungen
Keine Auskunft über Geschwindigkeit
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Metallische Biomaterialien-Korrosionseigenschaften-
Stromfluss als Mass für die Korrosionsgeschwindigkeit (in Ringerlösung)
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Unterteilung
bio-inerte Werkstoffe bio-aktive Werkstoffe
Titan HA (Hydroxylapatit)Tantal biodegradierbareNiob PolymereZirkonium TiO 2 (strukturiert ~20µm)
Al2O3
ZrO 2
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Metallische Biomaterialien-Eigenschaften-
Gewebereaktionen auf verschiedene Elemente und metallische Legierungen
Gewebereaktion
log
Pol
aris
atio
nsw
ider
stan
d
Einkapselung
toxisch
inert
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Metalle im Organismus
Cr-Verbindungen, Ni-Sulfide, Ni-Oxide...
Ni, Co, Cr...
Cu, Co, Ni, Zn...
As, Pb, Hg, Be, Sr, Cr...
Zn, Cu, Mn, Mg, Ca, Na...
Krebs-erregendeWirkung
Allergische Reaktionen
beide Effekte (je nach Konzentration)
toxische Wirkung
wichtige Spuren-elemente
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Toxikologie von Metallen-Beispiele-
• Nickel: allergen, kanzerogen, Alzheimer, Kontaktdermatitis
• Vanadium: Bronchitiden, kanzerogen?
• Chrom: Schleimhautgeschwüre, Kontaktdermatitis, kanzerogen (Lungenkrebs)
• Aluminium: Osteomalazie, mikrozytäre Anämie, Enzephalopathie
• Beryllium: Metalldampffieber, toxische Pneumonie, Beryllosis, kanzerogen im Tierversuch: Lungenkrebs
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www.jointreplacement.com
ww
w.g
-net
z.de
Metalle im Körper
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Metallische Implantate
Vorteile:
• hohe Zugfestigkeit
• hoher Abriebwiderstand (z.B.TiN, ZrO2)
• Sterilisierbarkeit
• keine galvanischen Korrosionsprobleme bei Kombination von Co-und Ti-Legierungen
• Prothesenbrüche eher selten –hohe Schadenstoleranz
Nachteile:
• hoher E-Modul/mechanische Inkompatibilität
• geringere Biokompatibilität
• Korrosion
• hohe Dichte
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Biomaterialien-Mechanische Eigenschaften-
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FG [N/mm2]
E [103N/mm2]
FG/E [%]
(FG)2/E [106J/m2]
Kortikaler Knochen 150 20 0,75 1,1
Kaltverformter rostfreier Stahl 730 190 0,38 2,8
Geschmiedete CoCrMo-Legierung 1000 230 0,43 4,3
Kaltverformtes cp-Titan (Grade 4) 690 105 0,66 4,5
Ti6Al4V 940 110 0,85 8,0
Ti5Al2,5Fe 915 110 0,83 7,6
Ti6Al7Nb 920 110 0,84 7,7
FG= Fließgrenze E= Elastizitätsmodul FG/E= zulässige Dehnung (FG)2/E= Arbeitsvermögen= Energiedichte
Mechanische Eigenschaften
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Eignung der Biomaterialien aus den Werkstoffklassen Metalle, Polymere und Keramik für verschiedene Belastungsarten
Biomaterialien-Anforderungen-
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Biomaterialien-Anforderungen-
Biofunktionalität (BF) metallischer Biomaterialien
BF=Ermüdungsfestigkeit/Elastizitätsmodul
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Metallische Biomaterialien-Anwendungen-
Stähle Co-Basis-Leg.
Cp-Ti Ti-Leg. Shape Memory
Anwendungen Teile
316
L, 1
.44
41
RE
X 7
34
Ni-f
rei C
rMn
Co
Cr2
8M
o6
Co
NiC
rMo
Gra
de
1,2
Gra
de
4
TiA
l6V
4
(EL
I)
TiA
l6N
b7
TiA
l3V
2,5
NiT
i
Hüfte, Knie, Schulter X X X X X Kugeln X X X X Endoprothesen Pfannen X Knochenplatten, Schrauben X X X X Nägel X X X X X Osteosynthese Rückgrat X X X X Implantate, Suprakonstruktionen X X X X Kiefer- und Zahn-
implantologie Orthodontische Drähte X X X X Gehäuse X
Schrittmacher Elektroden, Zuleitungen X
Intravaskuläre Stents Intraprostatic spirals X
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Eigenschaften
Werkstoffe Norm Qualität Behandlung Zugfestigkeit Bruchdehnung
5832-1 1 (1.4441) 490-690 40 5832-9 REX 734 740 35 Stähle 1.4452 P 2000 (i.E.)* 980 55 5832-6 CoNiCrMo 800 40 5832-8 CoNiCrMoFe 600 50 Co-Basisleg.
5832-12 Co Cr28 Mo6 750 5832-2 Grade 1 240 24 5832-2 Grade 2 345 20 5832-2 Grade 3 450 18 5832-2 Grade 4 550 15 5832-3 Ti Al6 V4 860 10
Titan
5832-11 Ti Al6 Nb7
geglüht
900 10
5832-1 1 (1.4441) 860 12 5832-9 REX 734 1060 12 Stähle 1.4452 P 2000 (i.E)* 1200 12 5832-6 CoNiCrMo 1200 10 5832-8 CoNiCrMoFe 1310 12 Co-Basisleg.
5832-12 Co Cr28 Mo6
kaltverformt
1172 12
7,9316 (Stahl)
8,3CoCrMo
4,5Titan
Dichte g/cm3
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40,82ASTM F I295ISO 5832 -11TiAl6Nb7
35,71ASTM F I36ISO 5832 – 3TiAl6V4 (ELI)
30,61ASTM F 67ISO 5832 – 2Grade I – 4
Titan
66,33ASTM F 563ISO 5832 – 8CoNiCrMoWFe
66,33ASTM F 562ISO 5832 – 6CoNiCrMo
71,43ASTM F I537ISO 5832 – 9Co Cr28Mo6
Co-Basis- Legierungen
20,41-DIN 1.4452P 2000
15,31ASTM F I586ISO 5832 – 9REX 734
10,20ASTM F I38ISO 5832 – 1X2 CrNiMo I8 I5 3
Stähle
Preis für Rundmaterial 30 mm Ø €/kg
NormQualitätWerkstoffe
Normen und Preise
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Stahlimplantate-Anwendungen-
Interne FixationssystemeRostfreier Stahl (316LVM) http://www.arge-med.de/HK.htm
Fixateur externe
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Stahlimplantate-Aufbau-
Hauptsächlich hochlegierter Stahlmit 17-20% Chrom, 12-14% Nickel und 2-4% Molybdän. Austenitische Kristallstruktur.
Niedriger Kohlenstoffgehalt (max. 0.03%) verhindert die Ausscheidung von Chromkarbidan den Korngrenzen und fördert Beständigkeit gegen interkristalline Spannungsrisskorrosion. Durch Zulegieren von 2-4 Gew.%Molybdän wird die Beständigkeit gegen Lochfraßkorrosion erhöht.
Duplexstähle(25Cr-7Ni-4Mo-N): höherer Molybdän- und Stickstoffgehalt als die austenitischen Stähle und somit beständiger gegen Lochfraß- und Spaltkorrosion.
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Stähle für die Implantologie-Nichtrostende austenitische Stähle-
Zusammensetzung von Stählen für die Implantologie
Eigenschaften von Stählen für die Implantologie
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Zusammenfassung Stähle
• Austenitische Cr-Ni-Stähle
• Hohe Festigkeit
• Gut geeignet für Kurzzeitanwendungen
• Spannungskorrosionsanfällig – verliert Festigkeit
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CoCrMo-Implantate-Anwendungen-
Hüftkopf Kniegelenk, Femurkomponente,
bicondylär
Kniegelenk-Tibia-Tray, bicondylär
http://www.isp-gmbh-luebeck.de/frameset.html
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CoCrMo-Implantate-Anwendungen-
Co-Cr mit TiNbN-Beschichtung
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CoCr-Legierungen
• CoCrMo-Gusslegierungen: Ausscheidungen des Typs M23C6 (Cr und Mo) in kubisch flächenzentrierten Matrix. Mischkarbide an Dendriten ⇒ hohe Abriebbeständigkeit
– nachträgliches Diffusionsglühen (1220 – 1230°C, 1h) verbessert Zähigkeit (zu hohe Glühtemperaturen: nachteiliger Effekt auf Festigkeit).
• CoCrMo-Schmiedelegierungen: kleine Korngröße und feine Karbidverteilung. ⇒ hohe Ermüdungsfestigkeit
• Anwendung: Hüftgelenk-Endoprothetik.
• CoCrWNi-Legierungen: geringer Kohlenstoffgehalt ⇒ feinkörniges einphasiges Gefüge (kubisch-flächenzentrierte Mischkristalle).
• Anwendung: Endoprothesen und chirurgische Instrumente
• CoNiCrMo-Legierungen: kubisch-flächenzentriertes Gefüge, mechanische Verformung unterhalb 425°C induziert Bildung von Bereichen mit hexagonaler Struktur in der metastabilen, kubisch-flächenzentrierten Matrix.
– Hohe Festigkeit und Zähigkeit. – Genügt nicht den Anforderungen an die Verschleissbeständigkeit für Endoprothesen-Kugeln⇒ lediglich
Schäfte. (Kugeln werden aus CoCrMo-Gusslegierung hergestellt und verschweißt.)
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Korrosionsbeständigkeit
Trotz geringer Anfälligkeit auf allgemeine flächige Korrosion wurde bei CoCr-Legierungen beobachtet, dass Ionen in Lösung gehen und erhöhte Metallionenkonzentration im Blut verursachen.
– Kombination von CoCr-Legierungen mit rostfreien Stählen: deutliche Korrosion der Stahlkomponente
– Kombinationen von unterschiedlichen CoCr-Legie-rungen: kein Angriff durch galvanische Korrosion
– keine Lochfraß- und Spaltkorrosion bei CoCr-Im-plantaten
– über Empfindlichkeit auf Spannungsrisskorrosion und Korrosionsermüdung ist wenig bekannt
– Korrosionsrate von CoCrMo-Legierungen: rund 26 µgcm²d-1
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CoCrMo-Legierungen
* Legierung für Zahnrestauration ( Co + Cr ≥ 85 %, Cr + Mo + Ti ≥25%, Be ≤0,01%)
Zusammensetzung von Schmiedelegierungen
Zusammensetzung von Gusslegierungen
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CoCrMo-Legierungen
* Legierung für Zahnrestauration ( Co + Cr ≥ 85 %, Cr + Mo + Ti ≥25%, Be ≤0,01%)
Zusammensetzung von Schmiedelegierungen
Zusammensetzung von Gusslegierungen
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CoCrMo-Implantate-Eigenschaften-
---0.8515201300Kaltverformt
100,8519001610Kaltverformt (4%)
220,8713501180Kaltverformt (17,5%)
37-600,47-0,54950-1200450-650Weichgelüht
Bruchdehnung (%)
Dehnung/Zugfestigikei
Zugfestigkeit(MPa)
Dehngrenze(MPa)Behandlung
Mechanische Eigenschaften der Legierung Co20Cr15W10Ni in Abhängigkeit der Kaltverformung
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Zusammenfassung CoCr-Legierungen
• Hohe Festigkeit
• Langzeitstabil
• Relativ verschleißfest
• Co, Cr und Ni-Ionen können freigesetzt werden –bei Einsatz in Reibsystemen
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Titanimplantate-Anwendungen-
Hüftgelenksschäfte
Hüftgelenkspfannen (zementlose Implantation)
http://www.peter-brehm.de
Zimmer
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Titanimplantate-Anwendungen-
Zahnimplantate aus (Hydroxylapatit-beschichtetem) Titan
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Titanimplantate-Anwendungen-
Künstliches Herz Tibianägel
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Metallische Biomaterialien-Titan(legierungen)-
Reintitan, cp(commercially pure)
Titanlegierungen (zweiphasig)
Alpha/Beta-Legierungen
(nahe) Beta-Legierungen
Hexagonale Gitterstruktur (alpha) Kubisch-Raumzentriert
(beta) – 50%
Vorteile: extreme Korrosionsbeständigkeit, niedriger E-modul (80-120 GPa),hohe Dauerfestigkeit
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Titan
Reines Titan (commercially pure (cp) titanium) und die Legierung TiAL6V4
cp Titan: unlegiertes Titan (a-Titan mit hexagonal dichtest gepackter Kristallstruktur) mit geringer Konzentration an Verunreinigungs-elementen wie Kohlenstoff, Eisen oder Sauerstoff.
• hoher Schmelzpunkt - Vakuumofen - Tiegellos• geringe Festigkeit, hohe Zähigkeit TiAI6V4 : durch nachträgliche Wärmebehandlung ⇒
Zweiphasenlegierung mit gleichmäßiger Verteilung der Mischkristallphasen
• erhöhte Festigkeit und verbesserte Ermüdungseigenschaften• im gegossenen Zustand nach der Abkühlung: lamellare Duplexstruktur
(a- und b-Lamellen)
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Reintitan-Zusammensetzung und mech. Eigenschaften-
0,0130,10,070,30,35Grade IV
0,0130,10,060,250,3Grade III
0,0130,080,060,20,25Grade II
0,0130,080,050,10,2Grade I
H max. C max.N max.O approx.Fe max.cp- Titan
chemische Zusammensetzung von cp-Titan (wt-%).
30160,53-0,72540-740390Grade IV
30180,54-0,7460-590320Grade III
30220,46-0,64390-540250Grade II
35300,49-0,69290-410200
Platte wie
gewalzt
Grade I
Brucheinschnürung(%)
Bruchdehnung(%)
Rp02/RmRm (MPa)Rp0,2
(MPa)Zustandcp-Titan
mech. Eigenschaften von cp-Titan
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----0,0090,080,050,20,56,5-7,50,25--5,5-6,5Ti6Al7Nb
0,40,10,0150,080,050,2----2,0---4,5-5,5Ti5Al2.5Fe
0,40,10,0150,080,050,2----0,33,5-4,55,5-6,75Ti6Al4V
SummeSingleHCNOTaNbFeVAlAlloy
Titanlegierungen-Zusammensetzung-
Zusammensetzung (Gew.-%)vonα-β-Legierungen
Eigenschaften von α-β-Legierungen
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β -Legierungen -Zusammensetzung und Eigenschaften -
30Ti30Ta
30Ti30Nb
4,54,511,5Ti12Mo5Zr5Sn
5153,8Ti15Mo5Zr3Al
SnNbTaZrMoAlLegierung
Zusammensetzung (Gew.-%) von β- und nahe β Legierungen (ca. 50% alpha)
(Experimentelle Legierungen)
Noch in der Versuchsphase: Vanadiumfrei, Hoch- und dauerfest
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Titan-Oberflächenbeschichtung von TiAl6V4-
_________________________________________________________Total Weight loss Ti V
Material Combination (µg) (µg) (µg)___________________________________________________________________________Untreated- untreated 2423 2925 78,5Untreated- nitrogen ion implanted 1295 1260 31,2Untreated- PVD coated with TiN 1002 902 15,0Untreated- plasma ion nitrided 807 716 6,4PVD- PVD 713 470 8,5Plasma ion nitrided- plasma ion nitrided 273 87 0,5___________________________________________________________________________Testing conditions: plate screw system with a micromotion of 100 µm,
14 days at 1 Hz for 1 200 000 cycles,Testing medium was calf serum solution
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Zusammenfassung Titan
• DAS Biometall, da bioaktiv nicht nur bioinertTiO2-Schicht stabil, selten
Ionenfreisetzung
• Hohe spezifische Eigenschaften
• Schlechte Verschleißeigenschaften
Knochenanlagerung anTitan
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Weitere Metalle in der Medizin-Zirkonium-
Ähnlich biokompatibel wie Titan
-Oberfläche aus extrem verschleißfesten ZrO2
-aufoxidierbar
- Ist erst seit einigen Jahren frei von Restradioaktivität herstellbar
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- Sehr gute Biokompatibilität
- Hoch Korrosionsfest
- Tantalschaum hat ähnliche Eigenschaften wie Knochenkortikalis
- Extrem teuer – noch kaum Anwendung
Weitere Metalle in der Medizin-Tantal-
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http://www.arge-med.de/HK.htm
Hüftkopf aus TiAl6V4 mit Niobbeschichtung
Lidimplantate aus einer Platin-Iridiumlegierung
Weitere Metalle in der Medizin- Platin, Iridium, Niob -
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Anwendungen von Formgedächtnislegierungen (Superplastizität) in der Kieferorthopädie
Formgedächtnislegierungen-Anwendungen-
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Formgedächtnislegierungen -TiNi-
z.B. Ti-56Ni
Weitere Legierungselemente:
Eisen: 0,5-3 %
Kupfer: 1,0-10 %
Chrom: 0,1-1,0 %
Kobalt 0,1-2,0 %
Vanadium: 1,0-8,0 %
Niob: 5,0-15 %
Phasendiagramm Titan-Nickel Einfluss von Verunreinigungen und Legierungselementen
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Formgedächtnislegierungen-Mikrostruktur-
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Formgedächtnislegierungen -Superelastizität-
Ausgangszustand (Austenit)
Unter Last (Martensit)
Endzustand (Austenit)
- Bildung von mechanisch induziertem Martensit
- Temperatur unter Md
Lehrstuhl Metallische Werkstoffe 56 Mathias Galetz, Universität Bayreuth
Formgedächtnislegierungen -Superelastizität-
Vergleich von konventioneller Elastizität und Superelastizität
Lehrstuhl Metallische Werkstoffe 57 Mathias Galetz, Universität Bayreuth
Formgedächtnislegierungen-Anwendungen-
Lehrstuhl Metallische Werkstoffe 58 Mathias Galetz, Universität Bayreuth
Formgedächtnislegierungen -Einwegeffekt-
Ausgangsform
Nach Verformung
Nach Erwärmung
Nach Abkühlen
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Formgedächtnislegierungen -Osteosyntheseklammern-
Lehrstuhl Metallische Werkstoffe 60 Mathias Galetz, Universität Bayreuth
Formgedächtnislegierungen -Anwendung-
Stents –
•Selbstausdehnend (Superelastisch)
•Ausdehnung durch Ballon im Martensitischen Zustand
•Ausdehnung durch Shape.Memory-Effekt durch leichte Erwährmung
Lehrstuhl Metallische Werkstoffe 61 Mathias Galetz, Universität Bayreuth
Formgedächtnislegierungen -Filter in Adern-
Lehrstuhl Metallische Werkstoffe 62 Mathias Galetz, Universität Bayreuth
Amalgam- Zusammensetzung der Legierungen zur Herstellung-
Historischer Überblick:1826 Entwicklung des Quecksilberamalgams durch Taveau in
Paris1840 Amalgamverbot wegen der dabei auftretenden
Quecksilberdampfvergiftung1855 Wiederzulassung1926 Der Chemiker A. Stock aus dem Kaiser-Wilhelm-Institut
warnt erneut vor Quecksilberamalgam ("Die Gefährlichkeit des Quecksilberdampfes und der Amalgame") und beschrieb 1939 die chronische Vergiftung infolge der Instabilität des Amalgams.
1985 Verbot des Amalgams im Ostblock und Amalgamverzicht in Japan
1997 Verbot in Schweden
Aktuell Verbot in Österreich angekündigt
Lehrstuhl Metallische Werkstoffe 63 Mathias Galetz, Universität Bayreuth
Amalgam- Zusammensetzung der Legierungen zur Herstellung-
20-30%12-15%12%max 30%Kupfer
24-30%24-30%24-30%max. 32%Zinn
40-50%55-60%65-70%min. 40%Silber
KupferreichNiedrigsilberamalganHochsilberamalgankonventionellElement
Zusammensetzung Legierungspulver:
Hg ca. 53%Legierungpulver ca. 47%
Zusammensetzung von Legierungspulvern zur Herstellung von Amalgam
http://www.free.de/WiLa/derik/Amalgam.html
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Amalgam -Reaktionen beim Aushärten-
a) Legierungen mit niedrigem Kupfer-Anteil (alte Legierungen)Ag3Sn + Hg � Ag2Hg3 + Sn7-8Hg + Ag3Snγ + Hg � γ1 + γ2 + γ (nicht reagiert)
b) Legierungen mit hohem Kupfer-Gehalt
1. Schritt: Ag3Sn + Hg � Ag2Hg3 + Sn7-8Hg + Ag3Snγ + Hg � γ1 + γ2 + γ (nicht reagiert)
2. Schritt: Sn7-8Hg + Ag-Cu � Cu6Sn5 + Ag2Hg3γ2 + Ag-Cu � Cu6Sn5 + γ1 Aushärtung von Amalgam
Amalgame entstehen durch Vermischen etwa gleicher Gewichtsanteile von Metalllegierungen (Legierungspulver, -kugeln, -splitter, -späne) mit dem bei Raumtemperatur flüssigen Quecksilber (Hg)
Lehrstuhl Metallische Werkstoffe 65 Mathias Galetz, Universität Bayreuth
Amalgam-Toxische Eigenschaften-
• Cu verdrängt Zink, dadurch wird vor allem die Ausscheidung von Schwermetallen durch zinkhaltige Enzyme aus dem Körper gestört
• Entstehung von Methylquecksilber (hochtoxisch mit schleichenden Symptomen)
• Hg selbst hemmt die Na(+)-K(+)-ATPase. Dieses Enzym regelt den osmotischen Druckausgleich in der Zelle durch aktiven Transport von Kalium- und Natriumionen, wobei es große Mengen an ATP verbraucht;.
• Symptome:Antriebslosigkeit, Kopfschmerzen, Magen-Darmbeschwerden, Schwindel, Zittern, Gedächtnisstörungen, Schlafstörungen, Muskelschwäche, Rückenschmerzen, Allergie, Nervosität, Apathie wechselnd mit Gereiztheit, Depression, Ataxie, Lähmungen, Pelzigkeitsgefühle, Hör- und Sehstörungen, Infektanfälligkeit, Herzrhythmusstörungen, Anämie
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Goldinlays
http://www.tarzahn.de/Zahnfuellungen.html
Legierungen aus Gold, Silber, Platin, Kupfer, Palladium
Sehr gut verträglich – bei Einsatz in der Mundhöhle
Keine Korrosion
Wird einzementiert
Hohe Dichte
Niedrige Festigkeit
!Nie gemeinsam mit Amalgam – Kontaktkorrosion!
Lehrstuhl Metallische Werkstoffe 67 Mathias Galetz, Universität Bayreuth
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!
Lehrstuhl Metallische Werkstoffe 68 Mathias Galetz, Universität Bayreuth
Literatur
• Biehl, V, Brem, J.: „Metallic Biomaterials“, in: Mat.-wiss. u. Werkstofftechnik 32 (2001)
• Compe, E. C.; Dental Biomaterials
• Black, J.; Biomaterials Properties
• Helsen, J.A.; Metals as Biomaterials
• Lipscomb, I.P.; The Application of Shape Memory Aloys in Medicine