Регистрация / Вход
Прислать материал

14.578.21.0115

Аннотация скачать
Постер скачать
Общие сведения
Номер
14.578.21.0115
Тематическое направление
Индустрия наносистем
Исполнитель проекта
федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС"
Название доклада
Разработка технологических основ получения и управления функциональными свойствами сверхупругих наноструктурных титановых сплавов для создания высокобиосовместимых конструкций костных имплантатов
Докладчик
Жукова Юлия Сергеевна
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
Разработка технологии получения наноструктурных сверхупругих трех- и четырехкомпонентных сплавов на основе Ti-Zr (далее – сплавы на основе Ti-Zr) для создания сплошных и пористых материалов для стоматологических и ортопедических имплантатов заданной формы и с управляемой внутренней структурой.
Актуальность и новизна исследования
Перспективными материалами для изготовления внутрикостных имплантатов являются сплавы на основе системы титан-цирконий, дополнительно легированные ниобием и/или танталом для повышения комплекса функциональных свойств, таких как характеристики сверхупругого поведения и величина модуля Юнга, что в сочетании с правильно подобранным режимом термомеханической обработки позволяет добиться высокой степени схожести деформационного поведения имплантируемой конструкции с таковым для плотной (кортикальной) костной ткани.
Создание пористых структур на основе сплава Ti-Zr позволит в достаточной степени воспроизвести механическое поведение пористой (трабекулярной) костной ткани. Кроме того, развитая открытая пористость такого материала будет способствовать прорастанию костной ткани во внутренние области имлантата, что обеспечит наилучшую интеграцию и фиксацию конструкции.
Управление структурой пористого материала в ходе синтеза и последующей обработки позволит адаптировать конечное изделие под индивидуальные особенности пациента.
Описание исследования

Основной задачей ПНИЭР является разработка технологии получения высокобиосовместимого материала для изготовления металлических конструкций для дентальной и ортопедической имплантологии.

Основные этапы реализации и пути решения поставленной задачи:

1. Получение высококачественных слитков трех- и четырехкомпонентных сверхупругих сплавов на основе Ti-Zr: выплавка пробных слитков малого развеса с помощью вакуумной электро-дуговой плавки с нерасходуемым электродом; поиск перспективных составов на основе Ti-Zr с повышенным кристаллографическим ресурсом обратимой деформации; отработка технологии выплавки для достижения минимального содержания примесей.

2. Оптимизация технологии термомеханической обработки для формирования наноструктурного состояния полученных сплавов, соответствующего наилучшему комплексу функциональных свойств: проведение термомеханической обработки, включающей в себя холодную деформацию, последеформационный отжиг и старение для формирования широкого набора структурных состояний от рекристаллизованного до наноструктурного; исследование влияния термомеханической обработки на структуру и статические и усталостные функциональные свойства сплавов; выбор режима термомеханической обработки, соответствующего оптимальному комплексу функциональных свойств.

3. Выбор и отработка технологии получения пористых однородных и градиентных материалов из сверхупругих сплавов на основе Ti-Zr: получение слитков крупного развеса с последующей атомизацией для получения порошка; в качестве альтернативной технологии получения исходного сырья для пористых материалов механическое сплавление сплава оптимального состава на основе Ti-Zr из элементных порошков; сплавление элементных порошков методами порошковой металлургии и послойным синтезом; получение пористого материала методами порошковой металлургии и послойного синтеза.

4. Определение методологии, выбор и отработка методики формирования персонализируемой структуры и формы имплантатов: получение заданной градиентной пористой структуры методами порошковой металлургии и послойного синтеза; отработка методик резки пористого материала с последующим открытием пор.

5. Комплексное исследование и оптимизация биомеханической и биохимической совместимости полученных материалов: проведение электрохимических исследований; отработка методов модификация поверхности для создания биоактивного слоя; проведение in vitro и in vivo исследований биосовместимости.

6. Изготовление экспериментальных образцов имплантатов: изготовление экспериментальных образцов стоматологических имплантов из полученных материалов с использованием CAD/CAM системы.

Результаты исследования

1 этап работ (2015 год):

1. Подготовлен обзор современной литературы по тематике исследований; выбран и обоснован оптимальный вариант решения задач ПНИЭР.

2. Разработаны лабораторные методики подготовки образцов сплошных и пористых сплавов на основе Ti-Zr для исследований и испытаний, термомеханической обработки сплавов на основе Ti-Zr, получения сплошных сплавов на основе Ti-Zr.

3. Проведен теоретический поиск перспективных составов сплавов на основе Ti-Zr.

4. Изготовлены экспериментальные образцы сплошных сплавов на основе Ti-Zr.

5. Экспериментально оценена возможность управления структурой и свойствами сплавов на основе Ti-Zr методами термомеханической обработки.

6. Проведены патентные исследования по ГОСТ Р 15.011-96.

7. Апробированы различные технологии получения слитков сплавов на основе Ti-Zr.

8. Экспериментально подобраны перспективные составы сплавов на основе Ti-Zr.

9. Проведена выплавка и оценка качества пробных слитков сплавов на основе Ti-Zr.

10. Разработана лабораторная методика получения высококачественных слитков сплавов на основе Ti-Zr оптимальных составов методом вакуумной электродуговой плавки с нерасходуемым электродом.

11. Проведена предварительная термомеханическая обработка полученных сплавов на основе Ti-Zr с использованием комплекса Gleeble 3800.

2 этап работ (2015 год):

1. Разработана программа и методики испытаний экспериментальных образцов сплавов на основе Ti-Zr.

2. Проведены комплексные исследования структуры и биомеханической совместимости сплавов на основе Ti-Zr.

3. Выбран оптимальный режим термомеханической обработки сплавов на основе Ti-Zr для достижения наилучшего комплекса функциональных свойств.

4. Апробированы различные методы получения порошка сплавов на основе Ti-Zr.

5. Отработана технология производства пористых сплавов на основе Ti-Zr методом трехмерного послойного синтеза.

6. Разработана лабораторная методика получения пористых однородных и градиентных сплавов на основе Ti-Zr и изготовлены экспериментальные образцы.

7. Разработан план медико-биологических исследований экспериментальных образцов сплавов на основе Ti-Zr и имплантатов из сплава на основе Ti-Zr оптимального состава in vitro и in vivo.

8. Проведены испытания в соответствии с программой и методиками испытаний экспериментальных образцов сплавов на основе Ti-Zr.

9. Проведены патентные исследования по ГОСТ Р 15.011-96 и подана патентная заявка.

10. Проведена термомеханическая обработка сплавов на основе Ti-Zr по различным режимам.

11. Разработаны рекомендации по проведению термомеханической обработки сплавов на основе Ti-Zr.

12. Изготовлены экспериментальные образцы слитков большого развеса сплава на основе Ti-Zr оптимального состава.

13. Отработана технология производства пористых сплавов на основе Ti-Zr методом классической порошковой металлургии.

14. Скорректирована лабораторная методика получения высококачественных слитков сплавов на основе Ti-Zr.

Практическая значимость исследования
В результате выполнения ПНИЭР будут получены сплошные и пористые материалы на основе сверхупругих сплавов системы Ti-Zr, обладающие наилучшей биомеханической, биохимической и медико-биологической совместимостью с костной тканью организма человека.