文档介绍：钛合金在医疗方面的应用
钛的起源
钛于1791年由格雷格尔于英国康沃尔郡发现,并用希腊神话的泰坦为其命名。在地壳中,钛的储量仅次于铁、铝、镁居于第四位,它储量非常的丰富。钛的正真利用在20世纪五十年代,美国研制成功的Ti-6Al-4V合金。
钛的性能
由于钛具有熔点高、强度大、韧性好、抗疲劳、耐腐蚀、导热系数低、高低温度耐受性好等优越性能,尤其是钛能和铁、镁、钼等其他金属溶合成性能优越的合金或复合材料。
钛合金简介
定义:钛合金是以钛为基础加入其他元素组成的合金。
种类:α合金,(α+β)合金和β合金。中国分别以TA、TC、TB表示。
钛合金的缺点
钛合金主要限制是在高温与其它材料的化学反应性差,这容易造成模具的损坏,这就使钛合金的价格变得十分昂贵。这是钛合金无法发扬光大的最大致命伤。
钛合金诸多领域应用的实例
钛在生物医学方面的应用
医学领域钛合金主要用于制造植入人体
内的医疗器件、假体或人工器官和辅助治疗设备的钛合金。 主要有钛6铝4钒、。它们具有比强度高、力学性质接近人骨,强度远优于纯钛,还具有耐疲劳、耐腐蚀及生物相容性优良等特点。广泛用于各种人工关节人工骨、骨固定器件、义齿、齿科嵌、固定桥等
钛应用于医学医疗方面的优势
钛具有密度低,,是钢的60%左右,重量轻可以增加病人舒适感和活动功能。强度高,比强度大,外科手术中,植入物的强度水平应高于自然骨,钛及钛合金的屈服强度为207-1379MPa,而自然骨为83-117MPa,故能够满足性能要求。无磁;导热系数小,仅为钢的1/5,铝的1/3,铜的1/2;线膨胀系数小,为碳钢的1/5,为不锈钢的一半;植入物和自然骨之间弹性模量的协调,对于延长使用寿命至关重要,自然骨必须弯而不断。
×103MPa,而钛为钴和不锈钢之半,-×103MPa。钛的弹性模量低,对于人体接受植入件非常重要,同时减少了结合界面上的附加应力,延长了系统的使用寿命。抗阻尼性低;耐热性好,在500℃左右仍能保持良好的机械性能;耐腐蚀性能好。
医用钛合金材料
在医学领域中广泛使用的仍是Ti-6Al-4v ELI合金。但后者会析出极微量的钒和铝离子,降低了其细胞适应性且有可能对人体造成危害,这一问题早已引起医学界的广泛关注。美国早在20世纪80年代中期开始研制无铝、无钒、具有生物相容性的钛合金,将其用于矫形术。日本、英国等也在该方面做了大量的研究工作,并取得一些新的进展。例如
在日本已开发出一系列具有优良生物相容性的α+β钛合金,包括Ti-15Zr-4Nb_4ta-、Ti-15Zr-4Nb-aTa--~、Ti-15Sn-4Nb-2Ta--15Sn-4nb-2Ta--,这些合金的腐蚀强度、疲劳强度和抗腐蚀性能均优于Ti-6Al-4v ELI。与α+β钛合金相比,β钛合金具有更高的强度水乎,以及更好的切口性能和韧性,更适于作为植入物植入人体。在美国,已有5种β钛合金被推荐至医学领域,即TMZFTM(TI-12Mo-^Zr-2Fe)、Ti-13Nb-13Zr、Timetal 21SRx(TI-15Mo--)、Tiadyne 1610(Ti-16Nb-)和Ti-15Mo。