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醫(yī)用植入物用鈦板、鈦棒、鈦絲等鈦合金材料的性能要求及常規(guī)牌號


發(fā)布日期:2019-7-18 22:12:03

在人體內(nèi)外傷、腫瘤造成的骨、關(guān)節(jié)損傷,采用醫(yī)用鈦棒、醫(yī)用鈦絲、醫(yī)用鈦板制造人工關(guān)節(jié)、接骨板和螺釘,現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于臨床。還用于髖關(guān)節(jié)(包括股骨頭)、膝關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)、掌指關(guān)節(jié)、指間關(guān)節(jié)、下頜骨、人造椎體(脊柱矯形器)、心臟啟博器外殼、人工心臟(心臟瓣膜)、人工種植牙、鈦鎳牙齒正畸器以及鈦網(wǎng)在頭蓋骨整形方面等。

醫(yī)用鈦棒

對于植入材料的要求可以歸為三方面:鈦棒、鈦絲、鈦鍛件、鈦板與人體的生物相容性、材料在人體環(huán)境中的耐腐蝕性和材料的力學(xué)性能,作為長期植入材料有下列7項(xiàng)具體要求:

①耐腐蝕;

②生物相容性;③優(yōu)越的力學(xué)和疲勞性能;

④韌性;

⑤低的彈性模量;

⑥在組合體中有好的耐磨性;

⑦令人滿意的價(jià)格。

外科植入物材料主要有:金屬、聚合物、陶瓷等,金屬材料又包括不銹鋼、鈷基合金和鈦基合金。

 

材料性能與骨性能的比較和植入物材料的特性比較見表1和表2,從表2中可以看出植入物材料的特性。不銹鋼價(jià)格低廉,易于加工,但耐腐蝕性和生物相容性不如鈦合金;鈷鉻合金的耐腐蝕性比鈦合金好,但密度較大;鈦及鈦合金棒、絲、板等材料由于有比強(qiáng)度高、生物相容性和耐體液腐蝕性好等特點(diǎn),正日益受到重視。鈦合金的不足之處在于耐磨性差,難于鑄造、加工性能也差。

表1 材料性能與骨性能比較

材料
Ti
Ti-6Al-4V
Ti-6Al-7Nb
Co-Cr合金
伸長率/%
10-15
10-15
10-15
15
0.5
抗拉強(qiáng)度/MPa
550-750
1000-1120
≥900
1400-1600
≥250
疲勞強(qiáng)度/MPa
≥400
500-600
620-700
600-870
≥200
彈性模量/GPa
10.5
≥11.0
≥11.0
≥21.0
2.5

表2 三種植入物材料的特性比較

材料
不銹鋼 (SUS316L)
鈷鉻合金 (Co-Cr合金)
鈦合金 (Ti-6Al-4V)
強(qiáng)度
比強(qiáng)度
優(yōu)
彈性模量
耐蝕性
耐磨性
耐腐蝕疲勞
生物相容性
加工性能
優(yōu)

純金屬以及金屬與合金的細(xì)胞毒性和生物相容性中,有毒的元素有V、Ni、Co;無毒元素有Ti、Nb、Zr、Ta、Sn、Pd等,并具有良好生物相容性;Mo、Fe、Au及316L不銹鋼、Co-Cr合金等具有某種程度的生物相容性。作為合金化元素V、Cr、Ni等長期埋入人體內(nèi),有可能溶解成自由的單體進(jìn)入體液中,從而造成對生物體的毒害,所以最終選擇的合金元素有6種,即Ti、Nb、Ta、Mo、Zr及Sn。

現(xiàn)有醫(yī)用(外科植入物用)鈦及鈦合金棒、絲、板有以下幾類:

①工業(yè)純鈦;

②Ti6Al4V和Ti-6Al-4VELI合金;

③Ti-6Al-7Nb合金;

④新型β型鈦合金;

⑤Ti-Ni合金

醫(yī)用(外科植入物用)鈦及鈦合金牌號見表3

表3 醫(yī)用(外科植入用)鈦及鈦合金牌號

1、純鈦Pure Titanium(ASTM F67、GB/T 13810-2007、ISO 5832-2):Gr1,2,3,4 9、Ti-13Nb-13Zr:近β態(tài)
2、Ti-6Al-4V ELI(ASTM F136、ASTM F620、GB/T 13810-2007):α+β態(tài) 10、Ti-12Mo-6Zr-2Fe:β態(tài)
3、Ti-6Al-4V(ISO 5832-3,GB/T 13810-2007):α+β態(tài) 11、Ti-15Mo:β態(tài)
4、Ti-6Al-7Nb(ASTM F1295):α+β態(tài) 12、Ti-16Nb-10Hf:β態(tài)
5、Ti-5Al-2.5Fe(ISO 5832-10):α+β態(tài) 13、Ti-15Mo-5Zr-3Al:β態(tài)
6、Ti-5Al-3Mo-4Zr:α+β態(tài) 14、Ti-15Mo-3Nb:β態(tài)
7、Ti-15Sn-4Nb-2Ta-0.2Pd:α+β態(tài) 15、Ti-35.3Nb-5.1Ta-7.1Zr:β態(tài)
8、Ti-15Zr-4Nb-2Ta-0.2Pd:α+β態(tài) 16、Ti-29Nb-13Ta-4.6Zr:β態(tài)

tag標(biāo)簽:鈦合金,


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