postgraduate student
аспирант
postgraduate student
аспирант
PhD (Engineering), researcher
кандидат технических наук, научный сотрудник
PhD (Engineering), Associate Professor
кандидат технических наук, доцент
Doctor of Sciences (Physics and Mathematics), Professor, chief researcher
доктор физико-математических наук, профессор, главный научный сотрудник
High requirements for biochemical and biomechanical compatibility are applied to the promising alloys to be used as materials for intraosseous implants. Among other things, it involves a number of properties ensuring the accelerated and smooth process of implantation into the bone tissue, as well as its reliable fixation and prevention of implant rejection. Favorable mechanical behavior can be achieved due to the similarity of mechanical properties of an implant and the bone tissue. During the deformation, the bone tissue manifests the mechanical hysteresis. Among the metallic materials, superelastic shape memory Ti-20.8Nb-5.5Zr (in at. %) alloy demonstrates the similar mechanical behavior. However, the higher Young’s modulus of this alloy ensures its biomechanical compatibility insufficiently. Due to the creation of a porous structure, it is possible to decrease radically Young’s modulus. For this purpose, a powder with spherical particles of less than 50 μm in size was produced from the ingot of this composition. Then the powder was uniformly mixed with the blowing agent – the polymethylmethacrylate powder (PMMA) in the form of spherical particles no greater than 250 μm. The mixture of powders was subjected to the double-action compacting and subsequent pyrolysis. In the pyrolysis process, the polymer component was decomposed into gaseous components. As the result of pyrolysis, a porous semi-product was produced from the metallic powder with pores. To strengthen metal particles bonds, the sintering was performed. The final porosity was achieved in the samples by varying the volume ratio of the blowing agent.
It is established that the pre-defined porosity is close to the resulting porosity and the pores are distributed homogeneously within the volume. When increasing the porosity, Young’s modulus decreases, the permeability coefficient increases, and the strength characteristics decrease. At the same time, the calculated mechanical characteristics of samples of various porosities remain within the permissible limits of biomechanical compatibility.
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.