Wabashpress.ru

Техника Гидропрессы
1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Сплав титана и железа

Титан необыкновенно популярен в медицине: любят титан ортопеды, кардиологи и кардиохирурги, стоматологи, офтальмологи и нейрохирурги. Из титановых сплавов делают превосходные хирургические инструменты, легкие и долговечные.

Часто говорят, что титан – металл хирургов.

Организм человека хорошо переносит конструкции из титанового сплава. Уже много лет такие сплавы применяются в медицине.
Они устойчивы к коррозии в агрессивных средах человеческого тела. На их поверхности образуется оксидная плёнка, которая препятствует выходу ионов имплантата в организм. Ткани вокруг таких имплантатов не изменяются и не воспаляются.

Титановые сплавы очень прочные , способны выдерживать большую нагрузку (например, протез тазобедренного сустава из титанового сплава способен выдерживать усилие до трёх тысяч кг). Они прочнее, чем хром, никель, нержавеющие стали.

При стерилизации медицинских инструментов спиртом, обжиганием, парами формалина и т.д. поверхности титановых сплавов не разрушаются.

И самое важное – титановые сплавы не вызывают аллергии .

Высокая пластичность титановых сплавов позволяет получать из них проволочную сетку и фольгу. Проволочная сетка применяется для пластики мягких тканей. Подшивается такая сетка атравматической иглой с титановой нитью. Титановая мононить иногда используется в офтальмологии.

В стоматологии применение титановых сплавов также оказалось очень успешным. Титановые сплавы легко соединяются с фарфором и композиционными цементами. Из них делают литые каркасы зубных протезов, стоматологические мосты и коронки. Титановые каркасы легко облицовываются керамикой. Такие протезы долговечны и служат 10-15 лет. Врачи широко используют самую передовую технологию для изготовления зубных протезов — титановые имплантаты. Титановый корень вживляется в челюсть, после чего на него наращивают верхнюю часть зуба.

Титановые конструкции (имплантаты, внутрикостные фиксаторы, наружные и внутренние протезы) абсолютно безопасны для костей и мышц. Протезы, изготовленные из титановых сплавов, очень прочны и износостойки, хотя все время выдерживают большие нагрузки. Вспомните, титан в 2-4 раза прочнее железа и в 6-12 раз прочнее алюминия.

Из титана изготавливают протезы маленьких косточек внутри уха – и к людям возвращается слух! Кардиологи для лечения сердца используют такие приборы, как электронный стимулятор и дефибриллятор, корпуса которых тоже титановые.

У титана есть еще одно положительное качество, которое тоже ценится в медицине: Титан – немагнитный металл.

Возможно проведение исследований с использованием аппаратов МРТ у пациентов, имеющих титановые конструкции, или при необходимости использования хирургических инструментов во время исследования.

Больных, у которых есть титановые протезы, можно лечить с помощью физиотерапии при помощи приборов, в основе работы которых заложены физические явления – электротоки и магнит.

  • Назад

ООО «Производственная медицинская компания»
Российская Федерация, Нижегородская область, г. Павлово. Разработка и изготовление титановых хирургических инструментов и титановых конструкций.

Титан

Титан

Титан — химический элемент с атомным номером 22. Принадлежит к 4-й группе периодической таблицы химических элементов (по устаревшей короткой форме периодической системы принадлежит к побочной подгруппе IV группы, или к группе IVB), находится в четвёртом периоде таблицы. Атомная масса элемента 47,867(1) а. е. м . Обозначается символом Ti. Простое вещество титан — лёгкий прочный металл серебристо-белого цвета. Обладает высокой коррозионной стойкостью.

Содержание

  • 1 История
  • 2 Происхождение названия
  • 3 Нахождение в природе
  • 4 Месторождения
  • 5 Запасы и добыча
  • 6 Получение
  • 7 Физические свойства
    • 7.1 Изотопы
    • 9.1 В чистом виде и в виде сплавов
    • 9.2 В виде соединений
    • 9.3 Анализ рынков потребления
    • 9.4 Цены

    Титан

    История

    Открытие диоксида титана (TiO2) сделали практически одновременно и независимо друг от друга англичанин У. Грегор и немецкий химик М. Г. Клапрот. У. Грегор, исследуя состав магнитного железистого песка (Крид, Корнуолл, Англия, 1791), выделил новую «землю» (оксид) неизвестного металла, которую назвал менакеновой. В 1795 году немецкий химик Клапрот открыл в минерале рутиле новый элемент и назвал его титаном. Спустя два года Клапрот установил, что рутил и менакеновая земля — оксиды одного и того же элемента, за которым и осталось название «титан», предложенное Клапротом. Через 10 лет открытие титана состоялось в третий раз: французский учёный Л. Воклен обнаружил титан в анатазе и доказал, что рутил и анатаз — идентичные оксиды титана.

    Первый образец металлического титана получил в 1825 году швед Й. Я. Берцелиус. Из-за высокой химической активности титана и сложности его очистки чистый образец Ti получили голландцы А. ван Аркел и И. де Бур в 1925 году термическим разложением паров иодида титана TiI4.

    Титан не находил промышленного применения, пока люксембуржец Г. Кролл в 1940 году не запатентовал простой магниетермический метод восстановления металлического титана из тетрахлорида; этот метод процесс Кролла до настоящего времени остаётся одним из основных в промышленном получении титана.

    Происхождение названия

    Металл получил своё название в честь титанов, персонажей древнегреческой мифологии, детей Геи. Название элементу дал Мартин Клапрот в соответствии со своими взглядами на химическую номенклатуру в противовес французской химической школе, где элемент старались называть по его химическим свойствам. Поскольку немецкий исследователь сам отметил невозможность определения свойств нового элемента только по его оксиду, он подобрал для него имя из мифологии, по аналогии с открытым им ранее ураном.

    Нахождение в природе

    Титан находится на 10-м месте по распространённости в природе. Содержание в земной коре — 0,57 % по массе, в морской воде — 0,001 мг/л . В ультраосновных породах 300 г/т , в основных — 9 кг/т , в кислых 2,3 кг/т , в глинах и сланцах 4,5 кг/т . В земной коре титан почти всегда четырёхвалентен и присутствует только в кислородных соединениях. В свободном виде не встречается. Титан в условиях выветривания и осаждения имеет геохимическое сродство с Al2O3. Он концентрируется в бокситах коры выветривания и в морских глинистых осадках. Перенос титана осуществляется в виде механических обломков минералов и в виде коллоидов. До 30 % TiO2 по весу накапливается в некоторых глинах. Минералы титана устойчивы к выветриванию и образуют крупные концентрации в россыпях. Известно более 100 минералов, содержащих титан. Важнейшие из них: рутил TiO2, ильменит FeTiO3, титаномагнетит FeTiO3 + Fe3O4, перовскит CaTiO3, титанит (сфен) CaTiSiO5. Различают коренные руды титана — ильменит-титаномагнетитовые и россыпные — рутил-ильменит-цирконовые.

    Месторождения

    Крупные коренные месторождения титана находятся на территории ЮАР, России, Украины, Канады, США, Китая, Норвегии, Швеции, Египта, Австралии, Индии, Южной Кореи, Казахстана; россыпные месторождения имеются в Бразилии, Индии, США, Сьерра-Леоне, Австралии. В странах СНГ ведущее место по разведанным запасам титановых руд занимает РФ (58,5 %) и Украина (40,2 %). Крупнейшее месторождение в России — Ярегское.

    Запасы и добыча

    Основные руды: ильменит (FeTiO3), рутил (TiO2), титанит (CaTiSiO5).

    По данным на 2002 год, 90 % добываемого титана использовалось на производство диоксида титана TiO2. Мировое производство диоксида титана составляло 4,5 млн т. в год. Подтверждённые запасы диоксида титана (без России) составляют около 800 млн т. На 2006 год, по оценке Геологической службы США, в пересчёте на диоксид титана и без учёта России, запасы ильменитовых руд составляют 603—673 млн т., а рутиловых — 49,7—52,7 млн т. Таким образом, при нынешних темпах добычи мировых разведанных запасов титана (без учёта России) хватит более чем на 150 лет.

    Россия обладает вторыми в мире, после Китая, запасами титана. Минерально-сырьевую базу титана России составляют 20 месторождений (из них 11 коренных и 9 россыпных), достаточно равномерно рассредоточенных по территории страны. Самое крупное из разведанных месторождений (Ярегское) находится в 25 км от города Ухта (Республика Коми). Запасы месторождения оцениваются в 2 миллиарда тонн руды со средним содержанием диоксида титана около 10 %.

    Крупнейший в мире производитель титана — российская компания «ВСМПО-АВИСМА».

    Получение

    Титан

    Как правило, исходным материалом для производства титана и его соединений служит диоксид титана со сравнительно небольшим количеством примесей. В частности, это может быть рутиловый концентрат, получаемый при обогащении титановых руд. Однако запасы рутила в мире весьма ограничены, и чаще применяют так называемый синтетический рутил или титановый шлак, получаемые при переработке ильменитовых концентратов. Для получения титанового шлака ильменитовый концентрат восстанавливают в электродуговой печи, при этом железо отделяется в металлическую фазу (чугун), а невосстановленные оксиды титана и примесей образуют шлаковую фазу. Богатый шлак перерабатывают хлоридным или сернокислотным способом.

    Концентрат титановых руд подвергают сернокислотной или пирометаллургической переработке. Продукт сернокислотной обработки — порошок диоксида титана TiO2. Пирометаллургическим методом руду спекают с коксом и обрабатывают хлором, получая пары тетрахлорида титана TiCl4:

    Образующиеся пары TiCl4 при 850 °C восстанавливают магнием:

    Кроме этого, в настоящее время начинает получать популярность так называемый процесс FFC Cambridge, названный по именам его разработчиков Дерека Фрэя, Тома Фартинга и Джорджа Чена из Кембриджского университета, где он был создан. Этот электрохимический процесс позволяет осуществлять прямое непрерывное восстановление титана из оксида в расплаве смеси хлорида кальция и негашёной извести (оксида кальция). В этом процессе используется электролитическая ванна, наполненная смесью хлорида кальция и извести, с графитовым расходуемым (либо нейтральным) анодом и катодом, изготовленным из подлежащего восстановлению оксида. При пропускании через ванну тока температура быстро достигает

    1000—1100 °C, и расплав оксида кальция разлагается на аноде на кислород и металлический кальций:

    Полученный кислород окисляет анод (в случае использования графита), а кальций мигрирует в расплаве к катоду, где и восстанавливает титан из его оксида:

    Образующийся оксид кальция вновь диссоциирует на кислород и металлический кальций, и процесс повторяется вплоть до полного преобразования катода в титановую губку либо исчерпания оксида кальция. Хлорид кальция в данном процессе используется как электролит для придания электропроводности расплаву и подвижности активным ионам кальция и кислорода. При использовании инертного анода (например, диоксида олова), вместо углекислого газа на аноде выделяется молекулярный кислород, что меньше загрязняет окружающую среду, однако процесс в таком случае становится менее стабильным, и, кроме того, в некоторых условиях более энергетически выгодным становится разложение хлорида, а не оксида кальция, что приводит к высвобождению молекулярного хлора.

    Полученную титановую «губку» переплавляют и очищают. Рафинируют титан йодидным способом или электролизом, выделяя Ti из TiCl4. Для получения титановых слитков применяют дуговую, электронно-лучевую или плазменную переработку.

    Физические свойства

    Титан — лёгкий серебристо-белый металл. При нормальном давлении существует в двух кристаллических модификациях: низкотемпературный α -Ti с гексагональной плотноупакованной решёткой (гексагональная сингония, пространственная группа C6mmc, параметры ячейки a = 0,2953 нм , c = 0,4729 нм , Z = 2 ) и высокотемпературный β -Ti с кубической объёмно-центрированной упаковкой (кубическая сингония, пространственная группа Im3m, параметры ячейки a = 0,3269 нм , Z = 2 ), температура перехода α↔β 883 °C, теплота перехода ΔH =3,8 кДж/моль (87,4 кДж/кг). Большинство металлов при растворении в титане стабилизируют β -фазу и снижают температуру перехода α↔β . При давлении выше 9 ГПа и температуре выше 900 °C титан переходит в гексагональную фазу ( ω -Ti). Плотность α -Ti и β -Ti соответственно равна 4,505 г/см³ (при 20 °C) и 4,32 г/см³ (при 900 °C). Атомная плотность α-титана 5,67⋅10 22 ат/см³ .

    Температура плавления титана при нормальном давлении равна 1670 ± 2 °C, или 1943 ± 2 К (принята в качестве одной из вторичных калибровочных точек температурной шкалы ITS-90. Температура кипения 3287 °C. При достаточно низкой температуре (-80 °C), титан становится довольно хрупким. Молярная теплоёмкость при нормальных условиях Cp = 25,060 кДж/(моль·K) , что соответствует удельной теплоёмкости 0,523 кДж/(кг·K) . Теплота плавления 15 кДж/моль , теплота испарения 410 кДж/моль . Характеристическая дебаевская температура 430 К . Теплопроводность 21,9 Вт/(м·К) при 20 °C. Температурный коэффициент линейного расширения 9,2·10 −6 К −1 в интервале от −120 до +860 °C. Молярная энтропия α -титана S 0 = 30,7 кДж/(моль·К). Для титана в газовой фазе энтальпия формирования ΔH 0
    f = 473,0 кДж/моль , энергия Гиббса ΔG 0
    f = 428,4 кДж/моль , молярная энтропия S 0 = 180,3 кДж/(моль·К) , теплоёмкость при постоянном давлении Cp = 24,4 кДж/(моль·K)

    Удельное электрическое сопротивление при 20 °C составляет 0,58 мкОм·м (по другим данным 0,42 мкОм·м), при 800 °C 1,80 мкОм·м. Температурный коэффициент сопротивления 0,003 К −1 в диапазоне 0…20 °C.

    Пластичен, сваривается в инертной атмосфере. Прочностные характеристики мало зависят от температуры, однако сильно зависят от чистоты и предварительной обработки. Для технического титана твёрдость по Виккерсу составляет 790—800 МПа , модуль нормальной упругости 103 ГПа , модуль сдвига 39,2 ГПа . У высокочистого предварительно отожжённого в вакууме титана предел текучести 140—170 МПа, относительное удлинение 55—70 %, твёрдость по Бринеллю 716 МПа .

    Имеет высокую вязкость, при механической обработке склонен к налипанию на режущий инструмент, и поэтому требуется нанесение специальных покрытий на инструмент, различных смазок.

    При обычной температуре покрывается защитной пассивирующей плёнкой оксида TiO2, благодаря этому коррозионностоек в большинстве сред (кроме щелочной).

    Температура перехода в сверхпроводящее состояние 0,387 К. При температурах выше 73 кельвин титан парамагнитен. Магнитная восприимчивость при 20 °C составляет 3,2·10 −6 . Постоянная Холла α -титана равна +1,82·10 −13 .

    Изотопы

    Известны изотопы титана с массовыми числами от 38 до 63 (количество протонов 22, нейтронов от 16 до 41), и 2 ядерных изомера.

    Природный титан состоит из смеси пяти стабильных изотопов: 46 Ti (изотопная распространенность 7,95 %), 47 Ti (7,75 %), 48 Ti (73,45 %), 49 Ti (5,51 %), 50 Ti (5,34 %).

    Среди искусственных изотопов самые долгоживущие 44 Ti (период полураспада 60 лет) и 45 Ti (период полураспада 184 минуты).

    Химические свойства

    Устойчив к коррозии благодаря оксидной плёнке, но при измельчении в порошок, а также в тонкой стружке или проволоке титан пирофорен. Титановая пыль имеет свойство взрываться. Температура вспышки — 400 °C. Титановая стружка пожароопасна.

    Титан устойчив к разбавленным растворам многих кислот и щелочей (кроме HF, H3PO4 и концентрированной H2SO4). Титан устойчив к влажному хлору и водным растворам хлора.

    Легко реагирует даже со слабыми кислотами в присутствии комплексообразователей, например, с плавиковой кислотой HF он взаимодействует благодаря образованию комплексного аниона [TiF6] 2− . Титан наиболее подвержен коррозии в органических средах, так как в присутствии воды на поверхности титанового изделия образуется плотная пассивная плёнка из оксидов и гидрида титана. Наиболее заметное повышение коррозионной стойкости титана заметно при повышении содержания воды в агрессивной среде с 0,5 до 8,0 %, что подтверждается электрохимическими исследованиями электродных потенциалов титана в растворах кислот и щелочей в смешанных водно-органических средах.

    При нагревании на воздухе до 1200 °C Ti загорается ярким белым пламенем с образованием оксидных фаз переменного состава TiOx. Из растворов солей титана осаждается гидроксид TiO(OH)2·xH2O, осторожным прокаливанием которого получают оксид TiO2. Гидроксид TiO(OH)2·xH2O и диоксид TiO2 амфотерны.

    TiO2 взаимодействует с серной кислотой при длительном кипячении. При сплавлении с содой Na2CO3 или поташом K2CO3 оксид TiO2 образует титанаты:

    При нагревании Ti взаимодействует с галогенами (например, с хлором — при 550 °C). Тетрахлорид титана TiCl4 при обычных условиях — бесцветная жидкость, сильно дымящая на воздухе, что объясняется гидролизом TiCl4, содержащимися в воздухе парами воды и образованием мельчайших капелек HCl и взвеси гидроксида титана.

    Восстановлением TiCl4 водородом, алюминием, кремнием, другими сильными восстановителями, получен трихлорид и дихлорид титана TiCl3 и TiCl2 — твёрдые вещества, обладающие сильными восстановительными свойствами. Ti взаимодействует с Br2 и I2.

    С азотом N2 выше 400 °C титан образует нитрид TiNx (x = 0.58—1.00). Титан — единственный элемент, который горит в атмосфере азота.

    При взаимодействии титана с углеродом образуется карбид титана TiCx (x = 0.49—1.00).

    При нагревании Ti поглощает H2 с образованием соединения переменного состава TiHx (x = 2.00—2.98). При нагревании эти гидриды разлагаются с выделением H2.

    Титан образует сплавы и интерметаллические соединения со многими металлами.

    При какой температуре плавится титан

    Титан считается самым прочным тугоплавким металлом, сохраняющим пластичность. Он прочнее железа и алюминия. Впервые сплав был получен русским ученым в 1875 году. В 1925-м голландскому химику удалось получить чистый 99,9% металл. Благодаря высокой температуре плавления, титан незаменим в космической отрасли, авиастроении. Легкий, химически нейтральный, он используется и в других отраслях.

    Температура плавления титана

    Характеристики титановых сплавов

    Для легирования титана используют несколько компонентов:

    • Алюминий – самая распространенная добавка. Он повышает удельную прочность, упругость, сопротивление ползучести.
    • Олово замедляет окисление при нагреве, повышает пластичность, свариваемость.
    • Благодаря цирконию, Ti-Al-Zr деформируется при комнатной температуре.
    • Марганец повышает способность к деформации.
    • Кремний улучшает трещиностойкость.
    • Ванадий – свариваемость.
    • Система Ti-Al-Mo-Cr-Fe-Si – высокопрочная. Это металл мартенситного класса.
    • Молибден увеличивает жаропрочность титана.

    Чистый титан имеет предел прочности до 450 МПа, легирующие добавки способны повысить ее до 2000 МПа. При охлаждении у титана повышается прочность на изгиб. При комнатной температуре составляет 700 МПа, около -200°С возрастает до 1100 МПа.

    Физические свойства

    Основные характеристики титана:

    • температуры: плавления 1668 градусов Цельсия, кипения – 3227;
    • предел текучести: от 250 до 380 МПа;
    • упругость – 110 Гпа, различается в разных направлениях;
    • средняя твердость сплавов по НВ – 103;
    • плотность: при комнатной температуре 4500 кг/м 3 , при температуре плавления – 4120 кг/м 3 ;
    • теплоемкость – 531 Дж на один килограмм при нагреве на градус;
    • теплопроводность – 18 Вт/(м·град);
    • удельное сопротивление – 42,1·10 -6 Ом·см.

    При охлаждении до 3,8°К (-270°С) металл становится сверхпроводником.

    Химические свойства

    В твердом состоянии Тi химически устойчив, не окисляется при высокой влажности, морской атмосфере, при контакте с агрессивными средами. При нагреве до температуры плавления становится активным. Взаимодействует со всеми компонентами воздуха:

    • кислородом, образуются твердые оксиды;
    • азотом, он упрочняет структуру, повышает предел прочности, критическая концентрация 0,2%, выше этого показателя металл становится хрупким;
    • водород ухудшает технологические свойства;
    • углерод повышает температуру фазовых изменений.

    При нагреве до температуры плавления металл необходимо изолировать.

    Область применения

    Титан и сплавы на основе его применяются во многих областях: химической, металлургической. Это конструкционный материал космонавтики, оборонной промышленности, авиации. Из него делают медицинские инструменты, насадки оборудования. Пластины вшивают в бронежилеты, делают из него защитные экраны.

    Литье титана

    Во время нагрева до температуры плавления титан активно реагирует с компонентами воздуха.

    Чтобы этого не происходило, воздух в печах откачивали, создавали вакуум. Остатки воздуха стали вытеснять инертными газами: смесью аргона и гелия. На промышленных литейных установках остаточное давление инертных газов колеблется от 1,33 до 0,13 Па.

    Разработано несколько технологий:

    В вакуумной камере металл расплавляют, разливают по формам. Охлаждают до температуры, когда металл теряет химическую активность, образует кристаллическую структуру.

    Метод вакуумного литья (МВЛ) по выплавляемым моделям заключается в использовании выплавляемых или выжигаемых форм. На поверхности модели создают огнеупорную оболочку. Отливки получаются максимально приближенной формы.

    Технология оболочечного литья предусматривает использование тонкостенных разъемных форм. Их устанавливают на разогретую модельную плиту, чтобы покрыть термоактивной смолой. Заливка производится вертикально и горизонтально.

    Специально разрабатывается температурный режим остывания отливок. Предусмотрено равномерное структурирование по всему объему, чтобы в литье не возникали внутренние напряжения.

    Применяемое оборудование и материалы

    Титан при нагревании становится активным восстановителем, он способен реагировать с огнеупорной футеровкой. Для плавки металла обычно используют вакуумную гарнисажную печь с электродуговым разогревом. Это камера с охлаждающим водяным контуром, опоясывающим тигель. Мощные насосы откачивают воздух до нужного значения разряжения. В электрододержатель устанавливают расходуемый электрод-гарнисаж. Плавка производится при плотности тока 10—30 А/см 2 .

    Электрод – это пруток из спрессованной титановой крошки (порошка) или шихтовый слиток. При розжиге дуги между электродом и дном тигля металл начинает нагреваться до температуры плавления, расплав заполняет тигель, держатель постепенно опускается, чтобы размер дуги оставался стабильным.

    Гарнисажем называют слой затвердевшего металла на охлаждаемых стенках тигля, сделанного из токопроводящей меди или графита. Гарнисаж выполняет функцию футеровки, не давая тиглю нагреваться под действием дуги до температуры плавления.

    Во время плавления электрода предусмотрено вращение плавильной установки для равномерного разогрева расплава. Отливочные столы с подготовленными формами расположены рядом с тиглем, в камере. При повороте установки расплавленный металл выливается из тигля, формируются отливки. Пресс-формы делают из графита или огнеупора, покрытого тугоплавкими термосмолами.

    Отливки из титана полностью повторяют форму будущей детали, ее не нужно долго обтачивать. Снижается процент отходов. Литье производят промышленным способом. Дорогие установки обслуживает подготовленный персонал. Кустарным способом, в домашних условиях титан не плавят.

    Материалы зубных имплантов

    Обзор материалов для зубных имплантов: титан, диоксид циркония, тантал, сталь и другие сплавы – что из них лучше и почему?

    популярные материалы для зубных имплантовИз какого материала делают зубные импланты? Большинство людей знает, что эти конструкции изготавливаются из металла. Причем конкретно из титана. Так ли это на самом деле, и какой материал для зубного импланта будет самым лучшим – узнаете из сегодняшней статьи. Кстати, забегая вперед, скажем, что для имплантатов можно использовать не только титан, но и диоксид циркония, тантал, а вот сталь находится под большим вопросом. Но обо всем по порядку.

    Требования к материалам для имплантов

    В поисках ответа на вопрос – из какого материала изготовить зубной имплант, следует знать, что этот самый материал должен соответствовать нескольким требованиям:

    • быть прочным: чтобы выдерживать жевательное давление (подчас превышающее 100 килограмм на квадратный сантиметр), а также не разрушать кость своей массой,
    • хорошо поддаваться обработке на стадии производства, сохранять заданную форму во всем сроке эксплуатации,
    • не разрушаться (не коррозировать) от действия биологической среды (слюны, крови и т.д.),
    • не проявлять токсического, аллергенного и канцерогенного воздействия на организм,
    • не провоцировать усиления гальванических токов при взаимодействии с металлическими конструкциями, установленными во рту пациента.

    Это основные требования, которые можно применить к материалам для имплантов зубов – и, конечно, каждый уважающий себя производитель понимает это. В итоге остается не так много вариантов – из чего сделать зубной имплант.

    Популярные материалы для изготовления

    Так из какого материала делают импланты для зубов? Всем вышеперечисленным требованиям соответствуют металлы и их сплавы, а также оксиды некоторых металлов. Они прочны и в то же время достаточно гибкие, чтобы качественно перераспределять нагрузку и не ломаться при этом. Также стоит знать, что для изготовления имплантатов не применяют, к примеру, пластмассу, фарфор, стеклокерамику или обычную керамику (не относите сюда безметалловую керамику, которой называют диоксид, полученный из металла циркония!). Но эти материалы используются для создания протезов, которые устанавливаются на импланты сверху.

    Что касается медицинской стали, кобальт-хромового сплава, никеля, золота, то они также не применяются для изготовления имплантов – но из них можно делать абатменты, металлические части протезов.

    Титан и его сплавы с другими металлами

    Разбираясь в том, из какого металла делают зубные импланты, очень часто можно встретить металл серого оттенка под названием «титан». Это неудивительно, ведь именно с этого металла началась дентальная имплантация[1]. Поскольку еще в 1965 году шведский ученый Пер-Ингвар Бранемарк открыл процесс остеоинтеграции – нарастания костного вещества на титановые поверхности. То есть стало понятно, что титан биоинертен и полностью принимается организмом. Причем он очень прочен, а также легок. Но не все титановые сплавы применяются в стоматологии и имплантологии в целом. Рассмотрим, какие соединения подойдут для зубных имплантов:

    • сплав титана 4-го класса или марка Grade 4 по стандарту ASTM: в нем содержится около 99% самого титана и 0,5% железа. Вообще, существует 4 класса коммерчески чистого титана, которые практически не содержат примесей (а которые имеются – неопасны). В марках Grade 1, 2, 3 железа намного меньше, поэтому они более мягкие, из-за этого не используются для имплантации. Стоит отметить, что даже чистый титан имеет склонность к разрушению во влажной среде, но производители нашли выход (об этом чуть ниже),
    • марка Grade 5 или сплав титана (88%) с алюминием (до 6,75%) и ванадием (до 4,5%): сплав Ti-6Al-4V в 3-3,5 раза прочнее Grade 4 и дешевле в производстве. Такая высокая прочность делает его незаменимым в изготовлении тонких, надежных имплантов с особой компрессионной или агрессивной резьбой, которые устанавливаются в плотные базальные отделы челюстной кости. Но наличие токсичного ванадия способно замедлять остеоинтеграцию (приживление – срастание с костью).

    Чтобы коммерчески чистый титан не разрушался, а ванадий не отравлял живые клетки, производители придумали обрабатывать конструкцию таким образом, что на ее поверхности образуется плотная пленка из диоксида титана. Она биоинертна и выполняет функцию своеобразного барьера. О том, как обрабатываются поверхности имплантационных конструкций, расскажем подробнее чуть позже.

    Из титана создаются следующие бренды: Nobel Biocare, Straumann, OSSTEM, Oneway Biomed и множество других, т.к. титан – самый популярный и изученный (около 60 лет наблюдений) материал для имплантации.

    Белый диоксид циркония

    Цирконий – довольно мягкий серый металл, но его оксид или диоксид – сверхпрочный материал белого цвета, внешне похожий на керамику. Из диоксида циркония можно делать не только импланты, но и абатменты (это «переходник» между имплантом и коронкой/протезом), а также коронки. Вместе с высокой прочностью материалу присущ белый цвет – похожий на натуральный зубной корень, что благоприятно при реставрации зубов в зоне улыбки.

    Преимущества диоксида циркония также заключаются в том, что он биосовместим, не провоцирует аллергию, является одним из самых долговечных в эксплуатации. К диоксид циркониевой поверхности слабо прикрепляются бактерии (адгезия на 40% меньше, чем у металлов). Недостатки – высокая стоимость и особые требования к обработке (фрезерование при помощи CAD/CAM-технологий).

    Какие бренды используют: Straumann (модель Pure), CAMLOG.

    Roxolid – cплав титана с диоксидом циркония

    Этот темно-серый сплав – уникальная и запатентованная разработка компании Straumann. В нем содержится около 15% диоксида циркония и около 85% титана. Совместив два материала, производителю удалось добиться высочайшей прочности (она выше, чем у титана 4-го класса). Поэтому импланты можно изготавливать меньших размеров, и они все равно будут выдерживать жевательные нагрузки на протяжении десятков лет. Например, в области жевательных зубов можно поставить узкий имплант диаметром 3,3 мм из «Роксолида» (хотя обычные титановые в этой зоне ставят 5-6 мм в диаметре). И система отлично поведет себя во время эксплуатации, не сломается под давлением и будет комфортна в ношении. Недостаток сплава титана с диоксидом циркония – высокая стоимость изделий.

    Roxolid - сплав титана и диоксида циркония

    «Несколько лет назад пришлось удалять передний зуб, а мост ставить ну совсем не хотелось. Мой стоматолог предложил поставить белый циркониевый имплантат и такую же коронку. Что могу сказать – когда в зеркало глянула, просто не поняла сначала, как будто это мой родной зуб вернулся на место».

    Оксана, отзыв с сайта gidpozubam.ru

    Тантал для трабекулярных систем

    Тантал, также как и титан, является прочным и биоинертным металлом. Однако применяется гораздо реже из-за того, что не так распространен в мире. Если говорить языком цифр, то титан встречается в земной коре почти в 3000 раз чаще, чем тантал. Причем тантал более прочный и тугоплавкий, чем титан (в 2-2,5 раза), поэтому обрабатывать его сложнее – что в итоге резко повышает стоимость материала.

    Бренд: танталовые имплантаты изготавливает 1 фирма – американская компания Zimmer. Причем это не классические импланты, а трабекулярные. Суть в том, что при производстве на их поверхности образуются мелкие ячейки или лабиринты – трабекулы. Эти ячейки похожи на собственные трабекулы костного вещества (которое в верхнем губчатом слое буквально все состоит из таких ячеек). Эта особенность благоприятно влияет на остеоинтеграцию – кость плотно врастает в металлические трабекулы, надежно удерживая имплант на месте.

    Выбираем лучший материал

    Чтобы определить самый лучший материал для импланта зуба, нужно отталкиваться не только от его качества, но и от доступности, стоимости, универсальности – соответствия различным клиническим ситуациям. Если принять во внимание все вышеизложенное, то остается титан и его сплавы – их можно назвать самыми лучшими для имплантации. У диоксида циркония, тантала есть один существенный минус – высокая стоимость, поэтому они доступны не всем пациентам.

    Хоть титан и стал в какой-то мере привычным в имплантации, лидер этой сферы – компания Nobel Biocare, не спешит придумывать что-то новое в отношении материала для имплантов – им был, есть и на протяжении 60 лет остается титан. Ведь этот металл уникален – он не редкий, легкий и исключительно прочный для своей массы, он долговечный и биосовместимый. Что касается других компаний, то «Штрауман», помимо конструкций из Roxolid, выпускает аналогичные модели из чистого титана. Компания Oneway Biomed – разработчик базальных моделей, которые позволяют проводить имплантацию пациентам с ярко выраженным пародонтитом[2], изготавливает свои прочнейшие конструкции из титана Grade 5. Но им за счет контакта с десной и фиксации в более прочных слоях челюстной и даже черепной кости, нужна не столько остеоинтеграция, сколько остеофиксация, то есть первичное крепление.

    Советы по выбору материала зубных имплантов

    Критерии выбора имплантов

    Характеристики материала – это очень важная составляющая имплантационной системы. Но импланты для зубов из одного и того же материала, изготовленные разными компаниями, или даже одной компанией – но в разных «линейках», могут очень сильно отличаться. Успешность реставрации также зависит от следующих аспектов:

    • имплант должен быт стандартным, изготовленным на заводе: производство идет с помощью фрезерования, интенсивной пластической деформации (более редкий вид). Индивидуальные конструкции, изготовленные в обычной зуботехнической лаборатории, не рекомендуют к установке, т.к. срок их службы недолог (около 7 лет),
    • форма конструкции: сейчас лучшими считают корневидные и цилиндрические,
    • тип резьбы: она может быть острой со способностью к самонарезанию, может быть компрессионной – уплотнять костную ткань вокруг себя,
    • поверхность: она может быть гладкой и отполированной лазером, или шероховатой – обработанной в растворе электролита или при помощи пескоструйного обдува. Также на поверхность наносят активные вещества, стимулирующие рост и восстановление клеток костной ткани – фтор, кальций, фосфор и другие,
    • стерилизация: современные технологии на стадии производства позволяют проводить 5-ступенчатую обработку от примесей,
    • правильно подобранная модель под конкретный клинический случай: поэтому перед имплантацией пациенты сдают анализы, проходят компьютерную томографию челюсти. Так врач может выявить важные особенности (например, изменение уровня гормонов, наличие воспаления, атрофия кости челюсти) и выбирать имплантат, отталкиваясь от показаний. А в выборе ему помогает 3D-планирование в компьютерной программе, к примеру, Simplant, NobelClinician,
    • хороший имплантолог: этот пункт можно поставить в начало списка, потому что именно от профессионализма врача, его ответственного подхода к делу зависит успех имплантации.

    Сколько прослужат импланты

    Какой материал для имплантатов будет служить дольше? Здесь следует привести в пример самого первого пациента, которому поставили титановые импланты зубов в 60-х годах ХХ века – Геста Ларссон проносил их без нареканий в течение 40 лет (и проносил бы дольше, если бы его жизнь не оборвалась в результате аварии). Поэтому пока только у титана имеются практические доказательства безупречной эксплуатации на протяжении десятков лет – хотя срок службы стабильных титановых сплавов неограничен. Что касается диоксида циркония, то минимальный срок его службы составляет 30 лет. Тантал, также как и титан, должен служить всю жизнь.

    [1] Зицманн Н., Шерер П. Стоматологическая реабилитация с помощью дентальных имплантатов, 2005.

    [2] Цымбалов О.В. Дентальная имплантация при заболеваниях пародонта, 2014.

    голоса
    Рейтинг статьи
    Читайте так же:
    Типы телевизоров и их характеристика
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector