Предпочитани класове титан в стоматологията. биологично безразличие и антикорозионна устойчивост на киселини и основи в малки концентрации

Титанови сплавиимат високи технологични и физико-механични свойства, както и токсикологична инертност. Титанов лист клас VT-100 се използва за щамповани корони (дебелина 0,14-0,28 mm), щамповани основи (0,35-0,4 mm) на подвижни протези, рамки от титаниево-керамични протези, импланти с различен дизайн. Titanium VT-6 също се използва за имплантиране.

Използва се за създаване на ляти коронки, мостове, дъговидни (кламерни) рамки, шиниращи протези и ляти метални основи. лят титан VT-5L. Точката на топене на титановата сплав е 1640°C.

В чуждестранната специализирана литература съществува гледна точка, според която титан и неговите сплавидейства като алтернатива на златото. Когато е изложен на въздух, титанът образува тънък инертен оксиден слой. Другите му предимства включват ниска топлопроводимост и способността да се свързва с композитни цименти и порцелан. Недостатъкът е трудността при получаване на отливка (чистият титан се топи при 1668 ° C и лесно реагира с традиционните формовъчни съединения и кислород). Следователно, той трябва да бъде отлят и запоен в специални устройства в среда без кислород. Разработват се сплави от титан и никел, които могат да бъдат отлети по традиционния метод (такава сплав освобождава много малко никелови йони и се свързва добре с порцелана). Новите методи за създаване на фиксирани протези (предимно корони и мостове) с помощта на CAD/CAM технология (компютърно моделиране/компютърно фрезоване) незабавно елиминират всички проблеми с отливането. Някои успехи са постигнати и от местни учени.

Подвижните протези с тънколистови титанови основи с дебелина 0,3-0,7 мм имат следните основни предимства пред протезите с бази от други материали:

Абсолютна инертност към оралните тъкани, което напълно елиминира възможността от алергична реакция към никел и хром, които са част от метални основи, направени от други сплави; - пълна липса на токсични, топлоизолационни и алергични ефекти, характерни за пластмасовите основи; - малка дебелина и тегло с достатъчна твърдост на основата поради високата специфична якост на титана; - висока точноствъзпроизвеждане на най-малките детайли на релефа на протезното легло, недостижими за пластмасови и ляти основи от други метали; - значително облекчаване на адаптацията на пациента към протезата; - поддържане на добра дикция и възприемане на вкуса на храната.

Порестият титан и титановият никелид, който има памет на формата, се използват в стоматологията като материали за импланти. Имаше период, когато покритието на метални протези с титанов нитрид стана широко разпространено в стоматологията, придавайки златист оттенък на стоманата и CHS и изолирайки, според авторите на метода, линията на запояване. Тази техника обаче не се използва широко поради следните причини:

1) покритието от титанов нитрид на фиксирани протези се основава на стара технология, т.е. щамповане и запояване;

2) при използване на протези с покритие от титанов нитрид се използва стара технология за протезиране, като по този начин квалификацията на ортопедичните зъболекари не се повишава, а остава на нивото от 50-те години;

3) протезите с покритие от титанов нитрид са неестетични и предназначени за лошия вкус на определена част от населението. Нашата задача е не да подчертаем дефекта в зъбната редица, а да го скрием. И от тази гледна точка тези протези са неприемливи. Златните сплави имат и естетически недостатъци. Но ангажиментът на ортопедичните зъболекари към златните сплави се обяснява не с техния цвят, а с тяхната технологичност и висока устойчивост на орална течност;

4) клинични наблюденияпоказа, че покритието от титанов нитрид се отлепва, с други думи, това покритие има същата съдба като другите биметали;

5) трябва да се има предвид, че интелектуалното ниво на нашите пациенти се е повишило значително, като в същото време са се увеличили изискванията към външния вид на протезата. Това противоречи на усилията на някои ортопеди да намерят заместител на златна сплав;

6) причините за появата на предложението - покриване на фиксирани протези с титанов нитрид - са, от една страна, изостаналостта на материално-техническата база на ортопедичната стоматология, а от друга, недостатъчното ниво на професионална култура на някои зъболекари.

Към това може да се добави голямо количество токсични алергични реакциителата на пациентите върху покритието от титанов нитрид на неподвижни протези.

Множество фундаментални и приложни изследвания твърдят това най-добрият материалтитанът се използва за производството на зъбни импланти.

В Русия за производството на различни конструкции се използват технически чисти титанови класове BT 1-0 и BT 1-00 (GOST 19807−91), а в чужбина се използва така нареченият „търговски чист“ титан, който се разделя на 4 степени (клас 1−4 ASTM, ISO). Използва се и титанова сплав Ti-6Al−4V (ASTM, ISO), която е аналог на домашната сплав BT-6. Всички тези вещества се различават по химичен състав и механични свойства.

Titanium Grade 1,2,3 – не се използва в стоматологията, т.к твърде мека.

Предимства на чистия титан клас 4 (CP4)

• По-добра биологична съвместимост
• Липса на токсичен ванадий (V)
• По-добра устойчивост на корозия
• 100% липса на алергични реакции

Според проучване на научни статии, методологични и презентационни публикации на чуждестранни компании са налични стандартите ASTM, ISO, GOST сравнителни таблицисвойства и състав на титан от различни степени.

Таблица 1. Химичен състав на титан съгласно ISO 5832/II и ASTM F 67−89.

** Данните по ISO и ASTM съвпадат по много точки; ако се различават, стойностите на ASTM са дадени в скоби.

Таблица 2. Механични свойства на титан съгласно ISO 5832/II и ASTM F 67−89.

Таблица 3. Химичен състав на титанови сплави съгласно GOST 19807−91.

* В титан клас VT 1−00 се допуска масовата част на алуминия да бъде не повече от 0,3%, в титан клас VT 1−0 не повече от 0,7%.

Таблица 4. Механични свойства на титанови сплави съгласно GOST 19807−91.

** Данните са дадени съгласно OST 1 90 173−75.
*** Няма данни в наличната литература.

Най-здравият от разглежданите материали е сплавта Ti-6Al−4V (вътрешен аналог на VT-6). Увеличаването на якостта се постига чрез въвеждане на алуминий и ванадий в състава му. Въпреки това, тази сплав принадлежи към биоматериалите от първо поколение и въпреки липсата на клинични противопоказания, тя се използва все по-рядко. Тази разпоредба е дадена в аспекта на проблемите на ендопротезирането на големи стави.

От гледна точка на по-добра биологична съвместимост веществата, принадлежащи към групата на "чистия" титан, изглеждат по-обещаващи. Трябва да се отбележи, че когато се говори за "чист" титан, те имат предвид един от четирите класа титан, одобрени за въвеждане в телесните тъкани в съответствие с международни стандарти. Както се вижда от горните данни, те се различават по химичен състав, който всъщност определя биологичната съвместимост и механичните свойства.

Важен е и въпросът за здравината на тези материали. Най-добрите характеристикититанът е клас 4 в това отношение.
Като се има предвид неговия химичен състав, може да се отбележи, че този клас титан има повишено съдържание на кислород и желязо. Основният въпрос е: това нарушава ли биологичната съвместимост?

Увеличението на кислорода вероятно няма да е отрицателно. Увеличаването на съдържанието на желязо с 0,3% в титан от степен 4 (в сравнение с степен 1) може да предизвика известно безпокойство, тъй като според експерименталните данни желязото (както и алуминият), когато се имплантира в телесната тъкан, води до образуването на съединителна тъкан около имплантно-тъканния слой, което е признак за недостатъчна биоинертност на метала. Освен това, според същите данни, желязото потиска растежа на органичните култури. Въпреки това, както беше споменато, горните данни се отнасят до имплантирането на „чисти“ метали.

В този случай важният въпрос е: възможно ли е железните йони да излязат през слой от титанов оксид в околните тъкани и ако да, с каква скорост и какъв е последващият метаболизъм? Не намерихме информация по този въпрос в наличната литература.

При сравняване на чуждестранни и местни стандарти може да се отбележи, че одобрените за клинична употреба в нашата страна титанови сплави VT 1−0 и VT 1−00 практически съответстват на степени на „чист“ титан клас 1 и 2. Намалено съдържаниекислород и желязо в тези класове води до намаляване на техните якостни свойства, което не може да се счита за благоприятно. Въпреки че титановият клас VT 1−00 има горна граница на якост на опън, която съответства на подобен показател на клас 4, границата на провлачване на местната сплав е почти два пъти по-ниска. Освен това може да съдържа алуминий, който, както бе споменато по-горе, е нежелателен.

Когато сравняваме чуждестранните стандарти, може да се отбележи, че американският стандарт е по-строг, а стандартите ISO се отнасят до американските в редица точки. Освен това американската делегация изрази противопоставяне на одобрението на стандарта ISO за титан, използван в хирургията.

По този начин може да се каже, че:
Най-добрият материал за производство на зъбни импланти днес е „чистият“ титан клас 4 според стандарта ASTM, тъй като той:

• не съдържа токсичен ванадий, като например сплавта Ti-6Al−4V;
• наличието на Fe в неговия състав (измерено в десети от процента) не може да се счита за отрицателно, тъй като дори в случай на възможно освобождаване на железни йони в околните тъкани, техният ефект върху тъканите не е токсичен, като ванадий;
• титан клас 4 има по-добри якостни свойства в сравнение с други материали от групата на "чистия" титан;

Кобалтово-хромови сплави

Кобалтово-хромови сплави клас KHS

кобалт 66-67%, което придава твърдост на сплавта, като по този начин подобрява механичните качества на сплавта.

хром 26-30%, въведен за придаване на твърдост на сплавта и повишаване на антикорозионната устойчивост, образувайки пасивиращ филм върху повърхността на сплавта.

никел 3-5%, повишавайки пластичността, якостта и ковкостта на сплавта, като по този начин подобрява технологичните свойства на сплавта.

молибден 4-5,5%, което е от голямо значение за повишаване на якостта на сплавта, като я прави дребнозърнеста.

манган 0,5%, което повишава здравината и качеството на отливката, понижава точката на топене и помага за отстраняването на токсични гранулирани съединения от сплавта.

въглерод 0,2%, което намалява точката на топене и подобрява течливостта на сплавта.

силиций 0,5%, което подобрява качеството на отливките и увеличава течливостта на сплавта.

желязо 0,5%, повишаване на течливостта, повишаване на качеството на леене.

азот 0,1%, което намалява точката на топене и подобрява течливостта на сплавта. В същото време увеличаването на азота с повече от 1% влошава пластичността на сплавта.

берилий 0-1,2%

алуминий 0,2%

СВОЙСТВА: KHS има високи физични и механични свойства, относително ниска плътност и отлична течливост, което позволява отливането на ажурни зъболекарски продукти с висока якост. Точката на топене е 1458C, механичният вискозитет е 2 пъти по-висок от този на златото, минималната якост на опън е 6300 kgf/cm2. Високият модул на еластичност и по-ниската плътност (8 g/cm3) позволяват производството на по-леки и по-издръжливи протези. Освен това са по-устойчиви на абразия и запазват огледалния блясък на повърхността, получен от полирането, за по-дълго време. Благодарение на добрите си леярски и антикорозионни свойства, сплавта намира приложение в ортопедичната стоматология за изработка на ляти коронки, мостове, различни конструкции на монолитни бюгельни протези, рамки от металокерамични протези, подвижни протези с ляти основи, шиниране. устройства, ляти скоби.

ФОРМА ЗА ИЗПУСКАНЕ: произвежда се под формата на кръгли заготовки с тегло 10 и 30 g, опаковани в 5 и 15 бр.

Всички произвеждани метални сплави за ортопедична дентална медицина се разделят на 4 основни групи:

Bygodents са сплави за леене на подвижни протези.

KH-Dents - сплави за металокерамични протези.

NX-Dents - никел-хром сплави за металокерамични протези.

Дентаните са желязо-никел-хромови сплави за протези.

1. Бюгоденци. Те са многокомпонентна сплав.

СЪСТАВ: кобалт, хром, молибден, никел, въглерод, силиций, манган.

СВОЙСТВА: плътност - 8,35 g/cm 3, твърдост по Бринел - 360-400 HB, точка на топене на сплавта - 1250-1400C.

ПРЕДНАЗНАЧЕНИЕ: използва се за изработка на ляти бюгельни протези, кламмери, шиниращи устройства.

Bygodent CCS vac (мека)- съдържа 63% кобалт, 28% хром, 5% молибден.

Bygodent CCN vac (нормален) - съдържа 65% кобалт, 28% хром, 5% молибден и повишено съдържаниевъглерод и не съдържа никел.

Bygodent CCH vac (твърд)- основата е кобалт - 63%, хром - 30% и молибден - 5%. Сплавта е с максимално въглеродно съдържание 0,5%, допълнително е легирана с ниобий - 2% и не съдържа никел. Има изключително високи еластични и якостни параметри.

Byugodent CCC vac (мед)- основата е кобалт - 63%, хром - 30%, молибден - 5% Химическият състав на сплавите включва мед и високо съдържание на въглерод - 0,4%. В резултат на това сплавта има високи еластични и якостни свойства. Наличието на плитки в сплавта улеснява полирането, както и друга механична обработка на изработените от нея протези.

Bygodent CCL vac (течност)- в допълнение към кобалт - 65%, хром - 28% и молибден - 5%, сплавта съдържа бор и силиций. Тази сплав има отлична течливост и балансирани свойства.

2. KH-Дентове

ПРЕДНАЗНАЧЕНИЕ: Използва се за изработка на ляти метални рамки с порцеланови облицовки. Оксиден филм, образуван върху повърхността на сплавите, позволява нанасянето на керамични или стъклокерамични покрития. Има няколко вида от тази сплав: CS, CN, CB, CC, CL, DS, DM.

KH-Dent CN vac (нормален) съдържа 67% кобалт, 27% хром и 4,5% молибден, но не съдържа въглерод и никел. Това значително подобрява неговите пластични характеристики и намалява твърдостта.

KH-Dent CB прахосмукачка (Bondy)има следния състав: 66,5% кобалт, 27% хром, 5% молибден. Сплавта има добра комбинация от леярски и механични свойства.

3. NH-вдлъбнатини

СЪСТАВ: никел - 60-65%; хром - 23-26%; молибден - 6-11%; силиций - 1,5-2%; не съдържа въглерод.

NH-Dent сплави на база никел-хром

ПРИЛОЖЕНИЕ: за качество металокерамични коронкии малките мостове имат висока твърдост и здравина. Рамките за протези могат лесно да бъдат шлифовани и полирани.

СВОЙСТВА: сплавите имат добри леярски свойства и съдържат рафиниращи добавки, което позволява не само да се получи висококачествен продукт при леене във високочестотни индукционни топилни машини, но и да се използват повторно до 30% от портите в нови стопилки. Има няколко вида от тази сплав: NL, NS, NH.

NH-Dent NS vac (мек) - съдържа никел - 62%, хром - 25% и молибден - 10%. Има висока стабилност на размерите и минимално свиване, което прави възможно отливането на дълги мостове в една стъпка.

NH-Dent NL vac (течност) - съдържа 61% никел, 25% хром и 9,5% молибден. Тази сплав има добри леярски свойства, което позволява получаването на отливки с тънки, ажурни стени.

4.Dentans

СВОЙСТВА: Сплавите тип Дентан са разработени, за да заменят лятата неръждаема стомана. Те имат значително по-висока пластичност и устойчивост на корозия поради факта, че съдържат почти 3 пъти повече никел и 5% повече хром. Сплавите имат добри леярски свойства - слабо свиване и добра течливост. Много ковък при обработка.

ПРЕДНАЗНАЧЕНИЕ: използва се за производство на лети единични корони, лети корони с пластмасова облицовка. Има няколко вида от тази сплав: DL, D, DS, DM.

Дентан Дсъдържа 52% желязо, 21% никел, 23% хром. Има висока пластичност и устойчивост на корозия, има ниско свиване и добра течливост.

Дентан ДМсъдържа 44% желязо, 27% никел, 23% хром и 2% молибден. Молибденът беше допълнително въведен в сплавта, което увеличи нейната якост в сравнение с предишните сплави, когато се сравнява същото ниво на обработваемост, течливост и други технологични свойства.

За някои никел-хромови сплави наличието на оксиден филм може да има отрицателен ефект, тъй като при високи температури на изпичане оксидите на никел и хром се разтварят в порцелана, оцветявайки го. Увеличаването на количеството хромен оксид в порцелана води до намаляване на коефициента на термично разширение, което може да доведе до откъсване на керамиката от метала.

Титанови сплави

СВОЙСТВА: титановите сплави имат високи технологични и физико-механични свойства, както и биологична инертност. Точката на топене на титановата сплав е 1640C. Продуктите от титан са абсолютно инертни към оралните тъкани, пълно отсъствиетоксични, топлоизолационни и алергични ефекти, малка дебелина и тегло с достатъчна твърдост на основата поради високата специфична якост на титана, висока прецизност при възпроизвеждане на най-малките детайли на релефа на протезното легло.

ВТ-100 лист- използва се за производство на щамповани корони (дебелина 0,14-0,28 mm), щамповани основи (0,35-0,4 mm) на подвижни протези.

VT-5L - леене под налягане -използва се за изработка на ляти корони, мостове, рамки за шиниращи протези, ляти метални бази.

Въведение

Днес стоматологията не стои неподвижна. Почти всеки месец чуваме за нови техники, оборудване, материали и т.н. Разбира се, не всички иновации намират отзвук у професионалистите. Но има един материал, който сериозно и за дълго време е заел своята ниша в стоматологията, който благодарение на своите качества се е доказал блестящо. И името на този материал е титан.

Обхватът на използване на титана непрекъснато се разширява. Днес намира приложение както в снемаемото, така и в неснемаемото протезиране, имплантологията, ортодонтията и др.

Понастоящем производството на зъби от титан вече е усвоено и проучванията показват, че титанът не отстъпва на благородните метали по отношение на устойчивостта на корозия в устната кухина. И това не е границата. Няма да е преувеличено, ако кажем, че вече не е останало направление в денталната медицина, където да има място за титана.

Що се отнася до приложението, въвеждането на титанови сплави не се ограничава до стоматологията. Титанът се използва широко във всички области на медицината без изключение, да не говорим за индустрията. Ако говорим за титан, тогава веднага идват на ум цяла поредица от предимства, които в своята цялост са уникални за него. Биологичното безразличие, липсата на свойства на намагнитване, ниското специфично тегло, високата якост, устойчивостта на корозия в много агресивни среди и наличността направиха титана почти универсален и необходим материал. И това е само малка част от предимствата, които могат да осигурят титановите сплави.

Този дипломен проект ще разкрие всички аспекти на този революционен материал. През обектива на професията на зъботехник ще бъдат внимателно разгледани свойствата на титана и неговите сплави, методите за тяхното производство, нюансите на обработката на титанови сплави, грешките, които възникват при работа с него и много други. Ще се обърне внимание на най-новите постижения на науката и технологиите. Ще бъдат подробно разгледани както отдавна съществуващите титанови сплави, които се използват широко в целия свят, така и най-новите разработки в тази област. И разбира се, не можем да пренебрегнем методи за обработка като фрезоване, смилане на титанови сплави и др.

Уместността на изследването

Изборът на материал за протеза е един от важните етапи на планирането на протезата, тъй като бъдещите свойства на протезата ще зависят от материала. В момента се стреми да комбинира две ключови и важни свойстваи дентални материали – биоинертност и естетика. Един от материалите с първо качество е титанът. Използването на титан в комбинация с облицовка с керамични маси ни позволява да решим втория проблем. По този начин се решават и двата проблема - биоинертност и естетика. Но в съвременната литература и дори при преподаване в образователни институции нюансите на работа с титан са слабо обхванати. Ето защо е необходимо да се проучи подробно литературата за титана, да се обобщи, систематизира и обобщи в този дипломен проект, за да се улесни изучаването на тази тема от зъботехниците в бъдеще.

Предмет на изследване

Титан за производство на зъбни протези

Обект на изследване

Технология за обработка на титан

Цел на изследването

Изучаване на технологии за производство на титанови протези в денталната медицина

Цели на изследването

1. Изучаване на литература по тази тема;
2. Изследване на свойствата на титана, използван в стоматологията;
3. Изучаване на технологии за преработката му;
4. Сравнение на технологиите за обработка на титан.

Хипотеза

Изучаването на този материал ще ви позволи да идентифицирате положителни и отрицателни страниразлични технологии за обработка на титан и идентифициране на най-добрите от тях, които могат допълнително да подобрят качеството на протезирането.

Изследователски методи

Изучаване на местна и чужда литература, сравнителен анализ, систематизация.

Глава 1. Характеристики на титан и трудности при работа с него

1.1. Предимства на титан

В периодичната система D.I. Титанът на Менделеев има номер 22 (Ti). Външно титанът е подобен на стоманата (фиг. 1).

Фиг. 1. Титаниеви имплантии абатменти.

Титановите сплави имат високи технологични и физико-механични свойства, както и биоинертност.

Структурните и високоякостни титанови сплави са твърди разтвори, което им позволява да осигурят оптимален баланс между характеристиките на якост и пластичност.

Като материали за импланти са използвани порест титан и титанов никелид, който има памет на формата.

В чуждестранната литература съществува гледна точка, според която титанът и неговите сплави са алтернатива на златото. При контакт с въздуха настъпва пасивизация, т.е. На повърхността на титания се образува тънък инертен слой от оксид. Другите му предимства включват ниска топлопроводимост и възможност за комбиниране с композитни цименти и порцелан. Недостатъкът е трудността при получаване на отливка (чистият титан се топи при 1668°C и реагира с традиционните формовъчни съединения и кислород). Следователно, той трябва да бъде отлят и запоен в специални устройства в среда без кислород. Разработват се сплави от титан и никел, които могат да бъдат отлети по традиционния метод (такава сплав освобождава много малко никелови йони и се свързва добре с порцелана). Новите методи за създаване на фиксирани протези (предимно корони и мостове) с помощта на CAD/CAM технология незабавно премахват всички проблеми с отливките.

Протезирането на коронната част на зъба заема водещо място в клиниката по ортопедична стоматология и се използва през всички периоди на формиране и развитие на дъвкателния апарат, като се започне от младенческа възрасти до старост. Специално място в ортопедията заемат титановите корони, които се отличават със следните характеристики:

• Биологична инертност;
• Лесно отстраняване на короната;
• Ниска топлопроводимост в сравнение с други метали и сплави;
• Ниско специфично тегло, което прави протезите леки;
• Имат висока еластичност;
• По-малка устойчивост на абразия от неръждаема стомана за протезиране на първични зъби.

Когато споменаваме важността на използването на титаниеви корони, трябва да се съсредоточим върху това зъбно заболяванетвърди зъбни тъкани, като аплазия и хипоплазия на емайла. Тези дефекти са малформации на твърдите тъкани на зъба и възникват в резултат на нарушения в минералния и протеиновия метаболизъм в организма на плода или детето. Недостатъчното развитие на емайла е необратим процес и остава за целия период от живота. Следователно наличието на тези заболявания е абсолютна индикация за използване на тънкостенни титанови коронки.

Що се отнася до подвижното протезиране, протезите с тънколистови титанови основи с дебелина 0,3-0,7 мм имат следните основни предимства пред протезите с бази от други материали:

• абсолютна инертност към оралните тъкани, което напълно елиминира възможността за алергична реакция към никел и хром, които са част от метални основи, направени от други сплави;
• пълна липса на токсични, топлоизолационни и алергични ефекти, характерни за пластмасовите основи;
• малка дебелина и тегло с достатъчна твърдост на основата поради високата специфична якост на титана;
• висока точност на възпроизвеждане на най-малките детайли на релефа на протезното легло, недостижима за пластмасови и ляти основи от други метали;
• значително облекчаване на адаптацията на пациента към протезата;
• поддържане на добра дикция и възприемане на вкуса на храната.

1.2. Характеристики на титан и трудности при работа с него

Титан (Титан) Ti - елемент от група IV от 4-ти период на периодичната система на Д. И. Менделеев, сериен номер 22, атомна маса 47,90. Получава се в чист вид едва през 1925 г. Основни суровини са минералите рутил TiO2, илменит FeTiO3 и др. Титанът е огнеупорен метал.

Титанът се получава чрез редуциране на титанов диоксид с калциев метал, калциев хидрид, редукция на титанов тетрахлорид с разтопен натрий, магнезиев метал. Титанът е обещаващ материал за авиационната, химическата и корабостроителната промишленост и медицината. В повечето случаи титанът се използва под формата на сплави с алуминий, молибден, ванадий, манган и други метали.

Маса 1.

Сравнителни свойства на различни сплави.

Имоти				Сребърно-паладиева сплав	Неръждаема стомана
Плътност (g/cm³)
Твърдост (HB) MPa
Якост MPa (N/mm 2), Rm
Модул на еластичност, GPa
Точка на топене (°C)
Топлопроводимост W/(m K)
KTR (α 10 –6 °C –1)

Известно е, че някои химични елементи могат да съществуват под формата на две или повече прости вещества, които се различават по структура и свойства. Обикновено веществото преминава от една алотропна модификация в друга при постоянна температура. Титан има две такива модификации. α-модификацията на титана съществува при температури до 882,5 °C. Високотемпературната β-модификация може да бъде стабилна от 882,5 °C до точката на топене.

Легиращите елементи придават на титановата сплав различни свойства. За това се използват алуминий, молибден, манган, хром, мед, желязо, калай, цирконий, силиций, никел и др.

Легиращите добавки се държат различно в различните алотропни модификации на титан. Те също така променят температурата, при която се извършва α/β преходът. По този начин увеличаването на концентрацията на алуминий, кислород и азот в титанова сплав повишава тази температурна стойност. Обхватът на съществуване на α-модификацията се разширява. И тези елементи се наричат ​​α-стабилизатори.

Калайът и цирконият не променят температурата на α/β трансформациите. Поради това те се считат за неутрални титанови втвърдители.

Всички други легиращи добавки към титанови сплави се считат за β-стабилизатори. Тяхната разтворимост в титанови модификации зависи от температурата. И това прави възможно увеличаването на якостта на титановите сплави с тези добавки чрез закаляване и стареене. Използвайки различни видовелегиращи добавки се получават титанови сплави с голямо разнообразие от свойства.

За създаване на ляти корони, мостове, сводести (кламерни) рамки, шиниращи протези, ляти метални основи се използва лят титан VT-5L. Точката на топене на титановата сплав е 1640°C.

Сплавта VT5 (VT5L) е легирана само с алуминий. Алуминият е един от най-разпространените легиращи елементи в титановите сплави. Това се дължи на следните предимства на алуминия пред другите легиращи компоненти:

1. алуминият е широко разпространен в природата, достъпен и сравнително евтин;
2. плътността на алуминия е значително по-ниска от плътността на титана и следователно въвеждането на алуминий увеличава тяхната специфична якост;
3. с увеличаване на съдържанието на алуминий се увеличава устойчивостта на топлина и устойчивостта на пълзене на титановите сплави;
4. алуминият увеличава еластичните модули;
5. С увеличаването на съдържанието на алуминий в сплавите, тяхната склонност към водородна крехкост намалява. Сплавта VT5 се различава от техническия титан с по-голяма якост и устойчивост на топлина. В същото време алуминият значително намалява технологичната пластичност на титана. Сплавта VT5 се деформира в горещо състояние: ковано, валцувано, щамповано. Те обаче предпочитат да го използват не в деформирано състояние, а под формата на фасонна отливка (в този случай се дава марката VT5L).

За имплантиране се използва Titanium VT-6. Сплави от клас VT6 (Ti-6A1-4V) (α + β) са сред най-често срещаните титанови сплави в други области.

Това широко използванена тази сплав се обяснява с успешното й легиране. Алуминият в сплавите на системата Ti-Al-V повишава якостта и топлоустойчивите свойства, а ванадият е един от малкото легиращи елементи в титана, който повишава не само якостните свойства, но и пластичността.

Наред с високата специфична якост, сплавите от този тип имат по-ниска чувствителност към водород в сравнение със сплавите OT4 и OT4-1, ниска чувствителност към солева корозия и добра технологичност.

Сплавите тип VT6 се използват в отгряти и термично укрепени състояния. Двойното отгряване също подобрява якостта на счупване и устойчивостта на корозия.

Титанов лист клас VT1-00 се използва за щамповани корони (дебелина 0,14-0,28 mm), щамповани бази (0,35-0,4 mm) на подвижни протези, рамки от титаниево-керамични протези, импланти с различен дизайн.

Металургичната промишленост доставя полуготови продукти от технически титан от два класа VT1-00 и VT1-0, различни по съдържание на примеси (кислород, азот, въглерод, желязо, силиций и др.). Това са материали с ниска якост, а титанът VT1-00, който съдържа по-малко примеси, се характеризира с по-ниска якост и по-голяма пластичност. Основното предимство на титановите сплави VT1-00 и VT1-0 е тяхната висока технологична пластичност, която дори позволява производството на фолио от тях.

Силните свойства на титана могат да бъдат увеличени чрез студено втвърдяване, но в същото време пластичните свойства са силно намалени. Намаляването на характеристиките на пластичност е по-изразено от увеличаването на якостните характеристики, така че студеното втвърдяване не е най-добрият начин за подобряване на комплексните свойства на титана. Недостатъците на титана включват висока склонност към водородна крехкост и следователно съдържанието на водород не трябва да надвишава 0,008% в титан VT1-00 и 0,01% в VT1-0.

1.3. Характеристики на обработката на титан (шлайфане и полиране)

Физичните свойства, фазите на окисление и промените в решетката трябва да се вземат предвид при обработката на титан. Правилна обработкамогат успешно да се произвеждат само със специални фрези за титан, със специален кръстообразен нарез (фиг. 2). Намален ъгъл на работната повърхност, което позволява оптимално отстраняване на доста мек метал, като в същото време осигурява добро охлаждане на инструмента. Обработката на титан трябва да се извършва без прилагане на силен натиск върху инструмента.

Фиг.2.

Титановите ножове трябва да се съхраняват отделно от другите инструменти. Те трябва да се почистват редовно с пароструйка и четки от фибростъкло, за да се отстранят всички останали титаниеви стърготини, които са доста здраво отложени.

Ако използвате грешен инструмент или упражните силен натиск, е възможно локално прегряване на метала, придружено от силно образуване на оксид и промяна в кристалната решетка. Визуално настъпва промяна в цвета на обработвания обект и повърхността става леко по-грапава. На тези места няма да има необходимата адхезия към керамиката (възможност за пукнатини и стърготини); ако това не са зони за фурниране, тогава по-нататъшната обработка и полиране също няма да отговарят на изискванията.

При обработката на титан използването на различни карборундови дискове и камъни или диамантени глави силно замърсява повърхността на титана, което впоследствие води и до пукнатини и стружки в керамиката. Следователно, използването на горните инструменти е подходящо само за обработка, например, на рамки на зъбни протези, а използването на диамантени глави трябва да се избягва напълно. Шлайфането и допълнителното полиране на откритите участъци от титан е възможно само със специфични за титана абразивни гумени глави и полиращи пасти. Много компании, участващи в производството на ротационни инструменти, в момента произвеждат широка гама от фрези и гумени шлифовъчни глави за титан.

Подходящи параметри за обработка на титан:

• Ниска скорост на въртене на върха – макс. 15 000 оборота в минута;
• Ниско налягане върху инструмента;
• Пакетна обработка;
• Обработка на рамката само в една посока;
• Избягвайте остри ъгли и метални припокривания;
• При шлайфане и полиране използвайте само подходящи абразивни гумени глави и полиращи пасти;
• Периодично почиствайте ножовете с пароструйка и четка от фибростъкло.

Пясъкоструенето, преди нанасяне на свързващия слой за керамични покрития, както и за облицовки с композитни материали, трябва да отговаря на следните изисквания:

• Само чист алуминиев оксид за еднократна употреба;
• Максималният размер на пясъчните зърна е 150 µm, оптимално 110–125 µm;
• Максималното налягане от молива е 2 бара;
• Посоката на пясъчния поток е под прав ъгъл спрямо повърхността.

След третиране е необходимо третираният обект да се остави да пасивира за 5-10 минути и след това да се почисти повърхността с пара.

Изпичането на оксид или подобни процедури са напълно изключени при работа с титан. Използването на киселини или ецване също е напълно изключено.

1.4. Заключения по първа глава

Въз основа на материала, представен по-горе, можем да заключим, че титановите сплави имат значителен брой много важни свойства, които са незаменими в зъбопротезирането. Основните са биоинертност, устойчивост на корозия, здравина и твърдост с ниско специфично тегло. Получаването на титан обаче се счита за скъп процес, но тъй като количеството, използвано при производството на протезата, е малко, това не се отразява значително на цената. Но поради факта, че технологията за производство на титаниеви протези е по-скъпа, титаниевите протези са по-скъпи от CHS или неръждаема стомана.

Освен това доскоро обработката на титан създаваше проблеми, но появата и разпространението на специални инструменти го направи възможни приложениятитанови сплави в стоматологията. Положителните свойства на титана са били известни и преди, но именно дългата и скъпа обработка е била основната пречка за въвеждането му в денталната практика.

Въпреки специфичните изисквания, които липсват при обработката на други метали и характеристиките на инструментите, цял списък положителни качестватитанът все пак доведе до подобряване на процесите за работа с него. Химическите свойства на титана, от една страна, отварят нови възможности за зъботехниците, но от друга изискват по-внимателно спазване на технологията на обработка и отчитане на всички характеристики.

Глава 2. Технологии за производство на титанови протези

2.1.Щамповане на титан

Щамповането (щамповането) е процесът на пластична деформация на материал с промяна на формата и размера на тялото. В стоматологията металите се щамповат.

Струва си да се отбележи, че щампованите титанови корони са доста рядко явлениекъм днешна дата. Технологията за производство на корони чрез щамповане от титан не е намерила широко приложение, тъй като титанът е труден за щамповане в студено състояние. Въпреки това, в рамките на общо изследванеЩе бъде разгледана технологията за производство на титанови коронки по метода на щамповане.

Титановите щамповани коронки имат същите недостатъци като конвенционалните щамповани коронки, а именно:

• Липса на устойчивост на износване;
• Наличието на плоска дъвкателна повърхност на зъба;
• Недостатъчно плътно прилягане към шийката на зъба;
• Липса на естетика.

Свойствата на титановите коронки са подобни на сплавите на по-скъпите златни коронки.

Процесът на щамповане от титанови сплави не се различава съществено от процеса на производство на конвенционални щамповани корони от неръждаема стомана.

Когато се правят щамповани коронки, отпечатъците обикновено се вземат със стандартни алгинатни вани.

Технология на производство на титанова щампована коронка:

Лабораторният етап на изработване на корона започва с получаване на модел. След това зъбът се моделира с моделиращ восък. Чрез наслояване на разтопен восък върху повърхността на гипсовия зъб се постига увеличаване на обема, необходим за възстановяване на анатомичната форма. След моделирането е необходимо да се изреже гипсова матрица от модела. След това трябва да направите негово копие от метал с ниска топимост. За да направите това, трябва да направите гипсова форма. Гипсовият блок се изработва на два етапа. Гипсовата матрица се отстранява, а разцепените части на блока се сглобяват и нискотопимият метал се разтопява. При топене е важно металът да не се прегрява; при прегряване някои компоненти на сплавта се изпаряват и тя става по-крехка. И тогава те попълват формуляра. Формата трябва да бъде добре изсушена, тъй като влагата, изпарявайки се, ще направи метала порест.

Общо трябва да направите две метални матрици. Първият е най-точен за крайно щамповане. Второто е за предварително щамповане. След като направите метална матрица, трябва да изберете титаниева втулка.

Втулката трябва да достигне до екватора на зъба и да го натисне малко по-силно. На загрятата втулка върху поансоните на специална зъбна наковалня се придава приблизителната форма на бъдещата корона чрез удари с чук. И след това отново следва отгряване. По време на удари с чук настъпват промени в структурата на метала, той става по-еластичен и неподатлив на по-нататъшна обработка, тоест образува се втвърдяване, чрез отгряване се възстановява кристалната решетка на метала и металът става по-пластичен. След това вземат втория хвърлен зар, поставят му втулка и с няколко силни и точни удара на чука го забиват в оловната „възглавница“. Оловната подложка е слитък от меко олово с различни размери.

Необходимо е да забиете матрицата с втулката до нивото на екватора на короната. Оловото притиска металната втулка плътно към матрицата. Матричката с втулката се отстранява от повода и се оценява качеството на предварителното щамповане. На ръкава не трябва да има гънки или пукнатини. Крайното щамповане се извършва в преса, ръчна или механизирана хидравлична. Има само едно значение - в основата на пресата има улей, запълнен с невулканизирана гума. Печатът се вкарва в кюветата в гумата и притискащият прът, под въздействието на силата на въртящ се маховик или хидравлика, притиска гумата, последната предава натиск върху втулката, която от своя страна под налягане е плътно притиснат към металния печат.

Струва си да се отбележи, че студеният титан е изключително труден за щамповане. По време на гореща деформация и особено при температури от 900 ° C и по-високи, когато се развиват процеси на омекване, титанът и титановите сплави имат доста висока пластичност. Титановите сплави се използват за коване и горещо щамповане за производство на продукти със сложни геометрични форми, които включват зъби.

Пластичността на титана и титановите сплави рязко намалява при наличие на алфа слой на повърхността. Алфинизираният слой е твърд разтвор на кислород в титан. Метал с алфа слой е изключително чувствителен по време на коване и горещо щамповане към промени в състоянието на напрежение и деформация с нарастващи напрежения и деформации на опън. Тъй като практически всички методи за коване и щамповане включват напрежения на опън и деформации, образуването на алфа слой трябва да се избягва при нагряване на титан и титанови сплави за гореща обработка. Това се постига чрез нагряване за коване и щамповане в нагревателни пещи с неутрална или неокисляваща атмосфера. Най-подходящата среда за нагряване на титан и титанови сплави е аргонът.

2.2.Метод на инжектиране

Високата реактивност на титана и високата му точка на топене изискват специална леярска инсталация и облицовъчен материал. В момента на пазара има няколко системи, които позволяват леене на титан.

Пример са леярните инсталации Autocast, които се основават на принципа на топене на титан в защитна атмосфера от аргон върху меден тигел с помощта на волтова дъга, точно както титановата гъба се топи в промишлеността, за да се получи чист титан. Металът се излива в кюветата с помощта на вакуум в камерата за отливане и високо налягане на аргон в помещението за топене - докато тигелът се накланя.

Външният вид и принципът на функциониране на инсталацията е показан на фигура 3.

Фиг.3.

В началото на процеса двете камери, камерата за топене (отгоре) и камерата за леярство (отдолу), се продухват с аргон, след това смес от въздух и аргон се евакуира от двете камери, след което камерата за топене се пълни с аргон и в камерата за отливане се образува вакуум. Волтовата дъга се включва и процесът на топене на титан започва. След изтичане на определено време тигелът за топене рязко се преобръща и металът се засмуква в матрицата, разположена във вакуум; собственото му тегло, както и нарастващото налягане на аргона в този момент също допринасят за запълването му на шприцформата. . Този принцип прави възможно получаването на добри, плътни отливки от чист титан.

Следващият компонент на леярската система е облицовъчният материал. Тъй като реактивоспособността на титана в разтопено състояние е много висока, това изисква специални вложки, които са направени на базата на алуминиеви и магнезиеви оксиди, което от своя страна позволява да се намали реакционният слой на титана до минимум.

Правилното създаване на стробиращата система, както и правилното разположение в канавката, играе огромна роля и се извършва стриктно в съответствие с правилата, предложени от производителя на леярското оборудване. При корони и мостове е допустимо използването само на специален леярски конус, който позволява оптималното насочване на метала към отливания обект. Височината на входния леяк канал от конуса до захранващия лъч е 10 mm с диаметър 4–5 mm. Диаметърът на захранващия лъч е 4 mm.

Подводните преходни канали към обекта, който се отлива, са с диаметър 3 mm и височина не повече от 3 mm. Много важно: подводните канали не трябва да се намират срещу входния канал на портата (фиг. 4), в противен случай вероятността от газови пори е много голяма.

Фиг.4.

Всички връзки трябва да са много гладки, без остри ъгли и т.н. за да се сведе до минимум турбуленцията, която възниква по време на изливането на метала, което води до образуването на газови пори. Системата за закопчаване на бюгельни протези, и по-специално за твърди основи на цели подвижни протези, също е различна от системите за завиване, които използваме за отливане на бюгельни протези от хром-кобалтови сплави.

За дентални приложения преходът на титан при температура от 882,5 °C от едно кристално състояние в друго е много важен. Титанът се трансформира при тази температура от α-титан с шестоъгълна кристална решетка в β-титан с кубична решетка. Това включва не само промяна на физическите му параметри, но и увеличаване на обема му със 17%.

Поради тази причина е необходимо и използването на специална керамика, чиято температура на изпичане трябва да бъде под 880 °C.

Титанът има много силна тенденция при стайна температура с атмосферен кислород незабавно да образува тънък защитен слой от оксид, който го предпазва в бъдеще от корозия и прави титана добре поносим от тялото. Това е така нареченият пасивен слой.

Пасивният слой има способността да се регенерира. Този слой, на различни етапи от работата с титан, трябва да бъде гарантиран. След пясъкоструене, преди почистване на касата с пара, е необходимо да се остави рамката да пасивира поне 5 минути. Прясно полираната протеза трябва да се пасивира поне 10-15 минути, в противен случай няма гаранция за добър блясък на готовата изработка.

2.3.Свръхпластично формоване

В продължение на 15 години леенето на протези от титан се популяризира в Япония, САЩ и Германия, а отскоро и в Русия. Разработено различни видовеоборудване за центробежно или вакуумно леене, рентгенов контрол на качеството на отливките, специални огнеупорни материали.

Изброените по-горе методи са много технологично сложни и скъпи. Изход от тази ситуация може да бъде суперпластично формоване. Същността на суперпластичността е, че при определена температура метал с ултра фино зърно се държи като нагрята смола, тоест може да се удължи със стотици и хиляди процента под въздействието на много малки натоварвания, което прави възможно произвеждат тънкостенни части със сложни форми от лист от титанова сплав. Това явление и процесът се състои в това, че свръхпластична листова заготовка се притиска към матрица и под въздействието на малко налягане на газа (максимум 7–8 atm) се деформира суперпластично, като придобива много точна форма на кухината на матрицата. в една операция.

Нека разгледаме използването на метода на сферично-пластично формоване, като използваме примера за производство на подвижна ламеларна протеза. Зъбните протези, изработени чрез суперпластично формоване, имат значителни предимства. Основните са лекота (леко тегло) в сравнение с протези, изработени от сплави кобалт-хром или никел-хром, както и висока устойчивост на корозия и здравина. Достатъчната простота на производство на протезата я прави незаменима за масово производство в ортопедичната стоматология.

Началните клинични етапи на производство на пълна подвижна протеза с титаниева основа не се различават от традиционните при производството на пластмасови протези. Това включва клиничен преглед на пациентите, получаване на анатомични отливки, изработване на индивидуална лея, получаване на функционална отливка и изработка на работещ високоякостен модел от супергипс.

Модел, изработен от супергипс с алвеоларен ръб, предварително изолиран с восък за закопчаване, се дублира в огнеупорна маса. Огнеупорните модели се поставят в метална клетка, изработена от топлоустойчива сплав, който има специални изрези, чийто размер и форма ви позволяват да поставите в него модел на горната челюст на всеки пациент.

Върху керамичните модели се поставя лист от титанова сплав с дебелина 1 мм. Заготовката на листа се захваща между двете половини на формата. Полуформите образуват херметизирана камера, разделена от лист на две части, всяка от които има комуникационен канал с газовата система и може независимо да се вакуумира или запълни с инертен газ под известно налягане (фиг. 5).

Фиг.5.

Запечатаните половини на формата се нагряват и създават разлика в налягането. Под листа се създава вакуум от 0,7-7,0 Pa. Лист от титаниева сплав се огъва към вакуумираната полуформа и се „издухва“ в разположения в нея керамичен модел, напасвайки релефа му. През този период налягането се поддържа по определена програма. В края на тази програма половинките на формата се охлаждат.

След това налягането в двете половини се изравнява до нормалното и детайлът се изважда от формата. Основите с необходимия профил се изрязват по контура, например с лазерен лъч, ръбът се шлайфа върху абразивно колело, отстранява се котлен камък, ретенционните ленти се изрязват с абразивен диск в седловидната част на основата до средата на алвеоларния процес и електрополирани по разработения метод.

Пластмасовият ограничител се оформя на различни нива на титановата основа от палатиналните и оралните повърхности под върха на алвеоларния гребен с 3-4 mm, като се използва химическо смилане. Химическото фрезоване се извършва и по линия „А“, за да се създаде зона за задържане при фиксиране на основната пластмаса. Наличието на пластмаса по линията "А" е необходимо за по-нататъшна корекция на зоната на клапана.

В клиниката лекарят определя централното съотношение на челюстите по традиционни методи. Поставянето на зъбите и поставянето им в устната кухина не се различава от подобни операции при изработката на обикновени подвижни протези. След това в лабораторията восъкът се заменя с пластмаса и се полира. В този момент е завършено производството на подвижна протеза с титаниева основа (фиг. 6).

Фиг.6.

За суперпластично формоване в Русия често се използват местни технологии, битова инсталация (оригинална руска патентована инсталация и техника) и домашни листови заготовки от местна сплав VT 14.

Безопасно е да се каже, че суперпластичното формоване на титанови сплави има отлични перспективи за по-нататъшно развитие, т.к. съчетава висока издръжливост, биоинертност и естетика.

2.4.Компютърно фрезоване (CAD/CAM)

CAD/CAM е акроним, който означава компютърно проектиране/чертене и компютърно подпомагано производство, което буквално се превежда като „компютърно подпомагано проектиране и производство“. Смисълът е автоматизация на производството и системи за компютърно проектиране и разработка.

С развитието на технологиите протетичната дентална медицина също еволюира от времето на бронзовия човек, когато изкуствените зъби са били завързвани със златна тел към съседните зъби, до модерен човек, който използва CAD/CAM технология. В момента на навлизането на CAD/CAM технологията, технологията е лишена от всички недостатъци, присъщи на технологиите за леене, например свиване, деформация, включително при отстраняване на ляти корони, мостове или техните рамки. Няма опасност от нарушаване на технологията, например прегряване на метала по време на леене или повторна употреба на затвори, което води до промяна в състава на сплавта. Няма свиване на рамката след нанасяне на керамични облицовки, няма възможни деформации при премахване на восъчни капачки от гипсовия модел, пори и кухини при отливане, непролепени участъци и др. Основният недостатък на CAD/CAM технологията е нейната висока цена, което не позволява тази технология да бъде широко въведена в ортопедичната дентална медицина. Въпреки че, честно казано, заслужава да се отбележи, че почти всяка година се появяват по-евтини и по-евтини инсталации. Оригиналната CAD/CAM технология беше компютър с необходимия софтуер, който произвеждаше триизмерно моделиране на фиксирана протеза, последвано от компютърно фрезоване с точност от 0,8 микрона от масивен метален или керамичен блок. Фигура 7 показва модерна CAD/CAM настройка.

Фиг.7.

С помощта на CAD/CAM можете да произвеждате:

• единични корони и мостове с малък и голям размер;
• телескопични корони;
• персонализирани опори за импланти;
• пресъздайте пълната анатомична форма за модели от пресова керамика, нанесена върху рамката (овърпрес);
• изработване на временни коронки в пълен профил и различни леярски модели.

Понастоящем, ако разглеждаме CAD/CAM като инсталация за обработка на титанови сплави, тогава производството на индивидуални абатменти стана много широко разпространено (като се има предвид относително ниската цена). Външният вид на такива абатменти е показан на фигура 8.

Фиг.8.

По-долу е даден пример за алгоритъм на зъботехник, използващ CAD/CAM инсталация. Той е доста универсален. И ако говорим директно за титан, тогава този алгоритъм ще бъде приблизително същият.

Описание на работата с модерни CAD/CAM технологии:

Стъпка 1: Актьорски състав. Гипсов модел. Снемането на отпечатък от устната кухина се извършва по абсолютно същия начин, както при традиционни методиЗъбно протезиране. От получената отливка, a гипсов моделчелюстите на пациента.

Стъпка 2: Сканиране. Основната цел на тази стъпка е да се получат цифрови данни, на базата на които ще бъдат изградени електронни триизмерни модели на необходимите продукти (коронки, зъбни протези, мостове и др.). Дигитализираните данни се записват в STL формат. Резултатът от сканирането и основата на работата е триизмерен компютърен геометричен модел (под формата на STL файл) на областта на устната кухина, върху която се планира да бъде инсталирана протезата. Нобеловият скенер е показан на фигура 9.

Фиг.9.

Стъпка 3: Триизмерно моделиране (3D). STL файлът, получен в стъпка 2, се импортира в CAD системата. Предназначен е за създаване на компютърни модели на корони, зъбни протези, мостове и др. с последващото им прехвърляне в CAM системата за програмна обработка на CNC машина. Системата е проектирана специално за техници, използвайки подходяща терминология и удобен за потребителя, интуитивен интерфейс. Програмата е насочена към потребители, които нямат опит в използването на CAD системи.

На тази стъпка зъботехникът трябва да избере най-подходящата форма на зъб от базата данни и да я модифицира с инструменти до желаната форма. Предоставената база данни съдържа модел на коронки за всеки зъб. Използвайте интуитивни функции за скулптуриране, за да редактирате геометрията. По време на процеса на моделиране можете да мащабирате компютърния модел, за да компенсирате свиването по време на процеса на синтероване и да получите максимално възможната корона точни размери. Като пример Фигура 10 показва програмния интерфейс, върху който е моделиран индивидуален абатмент.

Фиг. 10.

Стъпка 4: Програмиране на обработка. След разработване на геометрията на продуктите в системата, получените данни се прехвърлят в CAM системата. Предназначен е за програмиране на обработката на продукти на CNC машини. В системата CAM се генерират траектории на обработка, които с помощта на постпроцесор се превеждат на „език“, разбираем за машината - в програмата за управление. Тази програма е насочена към неопитни потребители, които нямат опит в работата с CAM системи и програмиране на CNC машини.

Стъпка 5: Обработка на протези на CNC машина. Получените управляващи програми се изпращат на CNC машина. По-долу Фигура 11 показва пример за процеса на фрезоване на три опори за приложение и две греди за протези.

Фиг. 11.

2.5.3D печат (CAD/CAM)

Благодарение на по-нататъшното развитие на CAD/CAM технологията, компютърното фрезоване беше заменено от технологията за 3D печат, което намали разходите и направи възможно производството на обекти с всякаква форма и сложност, които не можеха да бъдат произведени преди с никоя от съществуващите технологии. Например, благодарение на 3D принтирането е възможно да се произведе плътен кух предмет с произволна форма на вътрешната повърхност. Във връзка с ортопедичната стоматология е възможно да се произведе кухо тяло на протезата, което ще позволи, без да се намалява здравината на конструкцията, да се намали нейното тегло.

В допълнение, 3D принтерите в стоматологията гарантират ускорени производствени обеми и точност на готовите продукти. 3D принтерите, подобно на компютърно управляваните фрезови машини (CNC), освобождават зъботехниците от един много времеемък процес в тяхната работа - ръчно моделиране на протези, корони и други продукти. Фигура 12 показва 3D принтера X350pro на немската компания RepRap.

Фиг. 12.

CAD технологията в 3D печата не се различава от CAD технологията в компютърното фрезоване и е описана подробно в предишната глава.

Принципът на процеса е, че върху субстрата се нанася слой от метален прах с микроскопична дебелина. След това се извършва синтероване или по-точно микрозаваряване с лазер във вакуум на микроскопични зърна метал в необходимите зони на слоя. Заваряването е процес на превръщане на праха в твърд материал с помощта на висока топлина, без да се стопи самият материал. След това отгоре се нанася още един слой метален прах, а микрозърната метал се микрозаваряват с лазер не само едно към друго, но и към долния слой.

Уникалната форма на всеки зъб е трудно да се възпроизведе точно с помощта на ръчна изработка. Стоматологичните 3D принтери обаче правят сложните и остарели производствени методи ненужни. Благодарение на най-новите технологиии повечето модерни материалиготовите продукти се произвеждат няколко пъти по-бързо от преди.

Предимства на 3D принтирането в денталната сфера:

• възможност за производство на продукти с кухи вътрешни секции, които не могат да бъдат направени чрез фрезоване;
• значително ускоряване на производството на необходимите продукти;
• увеличаване на производствените обеми без допълнителен персонал;
• възможност за повторно използване на материала след почистване, което намалява производствените отпадъци почти до нула.

2.6 Заключения по втора глава.

От всичко казано по-горе могат да се направят някои изводи. Титанът е известен от древни времена, но не е намерил приложение в стоматологията поради факта, че дълго време не е имало технологии за неговата обработка. С течение на времето ситуацията започна да се променя и днес титанът се обработва по няколко начина, без да се нарушава естетиката на крайните възстановявания.

От появата на титана в стоматологията до наши дни се появиха много методи за обработката му. Всички те имат както своите недостатъци, така и своите предимства. Това разнообразие естествено е неоспоримо предимство на титана, тъй като всяка лаборатория и в частност всеки зъботехник може да избере точно метода на работа с титана, който е по-подходящ в зависимост от поставените задачи.

След анализ на литературата установихме, че от всички съществуващи или известни методи за обработка на титан в стоматологията най-обещаващият и най-добър метод е методът за 3D печат с титан, тъй като има най-много предимства и практически няма недостатъци.

Заключение

От целия материал, обсъден по-горе, може да се направи само едно заключение: титанът даде нови идеи и значително ускори много операции. Въпреки повече от скромната си история, титанът се превърна във водещ материал в денталната медицина. Титановите сплави имат почти всички качества, необходими в ортопедичната стоматология, а именно: биоенергия, здравина, твърдост, твърдост, дълготрайност, устойчивост на корозия, ниско специфично тегло. Въпреки многото качества, които са незаменими за стоматологията, титанът все пак може да се обработва по много начини, без да се губи качеството на готовите продукти. Днес вече разполагаме с всички необходими инструменти и оборудване за висококачествена обработка на титанови сплави.

След като анализирахме всички методи за производство на титанови продукти, можем да заключим, че най-прогресивният метод е 3D печатът. В сравнение с други методи, той има редица предимства, като например простотата на самия процес. За разлика от щампования титан, 3D печатът има почти перфектна точност. Компютърната технология за смилане също осигурява висока прецизност, но за разлика от 3D печата, тя не може да възпроизведе кухите вътрешни части на продукта. И освен това, 3D печатът е много икономичен, тъй като практически няма производствени отпадъци, а останалият материал, използван за печат, може да се използва повторно след почистване. Методът на леене под налягане и методът на пластична деформация изискват сложно технологично оборудване. Но прецизността на производството на продукта все още не може да се сравни с 3D принтирането.

В заключение можем да заключим, че методът на 3D принтиране в момента е най-обещаващият, прогресивен и рентабилен метод за работа с продукти от титанови сплави в денталната медицина.

Библиография

1. Списание "Зъботехник". Титан - материал за съвременната стоматология / Александър Модестов © Medical Press LLC (№ 3 (38) 2003) 1997-2015.
2. Ервандян, А.Г. CAD/CAM технологии в ортопедичната дентална медицина [Електронен ресурс] / Арутюн Гегамович Ервандян, 4.10.2015. – Режим на достъп: https://www.. – Кап. от екрана.
3. Трезубов, В.Н. Ортопедична стоматология. Приложно материалознание / V.N. Трезубов, Л.М. Мишнев, E.N. Жулев. – М.: 2008. – 473 с.
4. sgma [Електронен ресурс] “CAD/CAM технологии: добра новина за зъботехническите лаборатории” Режим на достъп: свободен, 26.04.2008 г. http://sgma.ucoz.ru/publ/3-1-0-21 – Кап. от екрана
5. Миронова М.Л. „Подвижни протези: урок" - М .: "GEOTAR-Media" 2009 г.
6. Андрющенко И.А., Иванов Е.А., Красноселски И.А. „Нови сплави за протези“ // Актуални проблеми на ортопедичната стоматология. М., 1968.
7. Копейкин В.Н., Ефремова Л.А., Иляшенко В.М. „Използването на нови сплави в клиниката по ортопедична стоматология“ // Актуални проблеми на ортопедичната стоматология, - М., 1968.
8. Болтън У. „Структурни материали: метали, сплави, полимери, керамика, композити.“ М.: издателство "Додека-XXI", 2004 г.
9. Нурт Р.В. превод от английски редактиран от Пахомова Г.Н. „Основи на денталното материалознание.“ "КМК-Инвест" 2004г.
10. Титан [Електронен ресурс]. Режим на достъп: свободен. http://chem100.ru/text.php?t=1926 - Кап. от екрана.

Титан и тантал – „компромисни” метали за медицината
Използването на различни метални изделия в медицината се практикува от древни времена. Комбинация от тези полезни свойстваметалите и техните сплави, като здравина, издръжливост, гъвкавост, пластичност, еластичност, нямат алтернативи, по-специално при производството на ортопедични конструкции, медицински инструменти, устройства за бързо заздравяване на фрактури. А през последните десетилетия, благодарение на откриването на ефекта на „паметта на формата“ и въвеждането на други иновации, металите също се използват широко в съдовата и неврохирургията за производството на шевни материали, мрежести стентове за разширяване на вени и артерии, големи ендопротези , както и в офталмологията и денталната имплантология.

Въпреки това, не всички метали са подходящи за използване в областта на медицината и основните разрушителни причини тук са податливостта на корозия и реакцията с живите тъкани - фактори, които имат разрушителни последици както за метала, така и за самото тяло.

Разбира се, златото и металите от платиновата група (платина, иридий, осмий, паладий, родий и др.) се отличават от конкуренцията. Въпреки това, възможността за използване на благородни метали за масова употреба практически отсъства поради прекалено високата им цена, а комбинацията от полезни свойства, които се търсят в определени специфични клинични ситуации, не винаги е присъща на благородните метали.

Значително място в тази област и до днес заемат неръждаемите стомани, легирани с определени добавки за получаване на необходимите характеристики. Но такива метални материали, които са стотици пъти по-евтини от благородните метали, не се съпротивляват ефективно на корозия и други агресивни влияния, което значително ограничава възможността за тяхното използване за редица медицински нужди. В допълнение, пречка за присаждането на продукти от неръждаема стомана, имплантирани в тялото, е техният конфликт с живите тъкани, причинявайки висок рискотхвърляне и други усложнения.

Един вид компромис между тези два полюса са метали като титан и тантал: здрави, ковки, почти не подлежат на корозия, имат висока температуратопене и най-важното - напълно неутрални в биологично отношение, поради което те се възприемат от тялото като собствена тъкан и практически не предизвикват отхвърляне. Що се отнася до цената, тя не е висока за титан, въпреки че значително надвишава тази на неръждаемите стомани. Танталът, като доста рядък метал, е повече от десет пъти по-скъп от титана, но все още е много по-евтин в сравнение с скъпоценни метали. Въпреки че повечето от основните експлоатационни свойства са сходни, в някои от тях той все още е по-нисък от титана, въпреки че в някои го превъзхожда, което всъщност определя уместността на приложението.

Поради тези причини титанът и танталът, често наричани „медицински метали“, както и редица техни сплави, са широко разпространени в много медицински области. Различавайки се по редица характеристики и по този начин взаимно допълвайки се, те разкриват съвременна медицинанаистина огромни перспективи.

По-долу ще говорим по-подробно за уникалните характеристики на титан и тантал, основните области на тяхното използване в медицината и използването на различни форми на производство на тези метали за производството на инструменти, ортопедично и хирургическо оборудване.

Титан и тантал – определение, съвременни свойства

Титан за медицина

Титанът (Ti), лек метал със сребрист оттенък, който прилича на стомана, е един от тях химически елементиПериодичната система е поставена в четвърта група четвърти период, атомен номер 22 (фиг. 1).

Фигура 1. Титанов къс.

Има атомна маса 47,88 със специфична плътност 4,52 g/cm 3 . Точка на топене – 1669°C, точка на кипене –3263°C. В индустриалните класове с висока стабилност той е четиривалентен. Характеризира се с добра пластичност и ковкост.

Тъй като е едновременно лек и има висока механична якост, два пъти по-голяма от тази на Fe и шест пъти по-голяма от тази на Al, титанът също има нисък коефициент на топлинно разширение, което му позволява да се използва в широк температурен диапазон.

Титанът се характеризира с ниска топлопроводимост, четири пъти по-малка от желязото и повече от един порядък по-ниска от алуминия. Коефициентът на топлинно разширение при 20°C е относително малък, но се увеличава при по-нататъшно нагряване.

Този материал се отличава и с много високо електрическо съпротивление, което в зависимост от наличието на чужди елементи може да варира в диапазона от 42·11 -8 ...80·11 -6 Ohm cm.

Титанът е парамагнитен метал с ниска електропроводимост. И въпреки че в парамагнитните метали магнитната чувствителност, като правило, намалява с нагряването, титанът в това отношение може да се класифицира като изключение, тъй като неговата магнитна чувствителност, напротив, се увеличава с повишаване на температурата.

Поради сумата от горните свойства, титанът е абсолютно незаменим като суровина за различни области на практическата медицина и медицинското инструментостроене. И все пак, най-ценното качество на титана за използване за тази цел е неговата висока устойчивост на корозия и, като резултат, хипоалергенност.

Титанът дължи своята устойчивост на корозия на факта, че при температури до 530-560 °C металната повърхност е покрита с най-здравия естествен защитен филм от TiO 2 оксид, напълно неутрален по отношение на агресивни химически и биологични среди. По отношение на устойчивостта на корозия титанът е сравним с платината и платиновите метали и дори надминава тези благородни метали. По-специално, той е изключително устойчив на киселинно-базови среди, не се разтваря дори в такъв агресивен „коктейл“ като царска вода. Достатъчно е да се отбележи, че интензивността на корозивното разрушаване на титана в морската вода, която има химичен състав в много отношения подобен на човешката лимфа, не надвишава 0,00003 mm/година или 0,03 mm за хилядолетие!

Поради биологичната инертност на титановите структури към човешкото тяло, когато се имплантират, те не се отхвърлят и не предизвикват алергични реакции, бързо се покриват с мускулно-скелетни тъкани, чиято структура остава постоянна през целия следващ живот.

Съществено предимство на титана е неговата достъпност, което го прави възможно за масово използване.

Титанови марки и титанови сплави
Най-популярните медицински класове титан са технически чисти VT1-0, VT1-00, VT1-00sv. Те почти не съдържат примеси, чието количество е толкова незначително, че варира в рамките на нулева грешка. Така класът VT1-0 съдържа около 99,35-99,75% чист метал, а класовете VT1-00 и VT1-00sv съответно съдържат 99,62-99,92% и 99,41-99,93%.

Днес в медицината се използва широка гама от титанови сплави, различни по своя химичен състав и механотехнологични параметри. Най-често като легиращи добавки се използват Ta, Al, V, Mo, Mg, Cr, Si, Sn. Най-ефективните стабилизатори включват Zr, Au и металите от платиновата група. Когато до 12% Zr се въведе в титан, неговата устойчивост на корозия се увеличава с порядъци. Най-голям ефект може да се постигне чрез добавяне на малко количество Pt и платиноиди Pd, Rh, Ru към титан. Въвеждането само на 0,25% от тези елементи в Ti позволява да се намали активността на неговото взаимодействие с кипяща концентрирана H 2 SO 4 и HCl с десетки порядъци.

Сплавта Ti-6Al-4V стана широко разпространена в имплантологията, ортопедията и хирургията, значително превъзхождайки параметрите на ефективността на „конкурентите“ на базата на кобалт и неръждаема стомана. По-специално, модулът на еластичност на титановите сплави е два пъти по-нисък. За медицински приложения (импланти за остеосинтеза, ставни ендопротези и др.) това е голямо предимство, тъй като осигурява по-висока механична съвместимост на импланта с плътни костни структури на тялото, при които модулът на еластичност е 5¸20 GPa. Титан-ниобиеви сплави, чието разработване и внедряване са особено подходящи, се характеризират с още по-ниски показатели в това отношение (до 40 GPa и по-ниски). Прогресът обаче не стои неподвижен и днес традиционният Ti-6Al-4V се заменя с нови медицински сплави Ti-6Al-7Nb, Ti-13Nb-13Zr и Ti-12Mo-6Zr, които не съдържат алуминий и ванадий - елементи, които, макар и незначителни, но все пак имат токсичен ефект върху живата тъкан.

Напоследък биомеханично съвместимите импланти, чийто материал е титанов никелид TiNi, стават все по-търсени за медицински нужди. Причината за нарастващата популярност на тази сплав е присъщата й т.нар. Ефект на паметта на формата (SME). Същността му се състои в това, че контролният образец, деформиран при ниски температури, е в състояние постоянно да запазва новопридобитата си форма и при последващо нагряване да възстанови първоначалната си конфигурация, като същевременно демонстрира свръхеластичност. Никелид-титановите структури са незаменими, по-специално, при лечението на гръбначни наранявания и дистрофия на опорно-двигателния апарат.

Тантал за медицина

Определение и полезни характеристики
Танталът (Ta, лат. Tantalum) е тежък, огнеупорен метал със сребристо-синкав „оловен“ оттенък, който се дължи на покриващия го филм Ta 2 O 5 пентоксид. Той е един от химичните елементи на Периодичната таблица, разположен във вторична подгрупа на пета група на шести период, атомен номер 73 (фиг. 2).

Фигура 2. Танталови кристали.

Танталът има атомна маса 180,94 с висока специфична плътност от 16,65 g/cm 3 при 20 °C (за сравнение: специфичната плътност на Fe е 7,87 g/cm 3, Pv е 11,34 g/cm 3). Точка на топене – 3017 °C (само W и Re са по-огнеупорни). 1669°C, точка на кипене – 5458°C. Танталът се характеризира със свойството парамагнитност: неговата специфична магнитна чувствителност при стайна температура е 0,849·10 -6.

Този конструктивен материал, съчетаващ високи нива на твърдост и пластичност, в своята чиста форма се поддава добре на механична обработка по всякакъв начин (щамповане, валцуване, коване, изтегляне, усукване, рязане и др.). При ниски температури се обработва без силна закалка, подлага се на деформационни въздействия (ниво на компресия 98,8%) и без необходимост от предварително изпичане. Танталът не губи своята пластичност, дори ако е замръзнал до –198 °C.

Модулът на еластичност на тантала е 190 H/m2 или 190·102 kgf/mm2 при 25 °C, поради което лесно се преработва в тел. Произвеждаме и най-тънкия танталов лист (приблизителна дебелина 0,039 mm) и други строителни полуготови продукти.

Един вид "близнак" на Ta е Nb, характеризиращ се с много подобни свойства.

Танталът се отличава с изключителна устойчивост на агресивни среди. Това е едно от най-ценните му свойства за използване в много индустрии, включително медицината. Той е устойчив на такива неорганични агресивни киселини като HNO 3, H 2 SO 4, HCl, H 3 PO 4, както и органични киселини с всякаква концентрация. В този параметър той е надминат само от благородни метали и дори тогава не във всички случаи. Така Ta, за разлика от Au, Pt и много други благородни метали, „игнорира“ дори царската вода HNO 3 +3HCl. Танталът е малко по-малко устойчив на алкали.

Високата устойчивост на корозия на Та се проявява и по отношение на атмосферния кислород. Процесът на окисление започва едва при 285 °C: върху метала се образува повърхностен защитен филм от танталов пентоксид Ta 2 O 5 . Именно наличието на филм от този, единственият стабилен от всички Та оксиди, прави метала имунизиран срещу агресивни реагенти. Оттук и такава особено ценна характеристика на тантала за медицината като висока биосъвместимост с човешкото тяло, което възприема танталовите структури, имплантирани в него, като своя собствена тъкан, без отхвърляне. Въз основа на това най-ценно качество медицинска употребаТова в области като реконструктивна хирургия, ортопедия, имплантология.

Танталът е един от редките метали: запасите му в земната кора са приблизително 0,0002%. Това причинява високата цена на този структурен материал. Ето защо използването на тантал под формата на тънки слоеве от защитни антикорозионни покрития, нанесени върху основния метал, които между другото имат твърдост три до четири пъти по-голяма от чистия откален тантал, е толкова широко разпространено.

Дори по-често танталът се използва под формата на сплави като легираща добавка в по-евтини метали, за да придаде на получените съединения комплекс от необходими физични, механични и химични свойства. Стомана, титан и други метални сплави с добавка на тантал са широко търсени в производството на химически и медицински инструменти. От тях, по-специално, те практикуват производството на намотки, дестилатори, аератори, рентгеново оборудване, контролни устройства и др. В медицината танталът и неговите съединения се използват и за производство на оборудване за операционни зали.

Трябва да се отбележи, че в редица области танталът, тъй като е по-евтин, но има много адекватни експлоатационни характеристики, може успешно да замени благородните метали от групата платина-иридий.

Класове тантал и неговите сплави
Основните степени на нелегиран титан със съдържание на примеси в рамките на статистическата грешка са:

• HDTV: Ta - 99,9%, (Nb) - 0,2%. Други примеси, като (Ti), (Al), (Co), (Ni), се съдържат в хилядни и десет хилядни от процента.
• HDTV 1: Химическият състав на посочения клас се състои от 99,9% Ta. Ниобият (Nb), който винаги присъства в промишления тантал, съответства само на 0,03%.
• TC: Да – 99,8%. Примеси (не повече от %): Nb - 0,1%, Fe - 0,005%, Ti, H - по 0,001%, Si - 0,003%, W+Mo, O - по 0,015%, Co - 0,0001%, Ca - 0,002% , Na, Mg, Mn - по 0,0003%, Ni, Zr, Sn - по 0,0005%, Al - 0,0008%, Cu, Cr - по 0,0006%, C, N - по 0,01%.
• T: Ta - 99,37%, Nb - 0,5%, W - 0,05%, Mo - 0,03%, (Fe) - 0,03%; (Ti) - 0,01%, (Si) - 0,005%.

Високите стойности на твърдост на Ta правят възможно производството на структурни твърди сплави на негова основа, например Ta с W (TV). Замяната на TiC сплавта с танталовия аналог TaC значително оптимизира механичните характеристики на структурния материал и разширява възможностите за неговото приложение.

Уместност на употребата на Ta за медицински цели
Приблизително 5% от тантала, произведен в света, се изразходва за медицински нужди. Въпреки това, значението на използването му в тази индустрия не може да бъде надценено.

Както вече беше отбелязано, танталът е един от най-добрите метални биоинертни материали поради тънкия, но много здрав и химически устойчив филм от Ta 2 O 5 пентоксид, който се самоформира върху неговата повърхност. Поради високата степен на адхезия, която улеснява и ускорява процеса на сливане на импланта с жива тъкан, има нисък процент на отхвърляне на танталови импланти и липса на възпалителни реакции.

Полуфабрикати от тантал като листове, пръти, телове и други форми се използват за направата на структури, които са търсени в пластичната, сърдечна, невро- и остеохирургия за зашиване, сливане на костни фрагменти, стентиране и изрязване на съдове (фиг. 3) .

Фигура 3. Танталова закрепваща конструкция в раменната става.

Използването на тънки танталови пластини и мрежести структури се практикува в лицево-челюстната хирургия и за лечение на черепно-мозъчни травми. Влакната от танталова прежда заместват мускулната и сухожилната тъкан. Използване на тантал Хирурзите използват танталови влакна по време на коремни операции, по-специално за укрепване на стените на коремната кухина. Танталовите мрежи са незаменими в областта на офталмологичното протезиране. Най-фините танталови нишки дори се използват за регенериране на нервни стволове.

И, разбира се, Ta и неговите съединения, заедно с Ti, се използват широко в ортопедията и имплантологията за производството на ставни ендопротези и зъбни протези.

От началото на новото хилядолетие иновативната област на медицината става все по-популярна, базирана на принципа на използване на статични електрически полета за активиране човешкото тяложеланите биопроцеси. Наличието на високи електретни свойства на покритието от танталов пентоксид Ta 2 O 5 е научно доказано. Електретните филми от титанов оксид вече са широко разпространени в съдовата хирургия, ендопротезирането и създаването на медицински инструменти и устройства.

Практическо приложение на титан и тантал в определени отрасли на медицината

Травматология: конструкции за заздравяване на фрактури

В момента, за да се ускори зарастването на фрактури, такива методи се използват все по-често. иновативна технология, като метална остеосинтеза. За да се осигури стабилна позиция на костните фрагменти, се използват различни фиксиращи структури, външни и вътрешни, имплантирани в тялото. Използваните по-рано стоманени продукти обаче показват ниска ефективност поради тяхната чувствителност към корозия под въздействието на агресивната среда на тялото и феномена на поцинковане. Резултатът е както бързо разрушаване на самите фиксатори, така и реакция на отхвърляне, причиняваща възпалителни процеси на фона на силна болка поради активното взаимодействие на Fe йони с физиологичната среда на опорно-двигателния апарат в електрическото поле на тялото.

Да избегна нежелани последствияпозволява производството на титанови и танталови фиксиращи импланти, които са биосъвместими с живите тъкани (фиг. 4).

Фигура 4. Титанови и танталови структури за остеосинтеза.

Такива проекти с прости и сложни конфигурации могат да се използват за дългосрочно или дори постоянно внедряване в човешкото тяло. Това е особено важно за по-възрастните пациенти, защото елиминира необходимостта от операция за отстраняване на котвата.

Ендопротезиране

Имплантирани изкуствени механизми хирургичнов костната тъкан се наричат ​​ендопротези. Най-разпространено е ендопротезирането на стави - тазобедрена, раменна, лакътна, коленна, глезенна и др. Процесът на ендопротезиране винаги е сложна операция, когато част от ставата, която не подлежи на естествено възстановяване, се отстранява и след това се заменя с ендопротезен имплант.

Към металните компоненти на ендопротезите се налагат редица сериозни изисквания. Те трябва едновременно да притежават свойствата на твърдост, здравина, еластичност, способност за създаване на необходимата повърхностна структура, устойчивост на корозивни ефекти от тялото, елиминиране на риска от отхвърляне и други полезни качества.

За производството на ендопротези могат да се използват различни биоинертни метали. Водещо място сред тях заемат титанът, танталът и техните сплави. Тези издръжливи, здрави и лесни за обработка материали осигуряват ефективна остеоинтеграция (те се възприемат от костната тъкан като естествени тъкани на тялото и не причиняват негативни реакции) и бързо сливане на костите, гарантиращо стабилността на протезата за дълги периоди, оценени на десетилетия. На фиг. Фигура 5 показва използването на титан при артропластика на тазобедрената става.

Фигура 5. Титаниево протезиране на тазобедрената става.

В ендопротезирането, като алтернатива на използването на изцяло метални конструкции, широко се използва методът на плазмено пръскане на защитни биосъвместими покрития на базата на Ti и Ta оксиди върху повърхността на неметалните компоненти на протезата.

Чист титан и неговите сплави. В областта на ендопротезирането намират широко приложениекакто чист Ti (например CP-Ti със съдържание на Ti 98,2-99,7%), така и неговите сплави. Най-често срещаният от тях е Ti-6AI-4V at високи ставкиякост, характеризираща се с устойчивост на корозия и биологична инертност. Сплавта Ti-6A1-4V се характеризира с особено висока механична якост, като има торсионно-аксиални характеристики, изключително близки до тези на костта.

Към днешна дата са разработени редица съвременни титанови сплави. По този начин химичният състав на ниобиеви сплави Ti-5AI-2.5Fe и Ti-6AI-17 не съдържа токсичен V, освен това те се характеризират с нисък модул на еластичност. А сплавта Ti-Ta30 се характеризира с наличието на модул на термично разширение, сравним с този на металокерамиката, което определя нейната стабилност при дългосрочно взаимодействие с металокерамичните компоненти на импланта.

Тантал-циркониеви сплави. Ta+Zr сплавите комбинират такива важни за ендопротезирането свойства като биосъвместимост с тъканите на тялото въз основа на корозионна и галванична устойчивост, твърдост на повърхността и трабекуларна (пореста) структура метална повърхност. Благодарение на трабекуларното свойство е възможно значително ускоряване на процеса на остеоинтеграция - растеж на жива костна тъкан върху металната повърхност на импланта.

Еластични ендопротези от титанова телена мрежа. Поради високата си пластичност и лекота, съвременната реконструктивна хирургия и други медицински отрасли активно използват иновативни еластични ендопротези под формата на най-фина титанова телена мрежа - „паяжина“. Еластична, здрава, еластична, издръжлива и запазваща биоинертни свойства, мрежата е идеален материал за мекотъканни ендопротези (фиг. 6).

Фигура 6. Мрежеста ендопротеза от титаниева сплав за пластмаси на меки тъкани.

„Мрежата“ вече е успешно тествана в области като гинекология, лицево-челюстна хирургия и травматология. Според специалистите титановите мрежести ендопротези нямат равни по отношение на стабилност с почти нулев риск от странични ефекти.

Титаново-никелови медицински сплави с ефект на памет на формата

Днес в различни области на медицината широко се използват сплави от титанов никелид, притежаващи т.нар. с ефект на паметта на формата (SME). Този материал се използва за ендопротезиране на лигаментно-хрущялна тъкан на опорно-двигателния апарат на човека.

Титановият никелид (международен термин нитинол) е интерметално съединение TiNi, което се получава чрез сплав на Ti и Ni в равни пропорции. Най-важната характеристика на никелид-титановите сплави е свойството свръхеластичност, на което се основава EFM.

Същността на ефекта е, че пробата, когато се охлажда в определен температурен диапазон, лесно се деформира, а деформацията се самокоригира, когато температурата се повиши до първоначалната стойност с появата на свръхеластични свойства. С други думи, ако плоча от нитинолова сплав се огъне при ниска температура, тогава при същата температурни условиятя ще запази новата си форма за неопределено време. Но веднага щом температурата се повиши до първоначалната, плочата отново ще се изправи като пружина и ще заеме първоначалната си форма.

Примери за продукти медицински целинаправени от нитинолова сплав са показани на фигурите по-долу. 7, 8, 9, 10.

Фигура 7. Комплект импланти от титанов никелид за травматология (под формата на скоби, скоби, скоби и др.).

Фигура 8. Комплект импланти от титанов никелид за хирургия (под формата на скоби, дилататори, хирургически инструменти).

Фигура 9. Образци на порести материали и импланти от титанов никелид за вертебрология (под формата на ендопротези, пластиновидни и цилиндрични изделия).

Фигура 10. Материали и ендопротези от титанов никелид за лицево-челюстната хирургия и стоматология.

В допълнение, никелид-титаниеви сплави, като повечето продукти на основата на титан, са биоинертни поради тяхната висока корозионна и галванична устойчивост. По този начин той е идеален материал по отношение на човешкото тяло за производството на биомеханично съвместими импланти (BCI).

Приложение на Ti и Ta за производството на съдови стентове

Стентове (от англ. stent) - в медицината наричат ​​специални, еластични мрежести цилиндрични рамки, метални конструкции, поставени вътре в големи съдове (вени и артерии), както и други кухи органи (хранопровод, черва, жлъчно-пикочни пътища и др.) върху патологично стеснени участъци с цел разширяването им до необходимите параметри и възстановяване на проходимостта.

Най-популярното приложение на метода за стентиране е в области като съдова хирургия и по-специално коронарна ангиопластика (фиг. 11).

Фигура 11. Образци на съдови стентове от титан и тантал.

Към днешна дата повече от пет хиляди съдови стента са научно разработени и въведени в реалната практика. различни видовеи дизайни. Те се различават по състава на оригиналната сплав, дължината, конфигурацията на отворите, вида на повърхностното покритие и други работни параметри.

Изискванията към съдовите стентове са предназначени да осигурят тяхната безупречна функционалност, поради което са разнообразни и много високи.

Тези продукти трябва да бъдат:

• биосъвместим с телесните тъкани;
• гъвкав;
• еластичен;
• издръжлив;
• рентгеноконтрастни и др.

Основните материали, използвани днес при производството на метални стентове, са композиции благородни метали, както и Ta, Ti и техните сплави (VT6S, VT8, VT 14, VT23, нитинол), които са напълно биоинтегрирани с телесните тъкани и съчетават комплекс от всички други необходими физични и механични свойства.

Зашиване на кости, кръвоносни съдове и нервни влакна

Периферните нервни стволове, увредени в резултат на различни механични наранявания или усложнения на определени заболявания, изискват сериозна хирургическа намеса за възстановяване. Ситуацията се утежнява от факта, че обикновено подобни патологиинаблюдавани на фона на нараняване свързани органи, като кости, кръвоносни съдове, мускули, сухожилия и др. В този случай се разработва цялостна програма за лечение с прилагане на специфични конци. Като изходен материал за производството на конци - конци, крепежни елементи, крепежни елементи и др. – титанът, танталът и техните сплави се използват като метали, които имат химическа биосъвместимост и целия набор от необходими физични и механични свойства.

Фигурите по-долу показват примери за такива операции.

Фигура 12. Зашиване на кост с титаниеви скоби.

Фигура 13. Зашиване на сноп от нервни влакна с помощта на най-фините танталови нишки.

Фигура 14. Запечатване на съдове с помощта на танталови скоби.

Понастоящем се разработват все по-модерни технологии за невро-остео- и вазопластика, но титаниево-танталовите материали, използвани за това, продължават да държат палмата пред всички останали.

Пластична операция

Пластична операциясе отнася до хирургично отстраняване на органни дефекти, за да се пресъздадат техните идеални анатомични пропорции. Често такива реконструкции се извършват с помощта на различни метални изделия, имплантирани в тъканта под формата на пластини, мрежи, пружини и др.

Особено показателна в това отношение е краниопластиката - операция за коригиране на черепни деформации. В зависимост от показанията във всяка конкретна клинична ситуация, краниопластиката може да се извърши чрез апликиране на твърди титаниеви пластини или еластични танталови мрежи върху оперираната област. И в двата случая е разрешено използването както на чисти метали без легиращи добавки, така и на техните биоинертни сплави. Примери за използване на краниопластика титанова плочаи танталова мрежа са показани на фигурите по-долу.

Фигура 15. Краниопластика с титаниева плоча.

Фигура 16. Краниопластика с танталова мрежа.

Титаниево-танталовите структури могат да се използват и за козметично възстановяване на лицето, гърдите, задните части и много други органи.

Неврохирургия (прилагане на микроклипси)

Изрязване (на английски clip clamp) е неврохирургична операция на мозъчните съдове, насочена към спиране на кървенето (по-специално при разкъсване на аневризма) или изключване на увредени пациенти от кръвообращението. малки съдове. Същността на метода на клипсиране е, че върху увредените зони се прилагат миниатюрни метални скоби - скоби.

Търсенето на метода на изрязване, предимно в областта на неврохирургията, се обяснява с невъзможността за лигиране на малки мозъчни съдове с традиционни методи.

Поради разнообразието и спецификата на възникващите клинични ситуации, в неврохирургичната практика се използва широка гама от съдови клипове, които се различават по специфична цел, метод на фиксиране, размер и други функционални параметри (фиг. 17).

Фигура 17. Щипки за разединяване на церебрални аневризми.

На снимки щипките изглеждат големи, но в действителност не са по-големи от детски нокът и са поставени под микроскоп (фиг. 18).

Фигура 18. Хирургия за изрязване на церебрална аневризма.

За направата на скоби по правило се използва плоска тел от чист титан или тантал, а в някои случаи и сребро. Такива продукти са абсолютно инертни по отношение на мозъчната материя, без да предизвикват обратни реакции.

Зъбна ортопедия

Титанът, танталът и техните сплави са намерили широко медицинско приложение в стоматологията, а именно в областта на зъбното протезиране.

Устната кухина е особено агресивна среда, която се отразява негативно на металните материали. Дори благородните метали, традиционно използвани в зъбните протези, като злато и платина, устната кухинане може напълно да устои на корозия и последващо отхвърляне, да не говорим за високата цена и голямата маса, причинявайки дискомфортпри пациенти. От друга страна, леките ортопедични конструкции от акрилна пластмаса също не издържат на сериозна критика поради тяхната крехкост. Истинска революция в стоматологията беше производството на индивидуални корони, както и мостове и подвижни протези на базата на титан и тантал. Тези метали, поради присъщите им ценни качества, как биологичната инертност и висока якост при относителна евтиност успешно се конкурират със златото и платината, а по редица параметри дори ги надминават.

По-специално, щампованите и масивни титанови коронки са много популярни (фиг. 19). А короните с плазмено покритие, изработени от титанов нитрид TiN, практически не се различават от златните по външен вид и функционални свойства (фиг. 19)

Фигура 19. Твърда титаниева коронка и коронка с покритие от титаниев нитрид.

Що се отнася до протезите, те могат да бъдат постоянни (като мост), за да възстановят няколко близки стоящи зъбиили подвижни, използвани при загуба на цялото съзъбие (напълно обеззъбена челюст). Най-често срещаните зъбни протези са бюгельни протези (от немското der Bogen „арка“).

Бюгельната протеза се отличава с наличието на метална рамка, върху която е закрепена основната част (фиг. 20).

Фигура 20. Бюгельна протеза на долната челюст.

Днес закопчалката на протезата и закопчалките се изработват като правило от чист медицински титан с висока чистота от клас HDTV.

Истинска революция в денталната медицина е все по-популярната технология за зъбно протезиране с импланти. Протезирането върху импланти е най-надеждният начин за закрепване на ортопедични конструкции, които в този случай издържат десетилетия или дори цял живот.

Денталният (зъбен) имплант е конструкция от две части, която служи като опора за корони, както и за мостове и подвижни протези, чиято основна част (самият имплант) е коничен щифт с резба, който се завинтва директно в челюстта костен. На горната платформа на импланта се монтира опора, която служи за фиксиране на короната или протезата (фиг. 21).

Фигура 21. Дентален имплант Nobel Biocare, изработен от чист медицински клас 4 титан (G4Ti).

Най-често за производството на винтовата част на импланта се използва чист медицински титан с повърхностно тантало-ниобиево покритие, което спомага за активиране на процеса на остеоинтеграция - сливането на метал с жива кост и тъкани на венците.

Въпреки това, някои производители предпочитат да произвеждат не двукомпонентни, а еднокомпонентни импланти, при които винтовата част и опората имат монолитна, а не отделна структура. В същото време, например, немската фирма Zimmer произвежда твърди импланти от порест тантал, който в сравнение с титана има по-голяма гъвкавост и се вгражда в костната тъкан с почти нулев риск от усложнения (фиг. 22).

Фигура 22. Твърди порести танталови зъбни импланти Zimmer.

Танталът, за разлика от титана, е по-тежък метал, така че порестата структура значително олекотява продукта, без да се налага допълнително външно покритие от остеоинтегриращо покритие.

Примери за имплантно протезиране на отделни зъби (коронки) и чрез инсталиране на подвижни протези върху импланти са показани на фиг. 23.

Фигура 23. Примери за използване на титаниево-танталови импланти в зъбното протезиране.

Днес, в допълнение към съществуващите, се разработват нови методи за протезиране на импланти, показващи висока ефективност в различни клинични ситуации.

Производство на медицински инструменти

Днес в света клинична практикаизползват се стотици разновидности на различни хирургически и ендоскопски инструменти и медицинско оборудване, произведени от титан и тантал (ГОСТ 19126-79 „Медицински метални инструменти. Общи технически условия“. Те се сравняват благоприятно с други аналози по отношение на якост, пластичност и устойчивост на корозия , предизвикващи биологична инертност .

Медицинските инструменти от титан са почти два пъти по-леки от техните стоманени събратя, като същевременно са по-удобни и издръжливи.

Фигура 24. Хирургически инструменти, изработени върху основа от титан-тантал.

Основните медицински индустрии, в които титаново-танталовите инструменти са най-търсени, са офталмологични, стоматологични, отоларингологични и хирургични. Обширната гама от инструменти включва стотици видове шпатули, щипки, ретрактори, огледала, скоби, ножици, форцепс, скалпели, стерилизатори, тръби, длета, пинсети и всякакви плочи.

Биохимичните и физико-механичните характеристики на леките титанови инструменти са от особено значение за военната полева хирургия и различни експедиции. Тук те са абсолютно незаменими, тъй като при екстремни условия буквално всеки 5-10 грама наднормено тегло е значително бреме, а устойчивостта на корозия и максималната надеждност са задължителни изисквания.

Титанът, танталът и техните сплави под формата на монолитни продукти или тънки защитни покрития се използват активно в производството на медицински инструменти. Използват се в производството на дестилатори, помпи за изпомпване на агресивни среди, стерилизатори, компоненти на анестезиологично-дихателна апаратура, сложни устройства за дублиране на работата на жизненоважни органи като "изкуствено сърце", "изкуствен бял дроб", "изкуствен бъбрек", и т.н.

Титаниеви глави на ултразвукови машини имат най-дълъг експлоатационен живот, докато аналозите, изработени от други материали, дори при нередовно излагане на ултразвукови вибрации, бързо стават неизползваеми.

В допълнение към горното може да се отбележи, че титанът, подобно на тантала, за разлика от много други метали, има способността да десорбира („отблъсква“) радиация от радиоактивни изотопи и следователно се използва активно в производството на различни защитни устройства и радиологични оборудване.

Заключение

Разработването и производството на медицински продукти е една от най-бързо развиващите се области на научно-техническия прогрес. С началото на третото хилядолетие медицинската наука и технологии стават една от основните движещи сили на съвременната световна цивилизация.

Значението на металите в човешкия живот непрекъснато нараства. Революционните промени се извършват на фона на интензивното развитие на научното материалознание и практическата металургия. И през последните десетилетия индустриални метали като титан и тантал бяха издигнати „на щита на историята“, които с всички основания могат да бъдат наречени структурни материали на новото хилядолетие.

Значението на титана в съвременното лечение просто не може да бъде надценено. Въпреки сравнително кратката си история на употреба в практически цели, той се превърна в един от водещите материали в различни медицински индустрии. Титанът и неговите сплави имат сумата от всички необходими характеристики за това: устойчивост на корозия (и, като следствие, биоинертност), както и лекота, здравина, твърдост, твърдост, издръжливост, галванична неутралност и др.

Танталът не отстъпва на титана по отношение на практическото значение. Въпреки общото сходство на повечето полезни свойства, в някои качества те са по-ниски, а в други се превъзхождат. Ето защо е трудно и едва ли разумно да се прецени обективно приоритета на който и да е от тези метали за медицината: те по-скоро органично се допълват, отколкото да си противоречат. Достатъчно е да се отбележи, че медицинските структури на базата на титан-танталови сплави, които съчетават всички предимства на Ti и Ta, сега се разработват активно и се въвеждат в реална употреба. И неслучайно през последните години се правят все по-успешни опити за създаване на пълноценни изкуствени органи от титан, тантал и техните съединения, имплантирани директно в човешкото тяло. Наближава времето, когато, да речем, понятията „титаново сърце“ или „танталови нерви“ уверено ще се преместят от категорията на фигурите на речта в чисто практическа равнина.