Entwicklung verschleißfester nanokristalliner und dispersionsverfestigter Titanwerkstoffe für Implantate

• Applicant: Professor Dr.-Ing. Bernd Kieback
• Subject Area: Biomaterials
• Term: from 2003 to 2007
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 5409937

Titan und seine Legierungen sind wegen ihrer ausgezeichneten Biokompatibilität besonders gut als Implantatwerkstoffe geeignet. Nachteilig ist jedoch die unzureichende Verschleißbeständigkeit der Titanimplantate, wodurch ein Abrieb metallischer Teilchen an der Grenzfläche Implantat/Knochen bzw. Knochenzement erfolgen kann und dadurch die Langzeitstabilität der Implantate begrenzt wird. Ziel des Antrages ist es, die Verschleißfestigkeit von Titanimplantaten wesentlich zu verbessern, indem neuartige nanokristalline und dispersionsverfestigte Titanwerkstoffe mit hoher Festigkeit und Härte entwickelt werden. Als Dispersoide sollen Titansilizide verwendet werden, weil diese Dispersoide den Leitfähigkeitsmechanismus der TiO2-Passivschicht wahrscheinlich am wenigsten beeinträchtigen. Ein großer Vorteil dieser neuartigen Titanwerkstoffe ist, dass die Festigkeitssteigerung nicht legierungstechnisch erfolgt, da viele Legierungselemente zelltoxisch wirken können. Weiterhin ist es günstig, die Verschleißfestigkeit der Implantate über den Volumenwerkstoff zu verbessern, da verschleißmindernde Schichten, die auf Titanimplantaten aufgebracht werden, häufig Probleme bei der Schichthaftung aufweisen. Die Herstellung der Titanwerkstoffe erfolgt über geeignete pulvermetallurgische Technologien, die es ermöglich, ein nanokristallines Gefüge mit feinsten Dispersoiden einzustellen. Hauptuntersuchungen zum mechanischen Verhalten dieser neuartigen Titanwerkstoffe sind Messungen zur Verschleißfestigkeit und zur Dauerfestigkeit. Weitere wichtige Untersuchungen, die die Eignung derartiger Werkstoffe als Implantatwerkstoffe kennzeichnen, sind die Analyse der Zusammensetzung und der physikalisch-chemischen Eigenschaften der Passivschichten.

• DFG Programme: Priority Programmes
• Subproject of: SPP 1100: Interface between Biomaterial and Biosystem
• Participating Person: Dr.-Ing. Christa Sauer (†)