Keramik Flashcards
Nennen Sie die vier in der Vorlesung vorgestellten Keramiken und mindestens jeweils ein Anwendungsbeispiel.
• Aluminumoxid Al2O3 o Hüftgelenkkugeln und pfannen • Zirkonoxid o Dentalkomponenten • ATZ (Aluminiumoxid verstärktes Zirkonoxid) o Hüftgelenk o Kniegelenk • Hydroxylapatit o Knochenersatz • Bioaktive Gläser / Glaskeramiken o Wirbelersatz, Orthopädie
Welche Anforderungen bestehen an das „medical grade“ Aluminiumoxid nach ISO 6474 hinsichtlich der Zusammensetzung und Korngröße?
DIN ISO 6474 (Chirurgische Implantate – Keramische Werkstoffe auf der Grundlage reinen Aluminiumoxids) • Verunreinigungen (Si02 + Na2O + CaO + Fe2O3) < 0,1% • Korngröße: o Typ A (Hohe Belastung) <4,5 µm o Typ B (geringe Belastung) < 7µm
In welchem Bereich liegen typische Reibwerte einer Al2O3-Al2O3 Gleitpaarung im Vergleich zur Reibfläche in einem natürlichen Gelenk?
Al2O3 Paarung mit Ringerlösung: 0,1 – 0,05 Knorpel – Knorpel: • Synovia Schmierung: 0,002 • Ringerlösung: 0,01 – 0,005
Neben Aluminiumoxid kommt Zirkonoxid zum Einsatz. Bei der Herstellung muss berücksichtigt werden, dass das tetragonale Zirkonoxid bei der Umwandlung (Abkühlung) in die monokline Phase aufgrund der Volumenzunahme wieder zu Pulver zerfällt. Was wird unternommen, um diesen Vorgang zu unterbinden?
Es gibt drei Zustände: monokline, tetragonale und kubische Phase Diffusionslose (martensitische) Phasenumwandlung von tetragonal monoklin Volumenzunahme von 3-5% Zirkoniumoxid zerfällt Dotierung mit stabilisierenden Oxiden (Umwandlungsverstärkung)
Was ist der wesentliche Effekt der Umwandlungsverstärkung? Erklären Sie den Vorgang.
Metastabile tetragonale Phase + Zugspannungen (Riss) Umwandlungen in Monokline Phase
Worin unterscheidet sich das Verfahren in Bezug auf die Formgebung wesentlich gegenüber der Herstellung von Bauteilen aus Stahl oder Glas?
• Formgebung vor Wärmebehandlung • Erst am Ende des Prozesses erhält man den eigentlichen Werkstoff
Welche typischen Längenschwindungen für Aluminium- und Zirkonoxid müssen noch nach der eigentlichen Formgebung keramischer Komponenten einkalkuliert werden? Welche Toleranzen sind nach dem Sintervorgang zu erwarten?
Sinterung +- 2% Schwindung: • Aluminiumoxid: 17 – 20 % • Zirkoniumoxid: 25 – 32 %
Nennen Sie einen Einsatzzweck für Hydroxylapatit in Medizinprodukten. Welche besondere Eigenschaft hat dieses Material?
• HA ist Bioaktiv • Einsatz o Beschichtung für Implantate o Knochenersatzmaterial
Wie verhalten sich die wichtigsten mechanischen Eigenschaften (Dichte, Elastizität, Druckfestigkeit, Zug- und Biegefestigkeit) im Vergleich zum vitalen Knochen? Geben Sie, wenn möglich, Zahlenwerte an. Wovon sind die Eigenschaften bei HA abhängig?
Starke Abhängigkeit der Eigenschaften von Porengehalt und Reinheitsgrad
HA ist Knochen in allen Eigenschaften überlegen
Nennen Sie zwei Verfahren zur Beschichtung von Medizinprodukten mit Hydroxylapatit.
Elektrochemisch
- Stufe: elektrochemische Beschichtung mit Brushit in wässriger Calciumphosphatlösung
- Stufe: Hydrothermalbehandlung bei 150°C ► gleichzeitige Sterilisation
Plasmaspritzen
Wie verhält sich die Löslichkeit von Hydroxylapatit in wässriger Lösung bei … steigendem pH-Wert … zunehmender spezifischer Oberfläche … abnehmendem Kristallinitätsgrad
In wässriger Lösung steigt die Löslichkeit
Mit sinkendem pH Wert
Mit zunehmender spezifischer Oberfläche
Mit abnehmendem Kristallinitäsgrad
Löslich unterhalb eines pH-Wertes von 4,3 ► in saurem Milieu resorbierbar
Was hat der erste Punkt aus 3d) für eine Folge bei der Nahrungsaufnahme? Wie versucht man dem entgegenzuwirken?
Erhöhen des pH – Wertes ► Fluor in Zahnpasta
Subsitution von OH- Ionen mit Fluorid Ionen verringert die Löslichkeit des Zahnschmelzes
Welche Bestandteile spielen bei der Festlegung eines bspw. resorbierbaren Implantats aus Bioglas eine entscheidende Rolle?
Bioglass enthält:
45 Gew% SiO2
24,5 Gew% Na2O
24,4 Gew% CaO
6 Gew& P2O5
Die Abbildung zeigt die Abhängigkeit der biologischen Wirkung von der chemischen Zusammensetzung von Biogläsern. Tragen Sie zunächst die oben genannten Bestandteile an die Achsen. Welche Zusammensetzung ergibt tendenziell ein bioinertes, resorbierbares oder bioaktives Bioglasgefüge?
