醫(yī)用金屬材料材料知識(shí)簡(jiǎn)介.ppt

醫(yī)用金屬材料,醫(yī)用金屬材料,一、材料,二、醫(yī)用金屬材料,三、常用醫(yī)用金屬材料,材料？,定義：宇宙間可用于制造有用物品的固態(tài)物質(zhì)統(tǒng)稱為材料,有用的、并能用來(lái)制造物品（件）的物質(zhì) 一般指固態(tài)的，可用于工程上的物質(zhì)工程材料 作為材料科學(xué)研究對(duì)象的材料則主要是那些制造器件或物品的人造物質(zhì),物質(zhì)材料,材料定義,材料四要素,材料金屬材料,金屬 材料,材料金屬材料,定義：金屬元素或以金屬元素為主構(gòu)成的具有金屬特性的材料！,晶體,金屬鍵,導(dǎo)電,導(dǎo)熱,可延展性,金屬光澤,冶煉,制備,補(bǔ)充：金屬元素或以金屬元素為主（以金屬鍵相互結(jié)合在一起）構(gòu)成的具有 （導(dǎo)電、導(dǎo)熱、金屬光澤、可延展性等）金屬特性的（固態(tài)晶體）材料（水銀除外）,金屬原子,材料金屬材料,礦石,連鑄連軋,材料金屬材料,晶體,金屬鍵,離子鍵,共價(jià)鍵,（范德華力）,正離子-正離子 自由電子-自由電子 正離子-自由電子,無(wú)方向性 無(wú)飽和性 低能密堆結(jié)構(gòu),導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性,良好的延展性,自由電子,空間點(diǎn)陣,晶格,晶胞,材料金屬材料,14種布拉非空間點(diǎn)陣,晶系的劃分（晶格）,材料金屬材料,元素周期表中一共約有110種元素，其中80多種是金屬，占2/3。 這80多種金屬的晶體結(jié)構(gòu)大多數(shù)屬于三種典型的晶體結(jié)構(gòu),體心立方晶格,面心立方晶格,密排六方晶格,材料金屬材料,單晶體,多晶體,結(jié)晶方位完全一致 不同晶面和晶向的力學(xué)性能不同各向異性,物質(zhì)晶體內(nèi)部包含了多個(gè)小晶體，小晶體內(nèi)部 結(jié)晶方位完全一致，而各小晶體之間位向不一 致，小晶體稱為“晶?！保ЯＥc晶粒之間的邊界 稱為“晶界”，這種晶體就是多晶體 多晶體具有各向同性的性質(zhì),材料金屬材料,置換固溶體,間隙固溶體,金屬間化合物（Fe3C）,條帶狀珠光體（組織）,球狀珠光體（組織）,材料金屬材料,終極目的：金屬?gòu)?qiáng)化,提高合金的原子間結(jié)合力,向晶體內(nèi)引入大量晶體缺陷,結(jié)晶強(qiáng)化,形變強(qiáng)化,固溶強(qiáng)化,相變強(qiáng)化,晶界強(qiáng)化,沉淀強(qiáng)化 (或稱彌散強(qiáng)化),馬氏體強(qiáng)化,細(xì)化晶粒,提純強(qiáng)化,熱處理,相變強(qiáng)化基礎(chǔ) 多相組織,材料金屬材料,總結(jié),醫(yī)用金屬材料,用于人體硬組織修復(fù)和替換的金屬材料,定義？,用于制作人體疾患治療用工具的金屬材料,植入物 （生物醫(yī)用金屬材料）,器械,醫(yī)用金屬材料特性與要求,1、良好的生物相容性,2、優(yōu)良的機(jī)械性能,3、優(yōu)良的耐腐蝕性能,無(wú)不良刺激、無(wú)毒害 不引起毒性反應(yīng)、免疫反應(yīng) 不致癌、不致畸 無(wú)炎性反應(yīng)，不引起感染，不被排斥 有助于愈合和附著,合適的強(qiáng)度與彈性模量 較好的耐磨性,在復(fù)雜的體液環(huán)境中良好的耐蝕性,醫(yī)用金屬材料-應(yīng)用,應(yīng) 用,器 械,骨 科 植 入 物,心 血 管 支 架,牙 科 矯 形 或 植 入,常用醫(yī)用金屬材料,不銹鋼,貴金屬,單質(zhì)金屬,鈷基合金,鈦合金,鎳鈦形狀 記憶合金,常見(jiàn)醫(yī)用 金屬材料,發(fā)展趨勢(shì),無(wú)害化,低彈性模量,可降解,良好的生物相容性,常用醫(yī)用金屬材料鈦合金,目前已知的生物親和性最好的金屬之一,較低的彈性模量（110GPa）,鈦易于氧反應(yīng)形成致密氧化鈦(TiO2)鈍化膜，植入后引起的組織反應(yīng)輕微。 凝膠狀態(tài)的TiO2膜甚至具有誘導(dǎo)體液中鈣、磷離子沉積生成磷灰石的能力， 表現(xiàn)出一定的生物活性和骨結(jié)合能力，尤其適合于骨內(nèi)埋植,高的比強(qiáng)度,優(yōu)異的耐腐蝕性能,應(yīng)用 廣泛 ？,常用醫(yī)用金屬材料鈦合金,鈦合金 分類,鈦合金,鈦合金, +鈦合金,工業(yè)純鈦（TA1TA4） TA系列,TB系列,TC系列, 相：密集六方晶格,相：體心立方晶格,882.5,Al、Sn、C、O、N,V、Mo、Ta、Nb、Cr,常用醫(yī)用金屬材料鈦合金,鈦合金,主要加入元素：Al 高溫強(qiáng)度、低溫韌性、耐蝕性能優(yōu)異 不可以通過(guò)熱處理強(qiáng)化 強(qiáng)度較低 醫(yī)用常見(jiàn)牌號(hào)：TA1 ELI、TA1、TA2、TA3、TA4,常用醫(yī)用金屬材料鈦合金,主要加入合金元素：Mo、Cr、V、Al 可熱處理：淬火加時(shí)效處理后，組織為相基體上分布著細(xì)小的相粒子； 強(qiáng)度高 冶煉工藝復(fù)雜，焊接性能差 高溫長(zhǎng)時(shí)期穩(wěn)定性能差（工業(yè)長(zhǎng)用于350以下工作的結(jié)構(gòu)件或緊固件） 傳統(tǒng)上未應(yīng)用于醫(yī)療領(lǐng)域,鈦合金,常用醫(yī)用金屬材料鈦合金,主要加入合金元素：Al、V、Mo、Cr 可熱處理強(qiáng)化、強(qiáng)度高、塑性好 具有良好的熱強(qiáng)性、耐蝕性和低溫韌性 醫(yī)用常見(jiàn)牌號(hào)：TC4、TC4 ELI, +鈦合金,ELI？,Extra Low Interstitial 超低間隙原子 氧、氮、碳、氫間隙元素含量特別低的鈦合金 間隙元素含量的一般要求為：O0.13 wt， N0.03 wt， C0.08 wt， H0.015 wt 好處： (1)可以降低鈦合金的塑性脆性轉(zhuǎn)變溫度； (2)可以顯著提高鈦合金的斷裂韌性,常用醫(yī)用金屬材料鈦合金,發(fā)展趨勢(shì),1）長(zhǎng)期用于人體會(huì)析出極微量的V和Al離子，降低 細(xì)胞適應(yīng)性，造成骨質(zhì)疏松和精神紊亂等病癥； 2）彈性模量與骨相比仍有較大差距，容易產(chǎn)生“應(yīng) 力屏蔽”，從而導(dǎo)致種植體周圍出現(xiàn)骨吸收，最終引 起種植體的松動(dòng)或斷裂而導(dǎo)致種植失敗。,常用醫(yī)用金屬材料鈦合金,Ti6Al4V,Ti6Al7Nb Ti5Al2.5Fe ,Ti-Zr系 Ti-Mo系 ,常用醫(yī)用金屬材料不銹鋼,什么是不銹鋼？,不銹鋼的種類及應(yīng)用？,不銹鋼為什么耐蝕？,常用醫(yī)用金屬材料不銹鋼,鐵？鋼？,鐵,鋼,常用醫(yī)用金屬材料不銹鋼,通常所說(shuō)的不銹鋼是不銹鋼與耐酸鋼的總稱（不銹鋼不一定耐酸，但耐酸鋼同時(shí)又是不銹鋼） 所謂不銹鋼是指能抵抗大氣及弱腐蝕介質(zhì)腐蝕的鋼種 腐蝕速度0.01mm/年為“完全耐蝕” 腐蝕速度0.1mm/年為“耐蝕” 耐酸鋼是指在各種強(qiáng)腐蝕介質(zhì)中能耐蝕的鋼 腐蝕速度0.1mm/年為“完全耐蝕” 腐蝕速度1mm/年為“耐蝕”,常用醫(yī)用金屬材料不銹鋼,不銹鋼為什么耐蝕？,腐蝕形式：“電化學(xué)腐蝕”和“化學(xué)腐蝕”,防止腐蝕的著眼點(diǎn)： 盡可能減少原電池?cái)?shù)目 使鋼表面形成一層穩(wěn)定的、完整的、與鋼的基體結(jié)合牢固的鈍化膜 在形成原電池的情況下，盡可能減少兩極間的電極電位差,常用醫(yī)用金屬材料不銹鋼,不銹鋼為什么耐蝕？,減少原電池?cái)?shù)目單相不銹鋼,形成鈍化膜不銹鋼鈍化處理,減小電極電位差合金化（基本元素Cr）,常用醫(yī)用金屬材料不銹鋼,不銹鋼 分類,鐵素體不銹鋼,馬氏體不銹鋼,奧氏體不銹鋼,雙相不銹鋼,沉淀硬化不銹鋼,常用醫(yī)用金屬材料不銹鋼,鐵素體不銹鋼,元素：Wcr=13%30%，Wc0.25% （有時(shí)也會(huì)加入其它元素） 金相組織：鐵素體，加熱過(guò)程中無(wú)相變，不能進(jìn)行 熱處理強(qiáng)化 優(yōu)點(diǎn)：耐蝕性極好 缺點(diǎn)：韌性低，脆性大 用途：用于制作耐蝕性要求較高而強(qiáng)度要求較低的構(gòu) 件，廣泛用于制造生產(chǎn)硝酸、氮肥等設(shè)備和化 工使用的管道,常用醫(yī)用金屬材料不銹鋼,馬氏體不銹鋼,元素：Wcr=12%19% 室溫金相組織：回火馬氏體，可熱處理強(qiáng)化 優(yōu)點(diǎn)：在氧化性介質(zhì)（水蒸氣、大氣、海水等）中耐蝕性 較好； 缺點(diǎn)：在非氧化性介質(zhì)中（各類酸堿溶液中）不能獲得良 好的鈍化狀態(tài)，耐蝕性很低 用途：1）耐蝕構(gòu)件；2）醫(yī)療器械等,常用醫(yī)用金屬材料不銹鋼,奧氏體不銹鋼（又稱18-8鋼），,元素：基本成分：Wcr18%，Wni18%，Wc0.1% 室溫金相組織：?jiǎn)蜗鄪W氏體，不可熱處理強(qiáng)化 由來(lái)：克服馬氏體不銹鋼的耐蝕性不足和鐵素體不銹鋼脆性 過(guò)大而發(fā)展起來(lái)的； 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)異的耐蝕性能；良好的塑性、加工成型性、焊接 性能、低溫韌性；無(wú)磁性等； 缺點(diǎn)：局部耐蝕性能不足晶間腐蝕、應(yīng)力腐蝕、點(diǎn)腐蝕 用途：制造生產(chǎn)硝酸、硫酸等化工設(shè)備構(gòu)件、冷凍工業(yè)低溫 設(shè)備構(gòu)件；經(jīng)冷變形強(qiáng)化后可用作不銹鋼彈簧和鐘表 發(fā)條等。,常用醫(yī)用金屬材料不銹鋼,奧氏體不銹鋼醫(yī)療應(yīng)用,302（12Cr18Ni9）,316（06Cr17Ni12Mo2）,316L（022Cr17Ni12Mo2）,Wc0.12%,Wc0.08%，加Mo，Mo能夠改善在 電解質(zhì)溶液中的耐腐蝕性能,Wc0.03%，提高了其在含Cl溶液體系 中的耐蝕性能，降低了材料致敏性,常用醫(yī)用金屬材料不銹鋼,臨床應(yīng)用 1)齒科：鑲牙、齒科矯形、牙根種植及輔助器件 2)人工關(guān)節(jié)和骨折內(nèi)固定器械：人工肩關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)、全髖關(guān)節(jié)、半髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)、踝關(guān)節(jié)、腕關(guān)節(jié)及指關(guān)節(jié)。各種規(guī)格的皮質(zhì)骨和松質(zhì)骨加壓螺釘、脊椎釘、骨牽引鋼絲、人工椎體和顱骨板等， 3)心血管系統(tǒng)：各種傳感器、植入電極的外殼和合金導(dǎo)線，可制作不銹鋼的人工心臟瓣膜、血管內(nèi)擴(kuò)張支架等 4)其它：如用于各種眼科縫線、人工眼導(dǎo)線、眼眶填充、固定環(huán)等。 缺點(diǎn) 腐蝕作用造成其長(zhǎng)期植入的穩(wěn)定性差， 密度和彈性模量與人體硬組織相距較大，力學(xué)相容性差。 溶出的鎳離子有可能誘發(fā)腫瘤的形成及本身無(wú)生物活性，難于和生物組織形成牢固等原因，應(yīng)用比例呈下降趨勢(shì)。,奧氏體不銹鋼醫(yī)療應(yīng)用,常用醫(yī)用金屬材料不銹鋼,奧氏體不銹鋼 醫(yī)療應(yīng)用,常用醫(yī)用金屬材料不銹鋼,雙相不銹鋼,元素：在奧氏體不銹鋼基礎(chǔ)上，增Cr減Ni 金相組織：奧氏體+鐵素體（W鐵素體=40%60%） 優(yōu)點(diǎn)：與奧氏體不銹鋼相比有較好的焊接性能 用途：廣泛應(yīng)用于石油化工設(shè)備、海水與廢水處理設(shè) 備、輸油輸氣管線、造紙機(jī)械等工業(yè)領(lǐng)域,常用醫(yī)用金屬材料不銹鋼,沉淀硬化不銹鋼,以Cr18Ni9鋼為基礎(chǔ)發(fā)展起來(lái)的“奧氏體-馬氏體”型 以Cr13型馬氏體不銹鋼發(fā)站內(nèi)起來(lái)的低碳馬氏體沉