Výzkum slitin titanu - od letadel po implantáty

Katedra fyziky materiálů

Výzkum slitin titanu - od letadel po implantáty Josef Stráský [email protected]

_______________________________________________________________________________________________________________________

Josef Stráský Výzkum slitin titanu - od letadel po implantáty Katedra fyziky materiálů

Titan

Saturn a TITAN – sonda Pioneer, 26. srpen 1976 _______________________________________________________________________________________________________________________

Josef Stráský Výzkum slitin titanu - od letadel po implantáty Katedra fyziky materiálů

Titan

_______________________________________________________________________________________________________________________

Josef Stráský Výzkum slitin titanu - od letadel po implantáty Katedra fyziky materiálů

Titan

_______________________________________________________________________________________________________________________

Josef Stráský Výzkum slitin titanu - od letadel po implantáty Katedra fyziky materiálů

Titan Unikátní vlastnosti titanu + nejvyšší poměr mezi pevností a hustotou ze všech kovových materiálů (tzv. specifická pevnost) + odoolnost vůči creepu (velmi pevný i při vysokých teplotách) + vysoká pevnost v tahu – větší než u oceli při 42% úspory hmoty + vysoká korozní odolnost + vysoká biokompatibilita + oproti oceli nižší Youngův modul pruž. v tahu (ETi = 110 GPa, EFe >> 220 GPa) _______________________________________________________________________________________________________________________

Josef Stráský Výzkum slitin titanu - od letadel po implantáty Katedra fyziky materiálů

Titan - krystalografie • α – fáze – hexagonální těsně uspořádaná • a = 2,9 Å; c = 4,7 Å

• β – fáze – kubická prostorově centrovaná • a = 3,3 Å

• alotropická transformace - β transus 882°C _______________________________________________________________________________________________________________________

Josef Stráský Výzkum slitin titanu - od letadel po implantáty Katedra fyziky materiálů

Fázové diagramy • Stabilizační prvky α - stabilizátory

β- stabilizátory izomorfní

β- stabilizátory eutektoidní

• α – slitiny; α + β – slitiny; metastabilní β – slitiny… _______________________________________________________________________________________________________________________

Josef Stráský Výzkum slitin titanu - od letadel po implantáty Katedra fyziky materiálů

Slitiny Ti

• α – slitiny; α + β – slitiny; metastabilní β – slitiny… _______________________________________________________________________________________________________________________

Josef Stráský Výzkum slitin titanu - od letadel po implantáty Katedra fyziky materiálů

Příklad 1 – Fázové transformace  změna mechanických vlastností Slitina TIMET LCB (low cost beta) •Využití: pružiny automobilů •Výrazná změna mechanických vlastnosti v závislosti na teplotě a čase žíhání •Vysvětlení – fázové transformace, pohyb dislokací •Transformace β  ω - vznik velmi jemných částic (~20 nm)  překážka pro pohyb dislokací  zpevnění (a zkřehnutí) •Transformace ω  α - vznik a následný růst precipitátů  odpevnění

Rentgenová difrakce

_______________________________________________________________________________________________________________________

Josef Stráský Výzkum slitin titanu - od letadel po implantáty Katedra fyziky materiálů

Příklad 1 – Fázové transformace  změna mechanických vlastností Slitina TIMET LCB (low cost beta) •Využití: pružiny automobilů •Výrazná změna mechanických vlastnosti v závislosti na teplotě a čase žíhání •Vysvětlení – fázové transformace, pohyb dislokací •Transformace β  ω - vznik velmi jemných částic (~20 nm)  překážka pro pohyb dislokací  zpevnění (a zkřehnutí) •Transformace ω  α - vznik a následný růst precipitátů  odpevnění Skenovací elektronová mikroskopie

Měření mikrotvrdosti

_______________________________________________________________________________________________________________________

Josef Stráský Výzkum slitin titanu - od letadel po implantáty Katedra fyziky materiálů

Příklad 2 – Povrchová úprava pro implantáty Slitina Ti-6Al-4V •Využití: vyvinuto pro kosmický program, využití v letectví, kloubní implantáty •Pro růst kostních buněk nutná povrchová úprava  vhodná morfologie, vhodné chemické složení Skenovací elektronová mikroskopie – studium povrchových a podpovrchových vrstev

Metoda EDX – studium chemického složení

_______________________________________________________________________________________________________________________

Josef Stráský Výzkum slitin titanu - od letadel po implantáty Katedra fyziky materiálů

Příklad 2 – Povrchová úprava pro implantáty Slitina Ti-6Al-4V •Využití: vyvinuto pro kosmický program, využití v letectví, kloubní implantáty •Pro růst kostních buněk nutná povrchová úprava  vhodná morfologie, vhodné chemické složení

3D rekonstrukce adheze buněk na povrchu (A) - plasmové nanášení TiO2, (B) - EDM - electric discharge machining (elektroerozivní obrábění ) _______________________________________________________________________________________________________________________

Josef Stráský Výzkum slitin titanu - od letadel po implantáty Katedra fyziky materiálů

Katedra fyziky materiálů

Děkuji za pozornost Josef Stráský [email protected]

_______________________________________________________________________________________________________________________

Josef Stráský Výzkum slitin titanu - od letadel po implantáty Katedra fyziky materiálů