Титан является лучшим материалом для искусственных коленного и тазобедренного суставов потому, что он прочен, износостоек и нетоксичен, но даже его можно улучшить путем добавления золота.
Получаемый сплав в 4 раза прочнее, чем большинство сталей, и в 3 раза прочнее, чем чистый титан. Речь идет о свойствах смеси титана и золота в соотношении 3 к 1 с определенной атомной структурой, которая придает прочность.
Атомная структура материала выглядит, как атомы, плотно упакованные в «кубическую» кристаллическую структуру, возникающую при высокой температуре.
Ученые планируют провести дополнительные испытания с целью дальнейшего изучения кристаллической структуры бета-титан-3-золото, чтобы увидеть, какие еще химические примеси смогут увеличить прочность полученного материала.
Источник: ftimes.ru
Революция в протезировании: разработан новый сплав из титана и золота
ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ПРЕСС ПРОТИВ ТИТАНОВОГО БОЛТА, ИСПЫТАНИЕ НА РАЗРЫВ
Ученые разработали новый металлический сплав, изготовленный путем смешивания титана и золота. Это фактически значит, что произошла революция в протезировании.
Этот прорыв был сделан командой ученых во главе с Эмилией Моросан из университета Райс. Описывается, что новый сплав в четыре раза прочнее, чем чистый титан, но, что самое важное, его можно использовать в сочетании с живыми тканями.
Протезирование суставов
В настоящее время титан является предпочтительным для изготовления искусственных коленных и тазобедренных суставов из-за целого ряда функций, в том числе износостойкости, нетоксичности и прочности. Тем не менее сейчас больным приходится менять имплантаты примерно каждые 10 лет. Этот новый сплав потенциально позволит использовать их намного дольше, так как они изнашиваются на 70% меньше, чем имплантаты из чистого титана.
В своем заявлении Моросан объяснила, что новый сплав в четыре раза прочнее чистого титана, который в настоящее время используется для большинства зубных имплантатов и коленных суставов. Этот сплав нетрудно сделать, и он не является новым материалом. Соотношение титана к золоту в этом материале – три к одному. Его атомы плотно утрамбованы в кубической кристаллической структуре. Хотя исследователи из университета Райс и не являются его изобретателями, но они первые, кто описал его потенциальные возможности использования.
Другие области применения
Помимо биомедицинского применения, этот сплав можно использовать в бурении, для изготовления спортивных товаров и многого другого. Но, учитывая то, что человеческая кость способна расти вокруг титана, он преимущественно используется именно в искусственных суставах.
🥇 ПОЧЕМУ СПЛАВ ЗОЛОТА и ТИТАНА? || АПГРЕЙДЫ ЖЕЛЕЗНОГО ЧЕЛОВЕКА #shorts
Механические свойства интерметаллида позволяют предположить, что этот материал хорошо подходит для медицинского применения там, где сейчас используется титан, отмечают авторы в своем докладе. Четырехкратное увеличение твердости, по сравнению с чистым титаном, делает новый сплав самым тяжелым из известных биосовместимых интерметаллических соединений.
Источник: fb.ru
Золото придаст титану твердости
Лучший материал для зубных имплантатов, протезов коленных и тазобедренных суставов — титан: он прочен, устойчив к механическому износу, химически инертен и нетоксичен. Однако даже самое лучшее решение можно улучшить. Физики из Университета Райса (США) совершенно случайно обнаружили, что еще более долговечные искусственные суставы можно будет изготавливать из сплава титана с золотом («Science Advances», 2016, 2, 7, e1600319, doi: 10.1126/sciadv.1600319).
Как объясняет автор открытия Эмилия Моросан, несмотря на то, что золото — мягкий металл, сплав титана с золотом в соотношении 3:1 с особенным расположением атомов в три-четыре раза тверже большинства марок стали и вчетверо тверже чистого титана.
Моросан — физик, область ее научных интересов — разработка и получение новых материалов с экзотическими электронными и магнитными свойствами. Эта работа была для нее необычной по целому ряду причин, прежде всего потому, что сплав золота с титаном такого состава был известен раньше и получить его не очень сложно. Известно было даже его строение — атомы титана и золота, упакованные в кубическую кристаллическую решетку, которая часто ассоциируется с твердостью. Остается непонятным, почему именно Моросан и ее коллеги впервые получили сверхчистый образец сплава золота с титаном и описали его уникальные свойства, прежде всего — твердость.
Случайное открытие было сделано в рамках работы Моросан над ее основным исследовательским проектом. Ранее она установила, что сплав двух материалов, не проявляющих магнитных свойств, — золота и титана, взятых в равном соотношении, — обладает магнитными свойствами.
Продолжая эти исследования, Моросан получила сплав «титан-3-золото» и решила измельчить его до порошкообразного состояния, чтобы установить его степень чистоты и строение кристаллической решетки методом рентгеноструктурного анализа. На стадии измельчения стало ясно, что с Ti3Au что-то не так. Материал упорно не поддавался даже ступке и пестику с алмазным покрытием. Изучение свойств Ti3Au с помощью специальной аппаратуры показало, что этот сплав тверже чистого титана и многих других материалов.
Исключительной твердостью отличается не любой образец сплава Ti3Au. В зависимости от способа получения атомы могут формировать разные типы кубической кристаллической решетки. Модификация сплава ά-Ti3Au, образующаяся при относительно низких температурах, не ставит рекордов, ее твердость почти такая же, как у чистого титана.
Не измельчается в алмазной ступке только сплав аналогичного состава, получаемый при высокой температуре, — модификация β-Ti3Au. Возможно, исключительные механические свойства Ti3Au до сих пор не были зафиксированы из-за того, что материаловеды измеряли твердость сплава, в котором основным компонентом был ά-Ti3Au.
Сплав β-Ti3Au представляется перспективным для медицинских применений. Необходимые качества материала для протезирования — биосовместимость и стойкость к износу. Титан и золото сами по себе проявляют хорошую биосовместимость, того же можно ожидать и от β-Ti3Au (не исключено, что он превзойдет по этому свойству чистый титан). Что касается устойчивости к износу, очевидно, что высокая твердость нового материала должна увеличить срок службы имплантатов и протезов.
Источник: hij.ru