Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Modelling, manufacturability and compression properties of the CpTi grade 2 cellular lattice with radial gradient TPMS architecture

Maszybrocka J., Gapiński B., Dworak M., Skrabalak G., Stwora A.

Bulletin of the Polish Academy of Sciences. Technical Sciences

|

2019

|

Vol. 67, nr 4

719--727

EN

In the present study, a titanium cellular lattice structure with a mathematical designed porosity gradient was successfully fabricated using the selective laser melting method. The samples with smooth gradient transition of porosity of between 60% and 80% were received for different elementary cell geometries. Elementary cells belong to the triply periodic minimal surfaces family (G, D, I2Y, IWP). Each sample was subjected to a comprehensive analysis including: dimensional metrology and assessment of material defects (X-ray micro-tomography), surface morphology tests (scanning electron microscopy) and mechanical properties (universal testing machine). It has been shown that a cellular lattice with high dimensional accuracy (+ 0.16/– 0.08 mm) and full dense struts can be obtained. According to the assumption, the gradient increases the strength of the cellular lattice samples. The highest increase in plateau stress between the samples with and without gradient was found for the I2Y series (about 185%). Furthermore, it was found that the stress-strain response of the samples depends not only on total porosity, but also on the 3D geometry of the cellular lattice. The stress-strain curves for G, IWP and I2Y samples are smooth and exhibit three characteristic regions: linear elasticity, plateau region and densification region. The size of regions depends on the geometric features of the cellular lattice. For series D, in the plateau region, the fluctuations in stress value are clearly visible. The smoothest stress-strain curve can be noted for the G series, which combined with good mechanical properties (the plateau stress and energy absorbed, at respectively 25.5 and 43.2 MPa, and 46.3J and 59.5J for Gyr_80 and Gyr_6080, which corresponds to a strain of almost 65% and 50%) positively affects the applicability of cellular structures with such geometry.

2

Residual Stresses of AlSi10Mg Fabricated by Selective Laser Melting (SLM)

Karolus M., Maszybrocka J., Stwora A., Skrabalak G.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2019

|

Vol. 64, iss. 3

1011--1016

EN

The aim of the paper is the residual stress analysis of AlSi10Mg material fabricated by selective laser melting (SLM). The SLM technique allows to product of complex geometries based on three-dimensional model, in which stiffness and porosity can be precisely designed for specific uses. As the studied material, there were chosen solid samples built in two different directions: parallel (P-L) and perpendicular (P-R) to the tested surface and cellular lattice built in perpendicular direction, as well. In the paper, for the complex characterization of obtained materials, the phase analysis, residual stress and texture studies were performed. The classical non-destructive sin2ψ method was used to measure the residual stress measurements. The final products, both solid sample and cellular lattice, have a homogeneous phase composition and consist of solid solution Al(Si) (Fm-3m) type, Si (Fd-3m) and Mg2 Si (Pnma). The obtained values of the crystallite size are in a range of 1000 Å for Al(Si), 130-180 Å for Si phase. For Mg2 Si phase, the crystallite sizes depend on sintering process, they are 800 Å for solid samples and 107 Å for cellular lattice. The residual stress results have the compressive character and they are in a range from –5 to –15 MPa.

3

Microstructure and Properties of YSZ Coatings Prepared by Plasma Spray Physical Vapor Deposition for Biomedical Application

Barczyk J., Dercz G., Matuła I., Góral M., Maszybrocka J., Bochenek D., Gurdziel W.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2019

|

Vol. 64, iss. 2

779--783

EN

This paper presents the study of microstructure and properties of 8 mol% yttrium stabilized zirconia coating fabricated by Plasma Spray Physical Vapor Deposition technique on commercial pure titanium. The coating was characterized by X-ray diffraction, high resolution scanning electron microscope, profilometer, nanoindentation and nanomachining tests. The X-ray phase analysis exhibit the tetragonal Zr0.935 Y0.065O1.968, TiO and α-Ti phases. The Rietveld refinement technique were indicated the changes of crystal structure of the produced coatings. The characteristic structure of columns were observed in High Resolutions Scanning Electron Microscopy. Moreover, the obtained coating had various development of surfaces, thickness was equal to 3.1(1) μm and roughness 0.40(7) μm. Furthermore, the production coatings did not show microcracks, delamination and crumbing. The performed experiment encourages carried out us to tests for osseointegration.

4

Poprawa właściwości mechanicznych elementów wykonanych z proszku AlSi10Mg metodami SLS/SLM przez zagęszczenie warstwy wierzchniej spieków

Stwora A., Skrabalak G., Maszybrocka J.

Mechanik

|

2017

|

R. 90, nr 5-6

426--431

PL

W artykule zaprezentowano wyniki badań mających na celu poprawę właściwości mechanicznych elementów wykonanych ze stopu AlSi10Mg metodami selektywnego spiekania//topienia laserowego (SLS/SLM). W ramach prac sprawdzono wpływ zarówno obróbki wykończeniowej (toczenia na twardo oraz nagniatania tocznego), jak i orientacji próbek względem powierzchni płyty bazowej urządzenia SLS/SLM (0°, 45°, 90°) na wytrzymałość elementów. Przedstawiono też wyniki badań mikrostruktury i gęstości wykonanych elementów oraz określono wpływ obróbki wykończeniowej na stan warstwy wierzchniej.

EN

The paper presents results of experiments including application of finish machining (turning and burnishing) of samples produced with SLS/SLM, as well as influence of the sample orientation against the surface of base plate during building process (0°, 45°, 90°) on tensile strength of the produced samples. There are also presented results of microstructure examination and results of density measurements. The paper also discusses the state of samples surface layer depending on the applied finishing method.

5

Morphology and surface topography of Ti6Al4V lattice structure fabricated by selective laser sintering

Maszybrocka J., Stwora A., Gapiński B., Skrabalak G., Karolus M.

Bulletin of the Polish Academy of Sciences. Technical Sciences

|

2017

|

Vol. 65, nr 1

85--92

EN

Construction of metallic implants with a porous structure that mimics the biomechanical properties of bone is one of the challenges of orthopedic regenerative medicine. The selective laser sintering technique (SLS) allows the production of complex geometries based on three-dimensional model, which offers the prospect of preparing porous metal implants, in which stiffness and porosity can be precisely adjusted to the individual needs of the patient. This requires an interdisciplinary approach to design, manufacturing and testing of porous structures manufactured by selective sintering. An important link in this process is the ability to assess the surface topography of the struts of porous structure. The paper presents a qualitative assessment of the surface morphology based on SEM studies and methodology that allows for quantitative assessment of stereometric structure based on micro-tomographic measurements.

6

The technique of selective laser sintering (SLS) in the design high porous ceramic implants

Staniewicz-Brudnik B., Stwora A., Skrabalak G., Bączek E., Maszybrocka J.

Mechanik

|

2016

|

R. 89, nr 5-6

540--541

EN

Most of the metal and ceramic implants (eg. dental im-plants, ENT implants) can be performed by SLS technique with a proper initial materials and technological process parameters. Attention should be drawn to the process prerequisites like chemical composition of powder, particle size distribution and shape, the optical properties of the material, its thermal conductivity and the type of protective atmosphere. Spatial model of the implant with a porosity of 80% based on the MatLab program was developed.

PL

Większość implantów metalowych i ceramicznych (np. implanty stomatologiczne, wszczepy otolaryngologiczne) można wykonać techniką SLS przy odpowiednim doborze materiałów i parametrów technologicznych procesu. Należy zwrócić uwagę na warunki wstępne procesu, takie jak: skład chemiczny proszku, rozkład wielkości ziaren i ich kształt, właściwości optyczne materiału i jego przewodnictwo cieplne oraz rodzaj zastosowanej atmosfery ochronnej. Opracowano model przestrzenny implantu o porowatości 80% w oparciu o program MatLab.

7

Wpływ wzrostu gęstości usieciowania na właściwości mechaniczne i tribologiczne polimeru GUR 1050 dla endoprotezoplastyki kształtowanego przez napromieniowanie i odkształcenie plastyczne

Barylski A., Maszybrocka J.

Tribologia

|

2014

|

nr 2

9--17

PL

W celu zwiększenia odporności polietylenu GUR 1050 na odkształcenie plastyczne i zużycie ścierne przeprowadzono modyfikację radiacyjną z późniejszym odkształceniem plastycznym. Stosowano napromieniowanie elektronami o dawce 26-156 kGy i odkształcenie plastyczne o wartości ef= 0,2. Ze wzrostem dawki napromieniowania odnotowano znaczne zwiększenie gęstości usieciowania polimeru. Stwierdzono równocześnie, że występuje ścisły związek pomiędzy gęstością usieciowania a właściwościami mechanicznymi i tribologicznymi badanego polimeru. Potwierdzenie stanowi mniejsza wartość zużycia tribologicznego GUR 1050. Testy tribologiczne przeprowadzone na testerach T-05 i T-01 dowodzą, że wzrost gęstości usieciowania po napromieniowaniu strumieniem elektronów i po odkształceniu plastycznym polimeru powoduje 13-krotne obniżenie intensywności zużycia liniowego i 6-krotne obniżenie intensywności zużycia masowego w stosunku do polietylenów niemodyfikowanych. Uzyskane wyniki dowodzą skuteczności stosowanej technologii kształtowania polimeru, która rokuje możliwość wydłużenia czasu użytkowania panewek endoprotez.

EN

Radiation modification with subsequent plastic deformation was conducted in order to increase the resistance of GUR 1050 polymer to plastic deformation and wear. Electron irradiation of 26-156 kGy dose and plastic deformation of the value of ef = 0.2 was applied. It was determined that the crosslink density increase along with the increase of the dose of radiation. It was also found that there is a close relationship between the crosslink density and the mechanical and tribological properties. Tribological tests conducted on the T-05 and T-01 testers have shown that the increase of crosslink density after electron beam irradiation and subsequent plastic deformation result in a 13-fold reduction in linear wear and a 6-fold reduction mass wear as compared to unmodified polyethylenes. The obtained results demonstrate the effectiveness of the technology used for the modification the polymer, which promises the possibility of extending the lifetime of endoprosthesis cups.

8

Wpływ modyfikacji radiacyjnej i termicznej na właściwości funkcjonalne polietylenu

Maszybrocka J., Cybo J., Barylski A., Czaja P.

Tribologia

|

2012

|

nr 4

167-173

PL

W pracy przedstawiono metodę poprawy trwałości eksploatacyjnej UHMWPE przy jednoczesnym zapewnieniu wysokiej odporności oksydacyjnej polimeru. Materiał wyjściowy GUR 1050 (Poli Hi Solidur Medi TECH) został poddany sekwencyjnemu procesowi, który składał się z etapu modyfikacji radiacyjnej oraz obróbki termicznej. Ocenę skuteczności zastosowanej metody przeprowadzono za pomocą badań mikromechanicznych oraz testów tribologicznych na testerze T-01 (polimer/stop Vitalium). Stwierdzono nieznaczne zmniejszenie się charakterystyk mikromechanicznych (twardość i moduł Younga) wariantów poddanych sekwencyjnemu procesowi modyfikacji w stosunku do tylko napromieniowanych. Wyniki testów tribologicznych wykazują jednak wzrost odporności na zużycie w porównaniu z materiałem niemodyfikowanym i jej niezmienioną wartość w stosunku do polimeru napromieniowanego.

EN

This paper presents a method of improving the operational durability of UHMWPE, while ensuring high oxidation resistance of the polymer. The initial material, GUR 1050 (Poly Hi Solidur Medi TECH), underwent a sequential process consisting of a stage of modification through radiation, and a stage of thermal processing. The assessment of the effectiveness of the applied method was performed using micromechanical examination and tribological tests using a T-01 (polymer/Vitalium alloy) tester. It was found that there was a slight decrease in the micromechanical characteristics (hardness and Young's modulus) for the variants subjected to the sequential modification process compared to the variants only irradiated. However, the tribological test results show an increase in resistance to wear compared to unmodified material, and unchanged resistance to wear compared to the irradiated polymer.

9

Wpływ modyfikacji przez odkształcenie i napromieniowanie elektronami na podwyższenie właściwości funkcjonalnych biopolimerów GUR1020 i GUR1050

Barylski A., Maszybrocka J., Cybo J., Czaja P.

Tribologia

|

2012

|

nr 3

29-34

PL

Polietylen GUR1020 i GUR1050, przeznaczony do wytwarzania panewek endoprotez, poddano kształtowaniu metodą ściskania jednoosiowego (do wartości odkształcenia plastycznego ef = 0,2) i sieciowania radiacyjnego (za pomocą wiązki elektronów). Zastosowana sekwencja oddziaływań kształtujących polimery zakładała (przy zachowaniu niewielkiej wartości deformacji ef) brak efektu steksturowania fazy krystalicznej, ale nieznaczną orientację fazy lamelarnej w strukturze i wzmocnienie – przez wywołany stan naprężeń – skutków morfologicznych modyfikacji radiacyjnej. Celem zastosowanej metody było znaczne zmniejszenie zużycia tribologicznego polimerów zarówno w stosunku do materiałów wyjściowych, jak i modyfikowanych wyłącznie przez napromieniowanie elektronami. Stwierdzono dla obu materiałów i porównywanych sposobów kształtowania wzrost twardości i modułu sprężystości wraz z dawką napromieniowania. Wykazano, że zmiany zachodzą z różną intensywnością zależną od rodzaju polimerów, które cechują się prawie dwukrotnie różniącym się ciężarem cząsteczkowym. Wyniki testów tribologicznych wykazały 11-krotny wzrost odporności na zużycie (liniowe; tester T-01) w porównaniu z materiałem niemodyfikowanym. W odniesieniu do materiału poddanego tylko napromieniowaniu elektronami stwierdzono 2,5-3-krotne zmniejszenie zużycia.

EN

GUR1020 and GUR1050 polyethylenes, intended for the production of endoprosthesis cups, were subjected to forming by uniaxial compression (up to the value of plastic deformation ef = 0.2), and radiation cross-linking (by means of an electron beam). A slight orientation of the lamellar phase in the structure as well as strengthening – through the induced state of stresses – of morphological effects of radiation modification, and no texturing effect of the crystalline phase had been assumed for the applied sequence of polymer forming interactions (while maintaining a small deformation value ef). The aim of the applied method was a significant reduction in tribological wear of polymers, both the starting materials and ones modified exclusively by electron irradiation. An increase in hardness and elasticity modulus along with a radiation dose was found for both materials and the compared methods of forming. It was demonstrated that changes occur with varying intensity depending on the type of polymers, which are characterised by an almost two-fold difference between their molecular weight. The results of tribological tests showed an 11-fold increase of wear resistance (linear; tester T-01), compared to the unmodified material. Only a 2.5 to3 fold reduction in wear was found compared to the material subjected to electron irradiation.

10

The evaluation by means of microindentation and sclerometry of changes in properties after electron beam irradiation of polyethylene GUR 1050

Barylski A., Cybo J., Maszybrocka J.

Tribologia

|

2012

|

nr 2

23-29

EN

With the aim to increase the resistance of GUR 1050 polyethylene to plastic deformation and abrasive wear, modification through radiation was applied. Compression tests of up to 300 MPa showed an increase in resistance to permanent deformation. This has been confirmed with microindentation and sclerometry tests. Scratch test indicated a lower tendency of the carved material to chipping than to uplift in all operational deformations. The domination of the micromechanism of the formation of ridges allows the material to retain a small decrease in resistance to wear. The parameters of microtests may be used for the purpose of the evaluation and selection of the polymers used in friction joints in medicine and technology.

PL

W celu podwyższenia odporności polietylenu GUR 1050 na odkształcenie plastyczne i zużycie ścierne zastosowano modyfikację radiacyjną. Badania w zakresie naprężeń do 300 MPa wykazały wzrost odporności na deformację trwałą. Potwierdzono to testami mikroindentacyjnymi i sklerometrycznymi. Scratch test wykazał, że w całym zakresie odkształceń eksploatacyjnych występuje mniejsza skłonność do wykruszania materiału wyżłobionego niż do jego plastycznego wypiętrzania. Dominacja mikromechanizmu bruzdowania pozwala zachować niewielki spadek odporności na zużycie. Parametry mikrotestów mogą być wykorzystywane do diagnozowania i selekcji polimerów stosowanych w medycznych oraz technicznych węzłach tarcia.

11

Ocena skuteczności napromieniowania wiązką elektronów w aspekcie podwyższania odporności na zużycie polietylenów GUR 1020 i GUR 1050 stosowanych na panewki endoprotez

Barylski A., Cybo J., Maszybrocka J., Czaja P.

Tribologia

|

2012

|

nr 4

17-23

PL

W celu zwiększenia odporności polietylenu GUR 1020 i GUR 1050 na odkształcenie plastyczne i zużycie ścierne przeprowadzono modyfikację radiacyjną. Stosowano napromieniowanie elektronami o dawce 26-156 kGy. Wraz ze wzrostem dawki napromieniowania odnotowano zwiększenie twardości i modułu sprężystości podłużnej. Stwierdzono również, że GUR 1050 (o ciężarze cząsteczkowym 9,2•106 g/mol) cechuje się 1,86 razy większą odpornością na trwałą deformację. Wskazuje to na ścisły związek właściwości polimerów z ciężarem cząsteczkowym, który dla GUR 1020 wynosi 5•106 g/mol. Potwierdzenie stanowi mniejsza wartość zużycia tribologicznego GUR 1050 niż GUR 1020, która już w stanie wyjściowym polimerów przekracza 20%. Testy tribologiczne przeprowadzone na testerach T-05 i T-01 dowodzą, że napromieniowanie elektronami (6×26 kGy) obu polimerów powoduje 4-krotne zmniejszenie zużycia w stosunku do polietylenów niemodyfikowanych. Uzyskane wyniki dowodzą skuteczności modyfikacji radiacyjnej, która rokuje możliwość wydłużenia czasu użytkowania panewek endoprotez.

EN

Radiation modification was conducted in order to increase the resistance of GUR 1020 and GUR 1050 polyethylenes to plastic deformation and abrasive wear. Electron irradiation of 26-156 kGy dose was applied. It was determined that the hardness and longitudinal elasticity module increase along with the increase in the dose of radiation. It was also found that GUR 1050 (of a molecular weight of 9.2•106 g / mol) is characterised by a 1.86 times greater resistance to permanent deformation. This indicates a close relationship between the properties of polymers and molecular weight, which for the GUR 1020 is 5•106 g/mol. This is corroborated by a lower value of tribological wear of GUR 1050 compared to GUR 1020, which already exceeds 20% in the initial state of polymers. Tribological tests conducted on the T-05 and T-01 testers have shown that electron irradiation (6x26 kGy) of both polymers result in a four-fold reduction in wear as compared to unmodified polyethylenes. The obtained results demonstrate the effectiveness of radiation modification, which promises the possibility of extending the service life of endoprosthesis cups.

12

Wpływ zawartości CaO na kształtowanie się porowatej mikrostruktury spieków kompozytowych ZrO2/Al2O3

Czaja P., Osińska K., Bernard H., Maszybrocka J., Cybo J., Czekaj D.

Materiały Ceramiczne

|

2012

|

T. 64, nr 1

59-64

PL

W prezentowanej pracy przedstawione zostały wybrane zagadnienia dotyczące technologii wytwarzania kompozytów ceramicznych (ZrO2)x(Al2O3)100%-x dla x = 100%, 90% i 80% mas. Prezentowane materiały zostały wytworzone poprzez mieszanie składowych proszków i zagęszczanie otrzymanych mieszanin metodą spiekania swobodnego w temperaturze T = 1350°C przez okres t = 2 godzin. Otrzymano kompozyty ceramiczne z 5-procentową domieszką tlenku wapnia CaO oraz bez domieszki tego tlenku na drodze jednokrotnego i dwukrotnego spiekania. Do obserwacji morfologii przełomu zastosowano metodę skaningowej mikroskopii elektronowej. Dokonano analizy oceny składu chemicznego z wykorzystaniem metody EDS.

EN

The presented paper addresses selected issues relating to the technology of manufacturing ceramic composites (ZrO2)x(Al2O3)100%-x for x = 100%, 90% and 80 wt%. The presented materials have been produced by mixing component powders and consolidation of the resultant mixtures by using natural sintering at T = 1350°C for a time of t = 2 hours. The composites with no and with a calcium oxide admixture of 5 wt% added as the sintering aid were single and double sintered. To carry out observation of the fracture morphology, scanning electron microscopy was used. An analysis of the chemical composition evaluation was made by using EDS.

13

Wpływ modyfikacji radiacyjnej elektronami na deformację plastyczną, właściwości mechaniczne oraz zużycie polietylenu GUR 1050, stosowanego na panewki endoprotez

Barylski A., Cybo J., Maszybrocka J., Czaja P.

Tribologia

|

2011

|

nr 5

11-20

PL

Odporność polietylenu na zużycie i deformację trwałą wpływa na trwałość polimerowo-metalowych układów kinematycznych. Z myślą o zwiększeniu trwałości zabiegów alloplastyki został wprowadzony polimer GUR 1050 o ciężarze cząsteczkowym 9,2*106 g/mol, który przeznaczony jest zwłaszcza na implanty medyczne. Uzasadnia to celowość oceny odporności tego materiału na zużycie i odkształcenie, a także stwierdzenie, czy jego właściwości użytkowe można podwyższyć poprzez modyfikację radiacyjną. Próbki polimeru wyjściowego (bazowego) napromieniowano elektronami, stosując krotność napromieniowania I = 1–6 dawką 26 kGy. Analiza zmian wartości odkształcenia pod wpływem obciążeń eksploatacyjnych wykazała wzrost odporności polietylenu na deformację trwałą w wyniku zastosowanego napromieniowania. Poprawa właściwości mechanicznych została potwierdzona badaniami mikroindentacyjnymi. Stwierdzono wzrost twardości i modułu Younga. Efekt ten jest zachowany mimo przeciwnego trendu, który wywołuje rosnący stopień deformacji plastycznej polimeru pod wpływem obciążenia. Badania tribologiczne wykazały znaczący wzrost (ok. 4 razy) odporności na zużycie ścierne polietylenu modyfikowanego radiacyjnie. Znaczne ograniczenie zużycia rokuje dłuższy okres współpracy węzła tarcia, co wydłuży czas użytkowania panewki w ludzkim organizmie. Przedstawione w pracy wyniki dowodzą skuteczności modyfikacji radiacyjnej, która podwyższa badane właściwości funkcjonalne proporcjonalnie do zastosowanej dawki napromieniowania elektronami.

EN

The resistance of polyethylene to wear and permanent deformation influences the durability of polymer-metal kinematic systems. The recently introduced polyethylene, GUR 1050, of a molecular weight of 9.2 * 106 g/mole is intended especially for medical implants. This justifies the need for evaluating the resistance of this material to wear and deformation and for determining if its functional properties can be improved by radiation modification. Samples of the initial (base) polymer were electron-irradiated with applying an irradiation multiplication factor I = 1–6 and a dose of 26 kGy. An analysis of changes in the deformation value under the influence of operational loads has shown an increase in the polyethylene resistance to permanent deformation as a result of the irradiation applied. The improvement of mechanical properties has been confirmed in micro-indentation tests. An increase in the hardness and Young's modulus was identified. This effect has been preserved despite an opposite trend that causes a growing level of plastic deformation of the polymer under the influence of load. Tribological tests have shown a significant increase (by ca. 4 times) in the resistance to abrasive wear of the polyethylene modified through irradiation. The significant wear reduction prognosticates a longer life of the friction couple, which will prolong the durability of acetabular cups in the human organism. The test results presented in the paper prove the effectiveness of modification through irradiation that enhances the tested functional properties proportionally to the applied dose of electron irradiation.

14

Badanie metodą EPR wolnych rodników w polimerze UHMWPE stosowanym w biomedycznych węzłach tarcia

Czaja P., Cybo J., Maszybrocka J., Barylski A., Michniowski J.

Tribologia

|

2011

|

nr 5

39-47

PL

W artykule zostały przedstawione wyniki badań EPR wolnych rodników dla dwu gatunków polietylenu o ultrawysokiej masie cząsteczkowej: GUR 1020 i GUR 1050, poddanych napromieniowaniu wiązką elektronów o energii 10 MeV i o krotności napromieniowania i = 1, 2, 3, 4, 6, dawką o mocy 26 kGy. Wraz ze wzrostem dawki promieniowania zwiększa się ilość wolnych rodników w badanym materiale. Zarówno w przypadku polietylenu GUR 1020, jak i GUR 1050 nie obserwuje się stanu nasycenia przy maksymalnej dawce promieniowania równej 156 kGy. Świadczyć to może o zbliżonej odporności radiacyjnej badanych materiałów.

EN

In this paper, the results of EPR measuring of free radicals for two types of polyethylene of ultra high molecular weight: GUR 1020 and GUR 1050 are presented. Samples were irradiated by electron beam energy of 10 MeV and dose 26 kGy a number of times (i = 1, 2, 3, 4, or 6). With the increase of radiation, the amount of free radicals increases as well. In both cases of polyethylene GUR 1020 and GUR 1050, the effect of saturation at the maximum dose of radiation equal 156 kGy was not observed. This proves that both types of material show similar radiation resistance.

15

Analysis of the possibilities of increasing resistance to plastic deformation of new biopolymers by means of modification through radiation

Cybo J., Maszybrocka J., Kanasy J., Barylski A.

Inżynieria Materiałowa

|

2010

|

Vol. 31, nr 3

763-766

EN

For new generation polymers (GUR 1020 and GUR 1050), preferred for the production of endoprosthesis components, the following properties have been subjected to an analysis: resistance to deformation, hardness, the Young's modulus and their changes resulting from modification through radiation. Improvement of all the properties has been found for both materials, proportional to the applied dose of irradiation with an electron beam. The influence of irradiation (d = 26÷104 kGy) and plastic deformation (e f= 0.1÷0.7) on the volume of structural nanovoids, hardness and on the modulus, has been substantiated analytically (GUR 1050). Convergence between the tendencies in the change of nanopores' size and properties has been indicated. A strong dependency has been found of characteristics of the materials analysed on the molecular weight of the polymer: the higher the weight (GUR 1050), the higher resistance to permanent deformation and the better the elastic properties. It has been proved that plastic deformation has an almost twice weaker impact on worsening of the properties of polyethylene 1050 than 1020. This means that by applying GUR 1050 in a polymer-metal kinematic pair, it is possible to significantly increase operational durability of the system.

PL

Dla nowej generacji polimerów (GUR 1020 i GUR 1050), preferowanych do wytwarzania elementów endoprotez, poddano analizie: odporność na odkształcenia, twardość, moduł Younga oraz ich zmiany w wyniku modyfikacji radiacyjnej. Dla obu materiałów stwierdzono poprawę wszystkich właściwości proporcjonalnie do zastosowanej dawki napromieniowania strumieniem elektronów. Udokumentowano analitycznie (GUR 1050) wpływ napromieniowania (d = 26÷104 kGy) i odkształcenia plastycznego (e f = 0,1÷0,7) na objętość nanopustek struktury, twardość i moduł. Wskazano na zbieżność między trendami zmian wielkości nanoporow i właściwości. Stwierdzono silną zależność charakterystyk analizowanych materiałów od ciężaru cząsteczkowego polimeru: im wyższy ciężar (GUR 1050), tym większa odporność na odkształcenie trwałe i lepsze właściwości sprężyste. Wykazano, że odkształcenie plastyczne wpływa prawie dwukrotnie słabiej na pogorszenie właściwości polietylenu 1050 niż 1020. Oznacza to, że stosując GUR 1050 w polimerowo-metalowym węźle kinematycznym możliwe jest znaczne zwiększenie trwałości eksploatacyjnej układu.

16

Zastosowanie techniki mikroidentacji do oceny modyfikacji radiacyjnej UHMW polietylenu w aspekcie ograniczenia skutków deformacji plastycznej polimerowych elementów endoprotez

Maszybrocka J., Cybo J., Barylski A.

Czasopismo Techniczne. Mechanika

|

2009

|

R. 106, z. 1-M

215-219

PL

W pracy dokonano metodą mikroindentacji oceny skuteczności modyfikacji radiacyjnej polietylenu GUR 1020 i 1050 przeznaczonych na elementy endoprotez. Uzyskane charakterystyki mikromechaniczne wykazały, że napromieniowanie elektronami podwyższa odporność badanych gatunków polimeru na odkształcenie plastyczne i może prowadzić do istotnego wzrostu trwałości eksploatacyjnej elementów endoprotez.

EN

The paper includes an assessment of the effectiveness of radiation modification, through microindentation, of GUR 1020 and 1050 polyethylene used for elements of endoprostheses. The micromechanical characteristics obtained have shown that irradiation with electrons enhances the resistance to plastic deformation of the polymer types investigated and may lead to a significant increase in operational durability of endoprosthesis elements.

17

Odkształcenie nowej generacji polimerów na implanty medyczne w świetle próby ściskania

Barylski A., Cybo J., Maszybrocka J.

Czasopismo Techniczne. Mechanika

|

2009

|

R. 106, z. 1-M

3-7

PL

Porównano odkształcenie plastyczne, sprężyste i całkowite nowych gatunków polimerów GUR 1020 i 1050 na implanty medyczne. Stwierdzono większą odporność polietylenu 1050 na deformację trwałą i lepsze właściwości sprężyste. Wykazano, że modyfikacja radiacyjna podwyższa odporność obu gatunków UHMWPE na odkształcenie plastyczne.

EN

A comparison is made of plastic, elastic and total deformation of new grades of GUR 1020 and 1050 polymers used in medical implants. Polyethylene 1050 has been found to have higher resistance to permanent deformation and better elastic properties. It has been shown that radiation modification increases the resistance of the both grades of UHMWPE to plastic deformation.

18

Fabrication and Dielectric Properties of Sol-Gel Derived (Ba,Sr)TiO3 Ceramics

Osińska K., Maszybrocka J., Plewa J., Czekaj D.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2009

|

Vol. 54, iss. 4

911-922

EN

The (Ba1-xSrx)Ti03 ceramic solid solution in the rangę 0.3< x <0.5 was prepared by the sol-gel method. Barium acetate, strontium acetate and tetra-butyl titanate were used as starting materials. Thermal evolution of the dried gel as well as ceramic powder was studied by simultaneous thermal analysis. The amorphous gel of BST was calcined in the furnace and pressed into pellets. The compacts were next sintered by free sintering method at temperaturę r=1450°C. The structure, microstructure and dielectric properties were studied for sol-gel derived ceramics.

PL

Ceramiczny roztwór stały (Ba1-xSrx)TiO3 w zakresie x=0,3-0,5 otrzymany został metodą zolowo-żelową. Jako materiały wyjściowe zastosowano: octan baru, octan strontu i n-butanolan tytanu. Dla suchego żelu w postaci proszku ceramicznego przeprowadzono analizę termiczną. Amorficzny żel poddano kalcynacji w piecu i prasowany w dyski. Próbki były następnie spiekane swobodnie w temperaturze r=1450°C. Określono układ krystalograficzny, grupę przestrzenną i parametry komórki elementarnej otrzymanej metodą zolowo-źelową ceramiki BST oraz zbadano jej mikrostrukturę i właściwości dielektryczne.

19

The morphology, texture and structure orientation of polyethylene formed via work hardening and electron irradiation

Duda P., Cybo J., Maszybrocka J., Cwajna J., Barylski A.

Inżynieria Materiałowa

|

2008

|

Vol. 29, nr 4

198-203

EN

The paper presents a new method for shaping the structure and properties of polyethylene intended for endoprostheses' cups. The method consists in applying plastic strain to a semi-finished product of a cup (Chirulen) and its irradiation with an electron beam. As a result of a small, permanent deformation, performed in an area distant from the consolidation area and a high polymer orientation, a small degree of lamellar structure orientation and of crystalline phase texture were obtained. However, the deformation fulfilled its role as an effective initiator of changes in the UHMWPE (Ultra High Molecular Weight Polyethylene) morphology. The share of low and high-molecular fractions changed in the samples produced. Electron irradiation provides the material's strengthening due to the structural changes, mainly polyethylene cross-linking. It caused a significant reduction of the low-molecular fraction's weight and polydispersity as well as an increased degree of UHMWPE's crystallinity by several percent. Also, an increase occurred within the degree of the structure's macroparticle spatial arrangement, which measures the absorption of a crystallinity band within the FT-IR spectrum (Fourier Transform Infrared Spectroscopy). The most advantageous morphological changes occurred during simultaneous utilization of both formation factors. The authors' studies quoted in the paper have demonstrated that in those cases, polyethylene's resistance to wear and permanent deformation increased several times during the tribological process of the polymer-metal system. This should ensure a significant increase in the operational durability in the material intended for endoprostheses' cups.

PL

Artykuł prezentuje metodę kształtowania budowy i właściwości polietylenu przeznaczonego na panewki endoprotez. Metoda polega na zastosowaniu odkształcenia plastycznego półproduktu panewek (Chirulenu) oraz jego napromieniowaniu wiązką elektronów. W wyniku niewielkiej deformacji trwałej, przeprowadzonej w zakresie odległym od obszaru umocnienia i dużej orientacji polimeru, uzyskano nieznaczny stopień orientacji struktury lamelarnej i tekstury fazy krystalicznej. Odkształcenie spełniło jednak rolę efektywnego inicjatora zmian morfologii UHMWPE. W wytworzonych próbkach zmienił się udział frakcji nisko- i wysokomolekularnej. Napromieniowanie elektronami wzmocniło zmiany budowy na skutek usieciowania polietylenu. Zmniejszyło istotnie ciężar cząsteczkowy i polidyspersyjność frakcji niskomolekularnej oraz zwiększyło o kilka punktów procentowych stopień krystaliczności UHMWPE. Podwyższeniu uległ także stopień przestrzennego uporządkowania makrocząsteczek struktury, którego miarąjest absorpcja pasma krystaliczności w widmie FT-IR. Najkorzystniejsze zmiany morfologicznie wystąpiły podczas łącznego stosowania obu czynników kształtujących. Cytowane w artykule badania autorów wykazały, że w tych przypadkach zwiększyła się kilkukrotnie odporność polietylenu na zużycie i trwałą deformację podczas procesu tribologicznego systemu polimer-metal. Powinno to zapewnić znaczny wzrost trwałości eksploatacyjnej materiału przeznaczonego na panewki endoprotez.

20

The effect of forming the polyethylene structure of endoprosthesis cups on morphological changes in the upper layer during friction

Maszybrocka J., Cybo J., Duda P., Cwajna J., Barylski A.

Inżynieria Materiałowa

|

2008

|

Vol. 29, nr 4

192-197

EN

To increase resistance to wear and permanent deformation of polyethylene working in a polymer/metal couple (e.g. in human joint endoprostheses), the authors applied a new method. The method consists in changing the structure and properties of polyethylene subjected to preliminary work-hardening and irradiation with an electron beam. The assessment of the morphology obtained for the material variations produced has been presented in [11]. The paper describes the influence of the so-formed structure on the changing susceptibility of polymer's working surface and its upper layer to permanent deformation during a tribological process. It also shows the possibility of lamellar phase's rotation and reorientation in the context of polyethylene's resistance to wear.

PL

W celu poprawienia odporności na zużycie i trwałą deformację polietylenu pracującego w skojarzeniu polimer - metal (np. endoprotezy stawów ludzkich) zastosowano nową metodę. Polega ona na zmianie budowy i właściwości polietylenu poddanego wstępnemu zgniotowi i napromieniowaniu wiązką elektronów. Charakterystykę morfologii uzyskanej dla wytworzonych odmian materiału przedstawiono w [11]. Prezentowana praca opisuje wpływ tak ukształtowanej budowy na zmiany podatności powierzchni roboczej i warstwy wierzchniej polimeru do trwałej deformacji podczas procesu tribologicznego. Wskazuje także dla tych warunków na możliwość rotacji i reorientacji fazy lamelarnej w aspekcie poprawy odporności polietylenu na zużycie.