Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Corrosion resistance of composites Ti–6Al–4V/Al2O3 obtained by spark plasma sintering

Dudek A., Adamczyk L., Lisiecka B., Janik M.

Ochrona przed Korozją

|

2016

|

nr 7

244--247

EN

Attempts to develop materials for manufacturing of medical implants which combine biocompatibility, porosity and certain strength parameters involve substantial difficulties. One of the most recent materials are metallic-ceramic composites that show strength parameters connected with high bioactivity of various materials. This paper presents an analysis of the structure and corrosion resistance of new composites of Ti–6Al–4V with various additions of ceramics (Al2O3).

PL

Próby opracowania materiałów do produkcji implantów medycznych, które łączą parametry biozgodności, porowatość oraz odpowiednie parametry wytrzymałościowe zwiazane są z poważnymi trudnościami. Jedną z najnowszych propozycji materiałowych są kompozyty metaliczno-ceramiczne łączące własności wytrzymałościowe wraz z wysoką bioaktywnością różnego typu materiałów. W niniejszym artykule zaprezentowano analizę struktury oraz odporności korozyjnej nowych kompozytów Ti6Al4V z różnym dodatkiem ceramiki (Al2O3).

2

Microstructure and mechanical properties of porous Ti-6Al-4V composites with bioceramics fabriced by spark plasma sintering

Dudek A., Klimas M.

Composites Theory and Practice

|

2014

|

R. 14, nr 1

23--28

EN

Substantial progress in the field of materials used for medicine has be observed in recent years, driven by the higher demand for these types of materials. Promising prospects are offered by composite materials that allow for unlimited modelling of the properties in materials used for specific medical applications. The focus of the investigations presented in this paper is placed on metallic-ceramic composites based on a titanium alloy matrix (Ti-6Al-4V) with a 20 wt.% addition of aluminium oxide (Al2O3), hydroxyapatite ceramics (Ca10(PO4)6(OH)2) and YSZ (zirconia stabilized with 8 wt.% yttria Y2O3) obtained using the spark plasma sintering method. The specimens were compressed at 35 MPa and sintered in a shielding gas (argon) medium at the temperature of 1000°C in an SPS HP 5 apparatus manufactured by FCT for 25 min. The obtained composites were subjected to microstructural analysis using an Axiovert light microscope and X-ray quality analysis using a D8 DISCOVER Bruker diffractometer. Hydrostatic weighing in deionized water according to the PN-EN ISO 2738:2001 standard was also used to evaluate the density (apparent and relative), porosity (open and total) and water absorption capacity. The topology of the surface of the metallic-ceramic composites was determined using a Hommel T1000 profilometer. The mechanical properties (microhardness) were measured using a semi-automatic microhardness tester (FM-7, FutureTech) with a Vickers indenter at a load of 100 G. The resistance to wear was evaluated by means of a ball wear testing stand. In this study, Ti6Al4V/HAp(ZrO2, Al2O3) composites were prepared using spark plasma sintering (SPS) to obtain highly compact composites. The aim of the study was to evaluate the ability of spark plasma sintering to obtain metallic-ceramic composites based on titanium alloy with an addition of inert ceramics and bioactive ceramics for medical applications.

PL

W ostatnim czasie można zauważyć ogromny postęp w dziedzinie materiałów dla medycyny, niejako wymuszony zwiększonym zapotrzebowaniem na tego typu materiały. Ogromną nadzieję upatruje się w materiałach kompozytowych pozwalających na swobodne modelowanie właściwości elementów predestynowanych do konkretnych zastosowań medycznych. Przedmiotem badań przedstawionych w niniejszym artykule są wytwarzane metodą iskrowego spiekania plazmowego (SPS - spark plasma sintering) kompozyty metaliczno-ceramiczne na osnowie stopu tytanu Ti-6Al-4V z 20% mas. dodatkiem tlenku aluminium (Al2O3), ceramiki hydroksyapatytowej (Ca10(PO4)6(OH)2) oraz ceramiki cyrkonowej YSZ (tlenek cyrkonu modyfikowany 8% mas. tlenku itru Y2O3). Próbki prasowano przy ciśnieniu 35 MPa i spiekano w atmosferze gazu ochronnego (argonu) w temperaturze 1000°C w urządzeniu typu SPS HP 5 firmy FCT przez 25 min. Otrzymane kompozyty poddano analizie mikrostrukturalnej przy użyciu mikroskopu świetlnego Axiovert, rentgenowskiej analizie jakościowej na dyfraktometrze rentgenowskim D8 DISCOVER Bruker, oceniono metodą ważenia hydrostatycznego w wodzie dejonizowanej (zgodnie z normą PN-EN ISO 2738:2001) ich gęstość (pozorną i względną), porowatość (otwartą i całkowitą) oraz nasiąkliwość. Określono ponadto topografię powierzchni otrzymanych kompozytów metaliczno-ceramicznych, stosując profilometr Hommel T1000, oceniono właściwości mechaniczne (mikrotwardość) przy wykorzystaniu półautomatycznego mikrotwardościomierza Microhardness Tester FM-7 firmy FutureTech z zastosowaniem wgłębnika Vickersa przy obciążeniu 100 G, jak również ich odporność na ścieranie za pomocą kulotestera. Celem przeprowadzonych badań było określenie przydatności metody iskrowego spiekania plazmowego do wytwarzania kompozytów metaliczno-ceramicznych na bazie stopu tytanu z dodatkiem ceramiki inertnej oraz bioaktywnej do zastosowań medycznych.

3

Analiza własności użytkowych kompozytów 316L+Al2O3

Dudek A., Przerada I.

Engineering of Biomaterials

|

2013

|

Vol. 16, no. 122-123 spec. iss.

19--21

PL

Jednym ze sposobów zapewnienia odpowiednich własności użytkowych jest zastosowanie implantów kompozytowych, łączących wysokie własności wytrzymałościowe materiału metalicznego z biotolerancją materiałów ceramicznych. Celem pracy było wytworzenie oraz analiza własności kompozytów metalowo-ceramicznych wykonanych z mieszaniny proszków: stali austenitycznej (316LHD) oraz ceramicznego (Al2O3).

EN

One of the methods to ensure particular functional properties is to employ composite implants which combine improved mechanical properties of metallic materials and biocompatibility of ceramic materials. The aim of this study was to develop and analyse properties of metallic/ceramic composites made of the mixture of powders: austenitic steel (316LHD) and ceramics (Al2O3).

4

The microstructure and selected properties of titanium-hydroxyapatite composites obtained by spark plasma sintering (SPS method)

Dudek A., Klimas M.

Composites Theory and Practice

|

2013

|

R. 13, nr 3

208--213

EN

Titanium implants are characterized by improved mechanical properties compared to human bones, that might lead to overtaking the whole load from the bone, which is conducive to bone resorption. One of the proposals to solve this problem is the use of composite materials based on a titanium matrix or titanium alloy matrix with an addition of hydroxyapatite (HAp) ceramics. The introduction of HAp to the metallic material contributes to improvement in biocompatibility and allows for integration of the implant with bone tissue. The focus of this study is on examining metallic-ceramic composites based on a titanium matrix or titanium alloy matrix with an addition of hydroxyapatite ceramics HAp (Ca10(PO4)6(OH)2) ranging from 20 to 40 wt.%, obtained by means of the spark plasma sintering method in the atmosphere of shield gas (argon), at the sintering temperature of 1000°C in SPS HP 5 equipment (manufactured by FCT). The samples were sintered for 25 minutes at the compaction pressure of 35 MPa. The composites were evaluated by means of structural analysis in microstructural examinations with an optical microscope, Neophot 32, and X-ray quality analysis using an X-ray diffractometer (Seifert 3003 T-T) and the following parameters: supply voltage –30 kV, current intensity –40 mA, measurement step 0.1º, integration time 10 s, characteristic radiation wavelength λCo = 1.790 nm. The hydrostatic weighing method in deionized water according to standard PN EN ISO 2738: 2001 was used to measure the density, porosity and water absorption. The surface profile of the biocomposites was determined using a Hommel T1000 roughness tester. The roughness parameters were measured in contact with the examined surface by coupling the stylus with a differential measurement system. The mechanical properties (hardness) of the metallic-ceramic composites based on a titanium matrix or titanium alloy matrix with an addition of hydroxyapatite ceramics HAp were evaluated. The aim of the study was to determine the usefulness of the SPS (Spark Plasma Sintering) method for manufacturing metallic-ceramic composites for medical applications.

PL

Implanty tytanowe charakteryzują się wysokimi w porównaniu z kośćmi właściwościami mechanicznymi, może to prowadzić do przejęcia całości obciążeń, sprzyjając tym samym resorpcji kości. Jedną z propozycji rozwiązania tego problemu są materiały kompozytowe na osnowie tytanu i stopu tytanu z dodatkiem ceramiki hydroksyapatytowej. Wprowadzenie cząsteczek HAp do materiału metalicznego przyczynia się do zwiększenia biozgodności, jak również umożliwia tworzenie wiązań pomiędzy implantem a tkanką kostną. Przedmiotem badań przedstawionych w niniejszym artykule są kompozyty metaliczno"ceramiczne na osnowie tytanu lub stopu tytanu z dodatkiem ceramiki hydroksyapatytowej HAp (Ca10 (PO4)6(OH)2) od 20 do 40% wagowych otrzymane metodą iskrowego spiekania plazmowego (spark plasma sintering) w atmosferze gazu ochronnego argonu w temperaturze spiekania 1000ºC w urządzeniu typu SPS HP 5 firmy FCT. Próbki były spiekane przez czas 25 min przy ciśnieniu prasowania 35 MPa. Kompozyty poddano analizie strukturalnej, badając ich mikrostrukturę przy użyciu mikroskopu optycznego Neophot 32, oraz rentgenowskiej analizie jakościowej, stosując dyfraktometr rentgenowski Seifert 3003 T"T przy następujących parametrach: napięcie zasilające –30 kV, natężenie prądu –40 mA, krok pomiarowy 0,1º, czas zliczania 10 s, długość fali promieniowania charakterystycznego λCo = 1,790 nm. Oceniono gęstość, porowatość oraz nasiąkliwość otrzymanych kompozytów metodą ważenia hydrostatycznego w wodzie dejonizowanej, zgodnie z normą PN EN ISO 2738: 2001. Określono ponadto topografię powierzchni biokompozytów, stosując do tego celu profilometr Hommel T1000. Wyznaczenie parametrów chropowatości powierzchni wykonano w kontakcie z badaną powierzchnią przez sprzężenie igły z różnicowym układem pomiarowym. Oceniono właściwości mechaniczne (mikrotwardość) otrzymanych kompozytów metaliczno-ceramiczne na osnowie tytanu lub stopu tytanu z dodatkiem ceramiki hydroksyapatytowej HAp. Celem badań było określenie przydatności metody iskrowego spiekania plazmowego (spark plasma sintering) do wytwarzania kompozytów metaliczno-ceramicznych do zastosowań medycznych.

5

Strengthening of aluminium based composites with amorphous metallic or Al2O3 particles

Kukuła-Kurzyniec A., Dutkiewicz J., Bobrowski P., Wajda W., Góral A., Ochin P., Perriere L.

Composites Theory and Practice

|

2013

|

R. 13, nr 2

141--146

EN

Aluminium alloy based composites were prepared by hot pressing in a vacuum in order to study the strengthening effect of an amorphous phase addition in the form of ball milled powder from melt spun ribbons of the Al73Si5Ni7Cu8Zr7 (at.%) alloy. For comparison, a composite with a strengthening ceramic Al2O3 phase was hot pressed under the same conditions. DSC measurements allowed the authors to determine the start of the crystallization process of the amorphous ribbons at 240°C. The presence of the majority of the amorphous phase in the melt spun ribbons was additionally confirmed by the X/ray diffraction technique which also revealed the presence of an α/Al solid solution and some peaks of intermetallic phases. SEM studies showed homogenous distribution of the strengthening particles in both kinds of composites and confirmed the existence of α /Al and some intermetallic crystallites inside the metallic amorphous particles. The hardness of all the prepared composites was comparable and amounted to approximately 50 HV1 for those with the Al matrix and 120 HV1 for the ones with the 2618A alloy matrix. The composites have shown a higher yield stress than the hot pressed aluminium or 2618A alloy. SEM studies of the cracks after compression tests revealed that the interfaces between the strengthening phase and matrix in metallic amorphous powder/Al /2618A alloy composites show a different character of the interface between the ceramic particles and the Al matrix. Therefore in the composite with the Al2O3particles, cracks have the tendency to propagate at the interfaces with the matrix more often than in amorphous/Al composites.

PL

W artykule opisano badania dotyczące struktury i właściwości kompozytów na osnowie aluminium i jego stopu / 2618A, wykonanych metodą prasowania na gorąco w próżni. Fazę umacniającą stanowił 10% dodatek proszku o składzie Al73Si5Ni7Cu8Zr7 (% at.), otrzymany w wyniku mielenia kulowego metalicznych taśm amorficznych odlanych na wirujący walec (melt spinning). W celu porównawczym w tych samych warunkach sprasowano również kompozyt o osnowie Al, w którym fazę umacniającą stanowił 10% dodatek cząstek ceramicznych - Al2O3. Metodą mikrokalorymetrii różnicowej (DSC) określono temperaturę początku krystalizacji taśm amorficznych na około 240°C. Techniką dyfrakcji rentgenowskiej (XRD) potwierdzono obecność znacznego udziału struktury szklistej zarówno w odlanych, jak i sproszkowanych taśmach, a także stwierdzono niewielki udział roztworu α/Al oraz faz międzymetalicznych. Badania strukturalne wykonane metodą skaningowej mikroskopii elektronowej (SEM) wykazały równomierne rozmieszczenie cząstek faz umacniających w obu rodzajach kompozytów, a w przypadku cząstek taśm amorficznych potwierdzono obecność w ich wnętrzu krystalitów roztworu α/Al i faz międzymetalicznych. Twardość wszystkich przygotowanych kompozytów była porównywalna i wynosiła około 50 HV1 dla kompozytów o osnowie Al oraz 120 HV1 dla materiałów na bazie stopu 2618A. Obserwacja SEM mikrostruktury próbek kompozytowych po testach ściskania pozwoliła zauważyć inny charakter granicy rozdziału cząstek fazy umacniającej i osnowy w przypadku zastosowania cząstek taśmy Al73Si5Ni7Cu8Zr7, co wpływa na odmienny przebieg drogi propagacji pęknięć niż w przypadku proszku Al2O3, gdzie występuje słabsze połączenie w granicy osnowa/cząstki wzmacniające. W przypadku zastosowania ceramicznej fazy umacniającej kompozyt wykazuje tendencję do propagacji pęknięć po granicach wprowadzonych cząstek.