Manufacturing of Injection Molded Ceramic Nanocomposites for Biomedical Applications
Zur Herstellung von keramischen Nanocomposites durch Spritzgießen für biomedizinische Anwendungen
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Beschreibung
Die demographische Entwicklung der Bevölkerung in den Industrienationen und der weltweit steigende Anspruch an eine leistungsfähige medizinische Versorgung betreffen in besonderem Maße auch die Verfügbarkeit und wirtschaftlich tragfähige Bereitstellung von Dauerimplantaten und Prothesen. In tribologisch und mechanisch hoch belasteten Knie- und Hüftgelenksprothesen, die für die Funktion des Bewegungsapparats und damit für eine hohe Lebensqualität auch im Alter unverzichtbar sind, spielen keramische Bauteile und Komponenten eine zentrale Rolle.
Stand der Technik sind kaltisostatisch gepreßte, grünzerspante und drucklosgesinterte Bauteile, welche zusätzlich in einer anschließenden Prozeßstufe heißisostatisch nachverdichtet werden. Damit werden neben sehr homogenen Gefügen auch geringe Defektgrößen und die erwünschten hohen Festigkeiten und Zuverlässigkeiten erreicht. Der Nachteil dieser Prozeßroute ist die fehlende net-shape Fähigkeit in der Formgebung und die erheblichen Kosten für die Fein- und Fertigbearbeitung im hartzähen dicht gesinterten Zustand. Um diesen Nachteil zu vermeiden und durch mögliche Kostensenkungen solche keramischen Prothesenelemente ggf. einem breiteren Publikum auch in Schwellenländern zugänglich zu machen, bietet sich die Formgebung durch keramisches Spritzgießen (ceramic injection moulding CIM) an.
Dieser konzeptionelle Ansatz, statt Isostatpreßverfahren die CIM-Formgebung zu wählen, ist für Bauteilgeometrien und Materialanforderungen, wie sie bei Osteoendoprothesen üblich sind, bei weitem noch nicht umfassend gelöst. Deshalb wird in der vorliegenden Arbeit die Werkstoffentwicklung von zirkonoxidverstärktem Aluminiumoxid (zirconia toughended alumina, ZTA), platelet-verstärktem ZTA (ZPTA), die Herstellung von thermoplastischen Feedstocks für das keramische Spritzgießen (Ceramic injection moulding, CIM), die Auslegung und Konstruktion von CIM-Werkzeugen, die Simulation und Formfüllungsstudien in der CIM Formgebung und die Optimierung der Prozeßkette beim Spritzgießen von ZTA und ZPTA vom Compounding über die eigentliche Formgebung bis zum Drucklossintern vorgestellt.
Autor*in
Mohamed Abou el Ezz
Themen in »Manufacturing of Injection Molded Ceramic Nanocomposites for Biomedical Applications«
Biomedical Applications Manufacturing biomedizinische Anwendungen keramischen Nanocomposites