1. Milline titaan on meditsiiniline klass?
Meditsiiniline titaan viitab spetsiifilistele titaansulamitele või puhtale titaanile, mis vastavad rangele biosobivusele, korrosioonikindlusele ja mehaanilistele omandistandarditele meditsiiniseadmetes ja implantaatides kasutamiseks. Kõige tavalisemad meditsiinilise kvaliteediga titaanimaterjalid on:
Puhas titaan (CP titaan, 1. aste, 2., 3, 4): Meditsiinilistes rakendustes kasutatakse kaubanduslikult puhast (CP) titaani 1. - 4. Klassi, 2. aste on kõige laialdasemalt kasutusele võetud. Nad pakuvad suurepärast biosobivust, kehavedelike vastupidavust ja elastsust, muutes need sobivaks mittekoormatud implantaatideks (nt hambaplaadid, klambrid) või komponentide jaoks, kus on vaja paindlikkust.
Titaansulamid (Ti-6Al-4V Eli): Ti-6Al-4V sulami modifitseeritud versioon "Eli" tähistab "eriti madalat interstitsiaalset". See on vähenenud interstitsiaalsete elementide (nt hapnik, süsinik, lämmastik), et tugevdada sitkust ja biosobivust. See sulam on koormus kandvate implantaatide (nt puusa- ja põlveliigese asendamine, seljaaju riistvara) kuldstandard selle suure tugevuse ja kaalu suhte ja väsimuskindluse tõttu.
Neid materjale kinnitavad reguleerivad organid (nt FDA, ISO) tagamaks, et need ei reageeri kahjulikult inimkude ega kehavedelikega.
2. Millist titaani tüüpi meditsiiniliste implantaatide jaoks kasutatakse?
Meditsiinilistes implantaatides kasutatavad primaarsed titaanmaterjalid on:
Ti-6Al-4V Eli: Nagu mainitud, domineerib see sulam koorma kandvate implantaatide (nt puusavarred, põlveproteesid, luukruvid). Selle kõrge tõmbetugevuse (~ 860 mPa), väsimuskindluse ja biosobivuse kombinatsioon muudab selle ideaalseks igapäevase liikumise mehaaniliste pingete vastupidamiseks.
Kaubanduslikult puhas (CP) titaan (2. ja 4. klass): 2. astme CP titaani kasutatakse mitte koormatud kandvateks rakendusteks nagu hambaimplantaadid, südamestimulaatori korpused ja kirurgilised instrumendid tänu selle elastsusele ja korrosioonikindlusele. 4. astet, mis on tugevam kui 2. klass, kasutatakse pisut nõudlikumate rollide, näiteks luuplaatide jaoks.
Beeta titaansulamid (nt Ti-13NB-13ZR, Ti-6Al-7NB): Need sulamid pakuvad paremat biosobivust (vähenenud allergiliste reaktsioonide riski võrreldes vanaadiumi sisaldavate sulamitega nagu Ti-6AL-4V) ja neid kasutatakse spetsiaalsetes implantaatides, sealhulgas hambaravi- ja ortopeedilistes seadmetes, kus paranenud kudede ühilduvus on kriitiline.
3. Mis on titaani kõrgeim klass?
Titaani "klass" viitab tavaliselt puhtusele (CP titaanile) või sulami koostisele, kõrgemad hinded näitavad sageli suuremat tugevust või konkreetseid omadusi. Siiski pole ühtegi "kõrgeimat klassi", kuna see sõltub kontekstist:
Kaubanduslikult puhta (CP) titaani jaoks: Hinded on vahemikus 1 kuni 4, kõrgemad hinded on suurem hapnikusisaldus ja seega suurem tugevus. 4. aste on tugevaim CP titaan (tõmbetugevus ~ 485 MPa), kuid vähem kõrgtugev kui madalamad hinded.
Titaansulamite jaoks: Tugevus varieerub sulamist. Näiteks:
Ti-6al-4V (lõõmutatud) on tõmbetugevus ~ 860 mpa.
TI-10V-2FE-3AL, ülitugev beetasulam, võib jõuda tõmbetugevusteni ~ 1100–1200 MPa, muutes selle üheks tugevaimaks titaansulamiteks. Seda kasutatakse kosmose- ja suure jõudlusega rakendustes, kus on vaja äärmist tugevust.
Seega peetakse TI-10V-2FE-3AL ja sarnaseid ülitugevaid beetasulameid sageli mehaanilise tugevuse osas "kõrgeimaks hinneks".
4. Kas titaan võib roostetada?
Ei, titaan ei roosteta traditsioonilises mõttes. Rooste viitab spetsiaalselt raua oksüdeerumisele (moodustav raudoksiid). Kuid titaanteebOksüdeerub, kuid see protsess loob kaitsekihi, mis hoiab ära edasise korrosiooni:
Õhu või veega kokkupuutel moodustab titaan selle pinnale õhukese, tiheda oksiidi kihi (titaandioksiid, tio₂). See kiht on isetervendav-kui kriimustatakse, see reformib kiiresti, blokeerides hapniku ja niiskuse selle aluseks oleva metalli jõudmise.
See passiivsus muudab titaani väga vastupidavaks enamikus keskkondades, sealhulgas soolase vee, happed ja kehavedelikud (selle kasutamise peamine põhjus meditsiinilises implantaatides ja mererakendustes).
Kuigi titaan ei roosteta, võib see korrodeerida ekstreemsetes tingimustes, näiteks kontsentreeritud, kuumas vesinikkloriid või väävelhapet, või keskkonnas, kus on kõrge fluoriidide sisaldus (nt mõned tööstuslikud kemikaalid). Need stsenaariumid on haruldased ja titaani korrosioonikindlus on enamiku metallide, sealhulgas teras ja alumiiniumist palju parem.
