Skip to main content
SpringerLink
Log in

Titan in der Gelenk- und Zahnprothetik: Verschleiß und Ermüdung als lebensdauerbegrenzende Faktoren

  • Chapter
Bionik

  • 5332 Accesses

Zusammenfassung

Reintitan und einige Titanlegierungen werden als Ersatz für mechanisch hochbelastete Teile in den menschlichen Körper eingebaut. Die positiven Eigenschaften wie exzellente Biokompatibilität und hoher Korrosionswiderstand werden in einigen Anwendungen durch unzureichende mechanische Stabilität eingeschränkt. Diese Problematik wird an zwei Beispielen aufgezeigt: Bei Gelenkprothesen führt häufig der Verschleiß bei Reibung gegen den als Gegenkörper eingesetzten Kunststoff zum Ausfall. Durch Ionenimplantation von Stickstoff und Kohlenstoff wird der Verschleißwiderstand wesentlich erhöht. Im Zahnersatz wird ein Unterbau aus Titan aus ästhetischen Gründen und zum Verschleißschutz durch eine Keramikauflage verblendet. Kritisch für den Einsatz ist, ob diese Maßnahmen andere Eigenschaften, und zwar vor allem die Ermüdungslebensdauer und den Korrosionswiderstand, in nicht zulässigem Maß verändern. Forschungsergebnisse, die in Zusammenarbeit verschiedener Institutionen gewonnen wurden, lassen Schädigungsmechanismen besser verstehen und liefern die Grundlage zu Verbesserungen und neuen Anwendungen von Titanwerkstoffen in der Humanmedizin.

This is a preview of subscription content, log in via an institution to check access.

Access this chapter

Log in via an institution
Chapter
USD 29.95
Price excludes VAT (USA)
  • Available as PDF
  • Read on any device
  • Instant download
  • Own it forever
eBook
USD 109.00
Price excludes VAT (USA)
  • Available as PDF
  • Read on any device
  • Instant download
  • Own it forever
Hardcover Book
USD 159.99
Price excludes VAT (USA)
  • Durable hardcover edition
  • Dispatched in 3 to 5 business days
  • Free shipping worldwide - see info

Tax calculation will be finalised at checkout

Purchases are for personal use only

Institutional subscriptions

Preview

Unable to display preview. Download preview PDF.

Unable to display preview. Download preview PDF.

Literatur

  1. Breme J (1989) Titanium and Titanium Alloys, Biomaterials of Preference. Proc Sixth World Conference on Titanium, Part 1. Les Éditions de Physique, Les Ulis, pp 57–68

    Google Scholar 

  2. Kohn DH, Ducheyne P (1992) Materials for Bone and Joint Replacements. Materials Science and Technology, 14: Medical and Dental Materials, VCH, Weinheim, 29–109

    Google Scholar 

  3. Bardos DI (1986) Titanium and Titanium Alloys in Medical Applications. Encyclopaedia of Materials Science and Engineering, 7. Pergamon Press, Oxford, pp 5099–5104

    Google Scholar 

  4. Kohn DH (1998) Metals in Medical Applications. Curr Opin Solid State Mater Sci 3: 309–316

    Article  Google Scholar 

  5. Schmidt JR (1999) Werkstoffverhalten in biologischen Systemen: Grundlagen, Anwendungen, Schädigungsmechanismen, Werkstoffprüfung. Springer, Berlin

    Google Scholar 

  6. Lange G, Ungethüm M (1986) Metallische Implantatwerkstoffe. Z Metallkunde 77: 545–552

    Google Scholar 

  7. ISO 5832-3 (1990) Implants for Surgery-Metallic Materials, Part 3: Wrough Titanium-6 Aluminium-4 Vanadium Alloy

    Google Scholar 

  8. Semlitsch MF (1987) Titanium Alloys for Hip Joint Replacement. Clin Mater 2: 1–13

    Article  Google Scholar 

  9. Fuller RA, Rosen JJ (1987) Werkstoffe für die Medizin. Spektr Wiss, Sonderheft Moderne Werkstoffe, S 54–63

    Google Scholar 

  10. Schmidt H (1995) Einfluß der Ionenimplantation auf das elektrochemische und tribologische Verhalten der Titanlegierung Ti6Al4V. Dissertation, Fachbereich Materialwissenschaft der Technischen Universität Darmstadt

    Google Scholar 

  11. Schmidt H, Exner HE, Rück DM, Angert N, Fink U (1995) Wear Behaviour of Ion Implanted Ti6Al4V against UHMPWE. Advances in Materials Science and Orthopedic Surgery. Kluwer, Dordrecht, pp 207–221

    Google Scholar 

  12. Bell T, Morton PH, Mordike BL (1993) Titanium Alloys: Surface Treatment. Encyclopaedia of Materials Science and Engineering, Supplement Vol. 3. Pergamon Press, Oxford, pp 2083–2087

    Google Scholar 

  13. Xu T, Pruitt L (1999) Diamond-like Carbon Coatings for Orthopaedic Applications: An Evaluation of Tribological Performance. J Mater Sci Mater Med. 10: 83–90

    Article  PubMed  Google Scholar 

  14. Williams JM, Buchanan RA (1985) Ion Implantation of Surgical Ti-6Al-4V Alloy Mater Sci Engin 69: 237–246

    Google Scholar 

  15. Williams JM (1990) Beam Ion Implantations. Medical and Dental Materials. Pergamon Press, Oxford, pp 45–51

    Google Scholar 

  16. U.S. Patent No. 4, 693,760 (1987) Ion Implantation of Titanium Workpieces without Surface Discoloration, Europäisches Patent Nr. 034825 BI: Method for Reducing the Friction Coefficient and the Wear Between a Metallic Part and a Part Consisting of an Organic Polymer or Copolymer, and Its Use in Articular Prosthesis and to Socket Joints Employed in Marine Environment (1993)

    Google Scholar 

  17. Allen JC, Bloyce A, Bell T (1996) Sliding Wear Behaviour of Ion Implanted Ultra High Molecular Weight Polyethylene against a Surface Modified Titanium Alloy Ti-6Al-4V. Tribol Intern 29: 527–534

    Article  Google Scholar 

  18. Schmidt H (1997) Modifikation von Titan durch Ionenimplantation. Materialwiss Werkstofftechn 28: 88–97

    Article  Google Scholar 

  19. Schminke A (1998) Aufbau und Verschleißverhalten von ionenimplantiertem Ti6Al4V. Dissertation, Fachbereich Materialwissenschaft, TU Darmstadt

    Google Scholar 

  20. Schmidt H, Schminke A, Rück DM (1997) Tribological Behaviour of Ion-Implanted Ti6Al4V Sliding Against Polymers. Wear 209: 49–56

    Article  Google Scholar 

  21. Schmidt H, Baumann H, Rück DM (1997) Depth Distribution and Wear Behaviour of Ion-Implanted Ti6Al4V. Materials Science Forum 248–249, Trans Tech Publ, Uetikon-Zürich, pp 209–212

    Google Scholar 

  22. Schmidt H, Rück DM, Fink U, Baumann H, Bethge K, Exner HE (1997) Tribologisches und elektrochemisches Verhalten von ionenimplantiertem Ti6Al4V. Werkstoffe für die Medizintechnik, DGM Informationsges. Frankfurt/M, S 143–147

    Google Scholar 

  23. Schmidt H, Exner HE (1999) Wear, Corrosion and Fatigue Properties of Ion Implanted Titanium Alloy Ti6Al4V. Z Metallkde 90

    Google Scholar 

  24. Schmidt H, Konetschny C, Fink U (1998) Electrochemical Behaviour of Ion Implanted Ti-6Al-4V in Ringer`s Solution. Mater Sci Technol 14: 592–598

    Google Scholar 

  25. Witte J (1998) Anodische Polarisation und Korrosionsverschleiß von ionenimplantierten Titanlegierungen. Dissertation, Fachbereich Materialwissenschaft, TU Darmstadt

    Google Scholar 

  26. Schmidt H, Stechemesser G, Witte J, Soltan-Farshi M (1998) Depth Distributions and Anodic Polarization Behaviour of Ion Implanted Ti6Al4V. Corr Sci 40: 1533–1545

    Article  Google Scholar 

  27. Schmidt H et al. (1999) Influence of Annealing on Depth Distributions and Microstructure of Ion-Implanted Ti6Al4V. Metall Mater Trans 30A

    Google Scholar 

  28. Schmidt H, Soltan-Farshi M (1998) Effect of Nitrogen Implantation on Hydrogen Depth Distribution and Fatigue Properties of Ti6Al4V. Mater Sci Engin A 255: 172–176

    Article  Google Scholar 

  29. Sittig C, Textor M, Spencer NC, Wieland M, Valloton PM (1999) Surface Characterisation of Implant Materials c.p. Ti, Ti-6Al-7Nb and Ti-6Al-4V with Different Pretreatments. J Mater Sci Mater Med 10: 35–46

    Article  PubMed  Google Scholar 

  30. Wang JJ, Welsch G (1989) Fatigue of Nitrogen Implanted Titanium. Proc of the Sixth World Conference on Titanium, Part 4. Les Éditions de Physique, Les Ulis, pp 1805–1810

    Google Scholar 

  31. Vardiman RG, Kant RA (1982) The Improvement of Fatigue Life in Ti-6Al-4V by Ion Implantation. J Appl Phys 33: 690–694

    Article  Google Scholar 

  32. Yasuda K (1990) Gold Alloys for Dental Use. In: Medical and Dental Materials. Pergamon Press, Oxford, pp 197–205

    Google Scholar 

  33. Nielsen JP (1986) Dental Noble Metal Casting Alloys — Composition and Properties. In: Encyclopaedia of Materials Science and Engineering, 2. Pergamon Press, Oxford, pp 1093–1095

    Google Scholar 

  34. Nielsen JP (1979) Gold Alloys in Dentristry. In: Metals Handbook, 9th Edition, 2, American Society for Metals, Metals Park, pp 964–967

    Google Scholar 

  35. Tesk JA, Waterstrat RM (1986) Dental Base-Metal Casting Alloys. In: Encyclopaedia of Materials Science and Engineering, 2. Pergamon Press, Oxford, pp 1056–1060

    Google Scholar 

  36. Greener EM (1986) Dental Materials, An Overview. In: Encyclopaedia of Materials Science and Engineering, 2. Pergamon Press, Oxford, pp 1082–1088

    Google Scholar 

  37. Young FA (1986) Dental Implants. In: Encyclopaedia of Materials Science and Engineering, 2. Pergamon Press, Oxford, 1077–1080

    Google Scholar 

  38. Williams DF (1992) Materials for Oral and Maxillofacial Surgery, In: Materials Science Technology, 14: Medical and Dental Materials. VCH, Weinheim, pp 259–283

    Google Scholar 

  39. Müller C, Cheriere JM, Grau FJ, Kempf B (1998) Mechanische Eigenschaften von kaltgezogenem und gegossenem Titan Grad 2. Materialwiss Werkstofftechn 29: 714–719

    Article  Google Scholar 

  40. Müller C, Exner HE (1998) Influence of a Grain Size Gradient on the Profile and Propagation of Fatigue Cracks in Titanium. Z Metallkde 89: 338–342

    Google Scholar 

  41. Müller C et al. (1997) Einfluß eines Verformungsgradienten auf das Rekristallisationsverhalten von Titan Grad 2. Prakt Metallogr 34: 606–616

    Google Scholar 

Download references

Author information

Authors and Affiliations

  1. Institut für Materialwissenschaften, Technische Universität Darmstadt, Darmstadt

    Eckart Exner, Clemens Müller & Harald Schmidt

Authors
  1. Eckart Exner
    View author publications

    You can also search for this author in PubMed Google Scholar

  2. Clemens Müller
    View author publications

    You can also search for this author in PubMed Google Scholar

  3. Harald Schmidt
    View author publications

    You can also search for this author in PubMed Google Scholar

Rights and permissions

Reprints and permissions

Copyright information

© 2005 Springer-Verlag Berlin Heidelberg

About this chapter

Cite this chapter

Exner, E., Müller, C., Schmidt, H. (2005). Titan in der Gelenk- und Zahnprothetik: Verschleiß und Ermüdung als lebensdauerbegrenzende Faktoren. In: Bionik. Springer, Berlin, Heidelberg. https://doi.org/10.1007/3-540-26948-7_21

Download citation

Publish with us

Policies and ethics

Search

Navigation