МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Санкт-Петербургский государственный

электротехнический университет

«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)

Кафедра ПМИГ

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

по дисциплине «Конструкционные и биоматериалы»

Вариант 5

Студент гр. 7501		Исаков А. О.
Преподаватель		Степанов С.К.

Санкт-Петербург

2020

1. Классификация материалов по составу. Подробнее - неорганические материалы керамики. Примеры применения в медицинской технике и в качестве биоматериалов.

Рисунок 1 – Классификация конструкционных материалов

Материалы классифицируют по составу:

• Металлические материалы

Обладают высокой тепло- и электропроводностью, механической прочностью, вязкостью, упругостью, пластичностью, технологичностью обработки, структура способна серьезно меняться в зависимости от способа получения

• Неметаллические материалы

Органические и неорганические материалы (природные и синтетические)

Кроме того, органические делятся на полимерные и высокомолекулярные соединения

1. Полимеры

Органические полимеры: древесина, битумы, смолы (применимы как антикоррозийные средства)

Синтетические: пластмассы, эластомеры, химические волокна, полимерные покрытия.

1. Керамические материалы

2. Силикатные материалы (бетон, цементы)

3. Графитовые (графопласты, графолиты)

• Композиты

Состоят из 2-х или больше фаз. Композит – сочетание матрицы и наполнителя. Наполнитель армирует матрицу. Одним из первых композитов была глина, смешанная с волосом козьей шерсти.

Керамика – поликристаллический материал, получаемый спеканием неметаллических порошков природного или искусственного происхождения. Кроме традиционных керамик, получаемых из глины, к керамикам относят материалы, получаемые из простых и сложных соединений: оксидов, карбидов и нитридов.

Рисунок 2 – Классификация основных керамических материалов

Керамика как поликристаллическое твердое тело состоит в общем случае из трех основных фаз:

• кристаллическая, состоящая из зерен,

• стекловидная (аморфная) – в виде прослоек, располагающихся между зернами,

• газовая – в виде пор между зернами, окруженными прослойками аморфной фазы.

Рисунок 3 – Строение керамики

Физические свойства керамики, определяются:

• размером и формой (анизотропией) кристаллитов

• природой связи между кристаллитами

• присутствием пор, жидких фаз и прочее

По своей микроструктуре керамика делится на:

• грубую (от5 до 30% пор)

• высокопористую (более 30% пор)

• тонкую (менее 5% пор)

Грубая керамика – строительные материалы, огнеупоры. Высокопористая – теплоизоляционные материалы. Тонкая керамика – художественная (фарфор, фаянс), функциональная (пьезо-, сегнето -, магнитная, термоэлектрическая сверхпроводящая, изоляционная, оптическая и стоматологическая)

Классифицируют по составу:

• Кислородосодержащие (фарфор, стекло, на основе тугоплавких оксидов алюминия, магния, бериллия)

• Бескислородные (карбиды, нитриды, силициды)

По назначению материалы делят на:

• Конструкционные (для создания конструкций)

• Функциональные (с электрическими, магнитными, оптическими свойствами)

Керамика, используемая для восстановления и реконструкции больных, поврежденных или удаленные частей тела, называется биокерамикой. В большинстве случаев клиническое применение биокерамики связано с восстановлением скелетной системы – костей, штифты, замены позвонков, суставов (тазобедренного и других) и зубов (восстановительные материалы, фарфорово-стеклянные коронки, мономерные цементы, цементы со стеклянным наполнителем), и наращиванием как твердых, так и мягких тканей организма. Керамика также используется для замены сердечно-сосудистой системы, например, сердечных клапанов.

Как материал в медицинской технике: детали для  эндоскопических инструментов, компоненты для аналитического оборудования и устройств, керамические фильтры и мембраны, термо- и электроизоляция, детали из керамических материалов являются ключевыми компонентами усилителя рентгеновских снимков и источников рентгеновского излучения (томографы), направляющие планки из керамических материалов, керамическая лабораторная посуда.

Причины популярности керамики в медицинской практике:

• Биологическая инертность: отсутствие токсичности, аллергенности, травмирующего и раздражающего действия на окружающие ткани

• Механическая прочность, рассчитанная на длительный срок работы в организме, устойчивость к износу

• Гемосовместимость: материал не должен вызывать повреждения элементов крови и образования тромбов

• Устойчивость к агентам внутренней среды организма, к воздействию биологических жидкостей

• Устойчивость к высокотемпературной стерилизации

Керамика, как альтернативный материал:

• Керамика отличается исключительным многообразием свойств по сравнению с другими типами материалов

• Важным достоинством керамики является высокая доступность сырья

• Технология получения конструкционной керамики, как правило, менее энергоемка

• Получение керамики обычно более безопасно, чем производство альтернативных металлических материалов ( и с экологической точки зрения тоже)

• Керамические материалы по сравнению с металлами обладают более высокими коррозионной стойкостью и устойчивостью к радиационным воздействиям

• Керамические материалы обладают большей биологической совместимостью, чем металлы и полимеры

• Использование керамики открывает возможность для создания разнообразных по свойствам материалов в пределах одной и той же химической композиции