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醫用鈦合金的發展曆史和研究現狀

2019-07-09


     20 世紀 60 年代,純鈦作為人體植入物開始應用於臨床。雖然純鈦材料在生理環境中有著優良的抗蝕性,但其強度低,耐磨損性能差,僅可用於承受載荷較小部位的骨替代及口腔修複。隨後應用於航空航天領域的 TC4 鈦合金被引進到醫學領域,解決了純鈦材料強度不能滿足要求的問題,同時 Ti-3Al-2. 5V 合金也開始在臨床上被用做人體脛骨和股骨的替換材料。到了 20 世紀 80 年代中期,臨床應用中發現 TC4 鈦合金人工髖關節周圍的骨組織出現了黑化和感染現象,隨後人們對此進行研究,證實 TC4 鈦合金中所含的 V 元素會對生物體產生毒副作用,且生物毒性超過了 Ni 和 Cr。到 20 世紀90 年代中期,德國和瑞士先後研製出第二代醫用鈦合金———無 V 的 α + β 型 Ti-5Al-2. 5Fe 和 Ti-6Al-7Nb合金。但這類合金還是存在與骨骼彈性模量不匹配的問題,植入體容易鬆動或失效,而且這類合金還含有對人體存在潛在危害的 Al 元素。相比 α 鈦合金和 α + β 鈦合金,β 鈦合金的彈性模量低且強度和耐磨損性較高,因此,第三代醫用鈦合金———不含 Al、V 的低彈性模量 β 鈦合金成為主要研發方向。

醫用鈦棒價格

     醫用鈦合金主要用於生產和製造外科植入物和矯形器械產品,比如醫用鈦棒等都已經應用在如牙種植體、人工關節和血管支架等。按照矯形器械與外科植入產品專業標準,醫用鈦材被歸入“外科植入物用材料”中的“金屬材料”一類。以下按我國外科植入物和矯形器械分類目錄中所涉及的鈦及鈦合金產品類型介紹其在臨床治療中的應用。

   

    鈦及鈦合金密度較小,彈性模量低,可以避免局部骨吸收現象的產生,因而是十分優良的人工骨、關節等硬組織替換材料。人工髖關節假體的髖臼杯和骰骨柄通常用鈦及鈦合金來製造。髖臼固定後,關節頭可以在髖臼杯裏自由活動。人工膝關節也常采用鈦及鈦合金製備,由脛骨部件、股骨部件和髕骨部件三部分組成。骨與關節替代物在人體內會受到人體的扭轉、彎曲、擠壓、肌肉收縮力等作用,因此對植入物的強度和韌性要求很高。在人體受力小的部位可以用純鈦,在人體受力大的部位可以用 TC4 鈦合金。1985年,瑞士 Sulzer 醫用鈦棒廠家采用 Ti-6Al-7Nb 合金製造人工髖關節柄並得到應用。2000 年,該公司的人工髖關節柄進入中國,每年的銷售量達到幾萬套。目前我國人工關節加工所需的優質鈦材仍依賴進口,而國內生產的醫用鈦材主要用來滿足國內中低端醫用產品如接骨螺釘和接骨板等使用。2010 年我國生產銷售的鈦醫用棒及 Ti-6Al-4V 合金材料已達到1 084 t,其中出口約占 20% 。我國每年生產醫用 Ti-6Al-7Nb合金材料上百噸,但幾乎全部出口國外,國內尚無實際應用。 


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