β-Titanlegierung: Was ist damit gemeint?

Titanlegierung mit hohen Gehalten an β-stabilisierenden Elementen wie Nb, Ta und Mo, die auch bei Raumtemperatur die krz-β-Phase aufweist. Wegen ihres niedrigen E-Moduls verringert sie bei medizinischen Anwendungen das Stress Shielding.

Japanische Bezeichnung: β型チタン合金

„β-Titanlegierung“ kommt in 2 Übungsfragen aus 1 Thema vor, darunter Biomaterialien.

Fachgebiet: Biomaterialien

Selbst ausprobieren: Fragen zu β-Titanlegierung

Was ist der Hauptgrund dafür, dass β-Titanlegierungen wie das System Ti-Nb-Ta-Zr für Implantate zur Knochenfixierung entwickelt wurden?

  1. ABleibt die krz-β-Phase bis Raumtemperatur erhalten, liegt der E-Modul unter dem von Ti-6Al-4V, und Stress Shielding wird verringert
  2. BDie β-Phase hat eine hdP-Struktur mit starker Atombindung, die den E-Modul über den von Ti-6Al-4V hebt und Verformungen des Implantats verhindert
  3. CIn der β-Phase bildet sich auf der Titanoberfläche keine Passivschicht mehr, sodass eine chemische Bindung an den Knochen leichter entsteht
Lösung und Erläuterung anzeigen

Lösung: A. Bleibt die krz-β-Phase bis Raumtemperatur erhalten, liegt der E-Modul unter dem von Ti-6Al-4V, und Stress Shielding wird verringert

Titan liegt bei niedriger Temperatur als hdP-α-Phase und bei hoher Temperatur als krz-β-Phase vor; durch Zugabe großer Mengen β-stabilisierender Elemente wie Nb, Ta und Mo bleibt die β-Phase auch bei Raumtemperatur erhalten. β-Legierungen haben einen Elastizitätsmodul von etwa 55–80 GPa, niedriger als die (α+β)-Legierung Ti-6Al-4V (etwa 110 GPa) und näher am Knochen (etwa 10–30 GPa), sodass sie Stress Shielding verringern. Nb, Ta und Zr gelten zudem als wenig zytotoxisch, und man kommt ohne V und Al aus. Die α-Phase ist hdP; die β-Phase als hdP zu bezeichnen, verwechselt die Kristallstrukturen. Eine höhere Steifigkeit des Implantats verstärkt das Stress Shielding. Auch β-Legierungen bilden an der Oberfläche eine Passivschicht und bleiben dadurch korrosionsbeständig; ginge die Schicht verloren, nähme nur die Ionenfreisetzung zu, ohne dass dies zu einer Bindung an den Knochen führte.

„β-Titanlegierung“ in den Erläuterungen

Fragen, in denen „β-Titanlegierung“ vorkommt (2)

  1. Was ist der Hauptgrund dafür, dass β-Titanlegierungen wie das System Ti-Nb-Ta-Zr für Implantate zur Knochenfixierung entwickelt wurden?
  2. Ein Stab aus kortikalem Knochen (Elastizitätsmodul 20 GPa) und ein Stab aus Ti-6Al-4V (Elastizitätsmodul 110 GPa) mit gleicher Querschnittsfläche sind parallel miteinander verbunden und werden gemeinsam in Längsrichtung auf Zug belastet. Welcher Wert kommt dem Anteil der Gesamtlast, den der Knochen trägt, am nächsten, wenn beide dieselbe Dehnung haben?

Verwandte Begriffe

Elastizitätsmodul (E-Modul) Stress Shielding Hexagonal dichteste Packung (hdP) Kubisch-raumzentriertes Gitter (krz) Passivität Biokompatibilität Biologisch abbaubares Polymer Hydroxylapatit Knochenzement Osseointegration

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