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Einführung in die Medizin- und Kunststofftechnik (Fach) / Vorlesung 11 (Lektion)

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• Was wissen Sie zu dem sogenannten Interface? Interface: Keramik-Schicht auf Polymer --> Spröde (hart?) und duktile Funktionen, wenn das "Interface" stimmt. Das kann durch Oberflächenmodifikationen erreicht werden.
• Was wissen Sie zu Plasma? Plasma ist ionisisertes Gas und zählt als der 4. Aggregatszustand. Plasme kann für leichte Anwendungen atmosphörisch erzeugt werden, und für komplexe und elektronische Anwendungen im Vakuum hergestellt werden. Plasma entsteht bei Erzeugen von Gasionen durch einen Lichtbogen. Eine Obefläche kann aktiviert werden, indem man Prozessgas über einen Lichtbogen zu der Oberfläche leitet. Das bewirkt eine Erhöhung der Oberflächenenergie, die Oberfläche klebt dann stark. Eine organische Schicht z.b. auf einer keramischen Oberfläche kann zum Beispiel durch die Verwendung von Methan als Prozessgas erreicht werden, in diesem Fall bleibt C auf der Oberfläche zurück. --> Carbon-Like-Diamond
• Was wissen Sie zu Keramiken? Keramiken: Diese sind anorganisch, man verwendet z.b. Korund (Alu-Oxid Al2O3) für das Wasserstrahlschneiden. Dies funktioniert auf Grund der Scharfkantigkeit, welche durch die Kristallstruktur bedingt ist. Man kann Oberflächen auch mit Alu-Oxid als Korund sandstrahlen, dann bleiben einige Keramik-Partikel stecken. Die Entfernung erfolgt durch Wegätzung und eine anschließende Oberflächenreinigung im Ultraschallbad. TiO2 ist das am körperverträglichste Material, es ist genau wie der Körper ein Haltleiter und ist gut für anwachsende Knochenimplantate geeignet. Edelstahl und andere Stoffe können z.B. um dies auszunutzen mit TiO2 beschichtet werden.
• Wo können Keramiken in der Medizintechnik angewandt werden? Dentalanwendungen, Hüftgelenkskugeln, Knochenersatz/Osteosyntheseplatten, Orthopädische Implantate.
• Warum sind Kermaiken für die Dentalanwednung gut geeignet? Die Farbe ist gut einstellbar und kann an die Zahnfarbe angepasst werden. Das Zahnfleisch muss oben gehalten werde, schmiegt sich nicht von selbst an das Implantat an, da Fremdkörper. Sind die Bakterien am Fuß des Implantates angekommen, so muss die Brücke her. Der Abrieb entsteht am Gebiss durch den Mahlvorgang und die damit verbunden Scherkräfte.
• Woraus besteht die Pfanne (Gleitschale) im Implantat (Hüfte)? Aus High-Density Polyethylen, dieses sitzt als Insert/Inlay im Titan, dieses ist der Schraubrücken.
• Wie kann man eine sphärische Kugel herstellen? Schleifen: Aufwändig. Herstellung in einem Fallturm: Material nimmt durch Luftwiderstand Kugelform an, und kühlt ab, bevor sie auf den Boden trifft und aufprallt.
• Definieren Sie Keramik! „Keramische Werkstoffe sind anorganisch, nichtmetallisch, in Wasser schwer löslich und zu wenigstens 30% kristallin“
• Welche Eigenschaften haben Keramiken? Hohe Druckfestigkeit Hohe Temperaturbeständigkeit Hohe chemische Beständigkeit Sehr spröde, geringe Schlagfestigkeit Elektrisch isolierend Biegung und Zug sind zu vermeiden, als sehr duktiler Werkstoff ist Gold zu nennen.
• Was ist ein Atomkraftmikroskop? Ein Mikroskop, welches mit einem einzelnen Wolfram-Atom an der Spitze, mit Hilfe des Piezoelektrischen Effektes ein Bild der Oberfläche abbildet.
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• Nennen Sie die Eigenschaften von Al2O3! Feinkörniges, polykristallines α-Al2O3 (Korund) Schmelztemperatur: 2050°C Trigonal rhomboedrischeStruktur Pressen eines Grünlings + Sintern bei 1600-1800°C Sehr korrosionsbeständig, hohe Festigkeit, gute Biokompatibilität Geringe Korngröße hohe Oberflächengüte, gute mechanische Eigenschaften Grünling: Form, die eine Keramik hat, bevor sie gebrannt wird (Formstabil) Geringe Korngröße --> große Reaktive Oberfläche
• Was wissen Sie über Gelenkschmiere? Das Schmiermittel in der Hüfte heißt Hüftschmiere, ist noch enthalten?? bei technisch Anspruchsvollen Problemen, kann eine hydrodynamische Schmierung mit sehr hohem Druck verwendet werden.
• Was dient gut als Knochenersatz? Im Allgemeinen Calciumphosphate und Calciumkarbonate.  "Hydroxilapatit" (HA) ist die natürliche Komponente des mineralen Anteils von Knochen und Zähnen. Verhält sich piezoelektrisch, häufig als Beschichtung, im Dentalbereich, in der Orthopäde und in der Maxillofacialen Chirurgie eingesetzt. Wenn ein Blutgefäß verkalkt und der Querschnitt sich verkleinert, kann es zum Infarkt kommen. Kalk ist Ca2+ Tricalciumphosphat ist degradable/abbaubar
• Welche Formgebungsverfahren keramischer Bauteile kennen Sie? Schlickergießen Spritzgießen Trockenpressen Strangpressen Plasmaspritzen / Flammspritzen (bei Beschichtungen, ...)
• Wie beschichtet man mit Keramiken? Keramische Dickschichten können durch Plasma-Spritzen mit TiO2/Al2O3 erzeugt werden. Eine Software steuert die Bewegung der Prothese, diese soll durch den Strahl nicht erhitzt werden, die Einbringung der Temperatur soll nur auf der Oberfläche erfolgen.
• Wo finden Polymere in der Medizintechnik Verwendung? Verpackungen, Spritzen, Zentrifugenröhrchen(PP, PE) Blutbeutel, Schläuche, Katheter (PVC, Silikon, PA) Medizingeräte: –Dialysegeräte mit Dialysatoren: Aufgerissene Membran: Harnstoff kommt durch , Proteine nicht. Wiederverwendbare Dialysepatronen machten dies bezahlbar. (sonst €2000 pro Woche)–Hörgeräte–... •Nahtmaterial und Schrauben–Nahtmaterial (PA)–Abbaubare Schrauben (PLA, PGA, ...) •Implantate–Gefäßersatz (PTFE, PUR)–Gelenkpfanne für Hüftgelenksendoprothesen–Sehnen-und Bänderersatz–Wirbelsäule: Cages (PEEK) Polyetaetaketon --> steif, teuer, €10.000/kg, 380 Grad Schmelzpunkt, Verarbeitung bei > 400 Grad
• Beschreiben Sie die Eigenschaften von Thermoplasten! Lineare oder verzweigte Makromoleküle Physikalische Bindungen zwischen Molekülketten Hart bei Raumtemperatur Reversibles Erweichen und Aufschmelzen bei erhöhten Temperaturen Teilkristalline –amorphe Kunststoffe ca. 10 Mal Wiederaufschmelzbar, Duroplast kann nur desintegriert/zerstört werden, Problem für die Umwelt: Entsorgung von Kunststoffen auf hoher See.
• Beschreiben Sie teilkristalline Thermoplaste! Kristalline und amorphe Bereiche Kristalline Bereiche = geordnete Struktur im Polymer –Lamellenstruktur–Sphärolite •gleichmäßige Molekülketten (unverzweigt, keine / wenige gleichmäßig angeordnete Seitengruppen) -->PE, isotaktischesPP•Kristallisationsgrade ca. 35-70%•Einsatzbereich zwischen Glasübergangs-und Schmelzetemperatur•Oberhalb Schmelztemperatur: Umwandlung von Kristallite in amorphen Zustand, schlagartiges Aufschmelzen•Beispiele: PE, PP, ...
• Was ist z.b. aus PE hergestellt? UHMW = ultrahigh molecularweight (Molmasse bis 6,5 x 106) Erhöhte Reißfestigkeit, Schlagzähigkeit und Verschleißfestigkeit Vernetzung durch energiereiche Strahlung: Elektronenstrahl-Vernetzung PE-X Auszeichnende Eigenschaften: hohes Molekulargewicht + Vernetzung gute Abriebeigenschaften Bessere Beständigkeit gegen organischen Flüssigkeiten und Spannungsrissbildung Bergsteigerseile

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