Biokeramische Schichten auf Implantaten durch thermokinetische Beschichtungsverfahren: thermisches Spritzen von Biomaterialien
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| Published: |
Aachen
Shaker
2012
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INHALTSVERZEICHNIS
INHALTSVERZEICHNIS
INHALTSVERZEICHNIS I
SYMBOLVERZEICHNIS V
ABKUERZUNGSVERZEICHNIS IX
EXTENDED SUMMARY XI
1 EINLEITUNG UND MOTIVATION 1
2 AUFGABENSTELLUNG UND LOESUNGSWEG 3
2.1 ENTWICKLUNG UND FORMEN DER PROTHETIK 3
2.2 THERMOKINETISCH BESCHICHTETE IMPLANTATE 5
3 STAND DER WISSENSCHAFT UND TECHNIK 7
3.1 GRUNDLAGEN DER BIOKOMPATIBILITAET 7
3.1.1 BIOTOLERANT 9
3.1.2 BIOINERT 9
3.1.3 BIOAKTIV 9
3.2 BIOKOMPATIBLE WERKSTOFFE 9
3.2.1 TITANLEGIERUNGEN 12
3.2.2 ZIRKONOXID 15
3.2.3 CALCIUMPHOSPHATKERAMIK 17
3.2.4 BIOAKTIVE GLAESER 21
3.3 THERMOKINETISCHES BESCHICHTEN 25
3.3.1 ATMOSPHAERISCHES PLASMASPRITZEN (APS) 28
3.3.2 VAKUUMPLASMASPRITZEN (VPS) 30
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IMAGE 2
N INHALTSVERZEICHNIS
3.3.3 HOCHGESCHWINDIGKEITSFLAMMSPRITZEN (HVOF) 31
3.3.4 HOCHGESCHWINDIGKEITS-SUSPENSIONS-FLAMMSPRITZEN (HVSFS) 33
3.4 HAFTUNGSMECHANISMEN THERMISCHER SPRITZSCHICHTEN 35
3.5 EIGENSPANNUNGEN IN SCHICHTVERBUNDWERKSTOFFEN 38
3.6 GRENZFLAECHE VON KNOCHENGEWEBE UND IMPLANTAT 40
4 FERTIGUNGSTECHNOLOGIE UND FERTIGUNGSMESSTECHNIK DER
BIOKERAMISCHEN SCHICHTVERBUNDE 43
4.1 ENTWICKLUNG DISPERSER KERAMISCHER SYSTEME FUER DAS THERMISCHE
SPRITZEN 43
4.1.1 FLIESSVERHALTEN UND VISKOSITAET 45
4.1.2 STABILITAET DISPERSER SYSTEME 47
4.1.3 PARTIKELGROESSENVERTEILUNG DISPERGIERTER TEILCHEN UND SPRITZPULVER
54
4.2 TOPOGRAPHIE DER IMPLANTAT- UND SCHICHTOBERFLAECHEN 54
4.2.1 METHODEN DER OBERFLAECHENAKTIVIERUNG 55
4.2.2 RAUHEIT UND TOPOGRAPHIE DER IMPLANTAT- UND SCHICHTOBERFLAECHEN 57
4.3 METHODEN DER SCHICHT- UND SCHICHTVERBUND-CHARAKTERISIERUNG 58
4.3.1 MIKROSKOPISCHE UNTERSUCHUNGEN 59
4.3.2 ROENTGENDIFFRAKTOMETRIE (XRD), RAMANSPEKTROSKOPIE UND
TRANSMISSIONSELEKTRONENMIKROSKOPIE (TEM) 59
4.3.3 BESTIMMUNG DER MIKROHAERTE 62
4.3.4 BESTIMMUNG DES ELASTIZITAETSMODULS 63
4.3.5 BESTIMMUNG DER BIEGEFESTIGKEIT 63
4.3.6 BESTIMMUNG DER POROSITAET 64
4.3.7 BESTIMMUNG DER HAFTZUGFESTIGKEIT DER SCHICHTVERBUNDE 65
4.3.8 BESTIMMUNG DER SCHICHTVERBUNDEIGENSPANNUNGEN 66
IMAGE 3
INHALTSVERZEICHNIS III
4.4 UNTERSUCHUNG DER BIOKOMPATIBILITAET DER BESCHICHTETEN PROBEN 68
4.4.1 IN VITRO UNTERSUCHUNG MITTELS SIMULATED BODY FLUID 68
4.4.2 IN VITRO UNTERSUCHUNG MIT ZELLLINIEN 70
4.5 PROZESSKETTE ZUR ABSCHEIDUNG VON THERMISCHEN SPRITZSCHICHTEN IN DER
MEDIZINTECHNIK 72
5 EXPERIMENTELLE UNTERSUCHUNGEN ZUR ABSCHEIDUNG UND
CHARAKTERISIERUNG DER BIOKOMPATIBLEN SCHICHTEN 77
5.1 WERKSTOFFAUSWAHL BIOKERAMISCHER SPRITZZUSATZWERKSTOFFE 77
5.1.1 CHARAKTERISIERUNG DER SPRITZZUSATZWERKSTOFFE 77
5.1.2 PHASENANALYSE MITTELS ROENTGENBEUGUNG UND RAMANSPEKTROSKOPIE... 83
5.1.3 BESTIMMUNG THERMOPHYSIKALISCHER MATERIALEIGENSCHAFTEN 86
5.2 RHEOLOGIE UND STABILITAET VON SUSPENSIONEN FUER DAS THERMOKINETISCHE
BESCHICHTEN 88
5.2.1 EINFLUSS DER FESTSTOFFKONZENTRATION 88
5.2.2 EINFLUSS DER GRENZFLAECHEN UND DES DISPERGIERHILFSMITTELS 93
5.3 UNTERSUCHUNGEN ZUR OBERFLAECHENAKTIVIERUNG DES SUBSTRATES 95
5.3.1 ABHAENGIGKEIT DER OBERFLAECHENRAUHEIT VON DEN STRAHLPARAMETERN 96
5.3.2 MECHANISCHE KENNWERTE AUFRAUGESTRAHLTER SUBSTRATMATERIALIEN 100
5.4 OPTIMIERUNG DES HOCHGESCHWINDIGKEITSSUSPENSIONSFLAMM-
SPRITZENS 104
5.4.1 EINDUESUNG DER SUSPENSION IN DIE BRENNKAMMER 104
5.4.2 STROEMUNGSPROFIL DER GASE IN DER BRENNKAMMER 106
5.5 ABHAENGIGKEIT DER SCHICHT- UND SCHICHTVERBUNDEIGENSCHAFTEN VON DEN
GEWAEHLTEN VERFAHREN UND DEREN PROZESSPARAMETERN 109
5.5.1 BESCHICHTUNGEN AUS BIOAKTIVEN WERKSTOFFEN MITTELS HVSFS 109
IMAGE 4
IV INHALTSVERZEICHNIS
5.5.2 BESCHICHTUNG AUS BIOINERTEM WERKSTOFF MITTELS APS 146
5.6 VERHALTEN DER SCHICHTEN IN SIMULATED BODY FLUID TESTS 152
5.7 VERHALTEN DER SCHICHTEN IN ZELLLINIENTESTS 162
6 DISKUSSION UND AUSBLICK 167
6.1 BIOAKTIVE BESCHICHTUNG 168
6.2 BIOINERTE BESCHICHTUNG 171
7 ZUSAMMENFASSUNG 173
8 LITERATURVERZEICHNIS 175
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