Ученые Национального исследовательского ядерного университета «МИФИ» представили инновационную разработку в области биосовместимых материалов. Специалисты кафедры физических проблем материаловедения создали технологию пайки композитной керамики и титана, которая открывает новые возможности для производства более доступных и долговечных медицинских имплантатов.
Проблема: хрупкость суставов и дороговизна золота
Исследование началось с поиска решения для повышения надежности эндопротезов тазобедренного сустава. В таких конструкциях керамическая головка, подверженная растрескиванию при ударных нагрузках (например, при прыжках), соединяется с титановой ножкой. Идея усиления керамики путем впаивания титановой втулки упиралась в технологический барьер.
.JPG)
«Единственный проверенный и биосовместимый метод — пайка чистым золотом. Это дорого, но надежно, так как золото не подвержено коррозии в организме, — объясняет доцент НИЯУ МИФИ Иван Федотов. — Однако температура плавления золота (1065°C) и необходимость пайки при ~1090°C создают термический стресс для керамики, что часто приводит к ее повреждению при охлаждении».
Решение: трехступенчатая технология и новый припой
Ответом стал комплексный подход, состоящий из трех ключевых этапов:
- Лазерная обработка: На поверхность керамики наносятся микронасечки для улучшения сцепления.
- Нанесение гидрида титана: Порошок служит промежуточным слоем, улучшающим смачиваемость керамики и подавляющим образование хрупких соединений в шве.
- Пайка новым припоем: Вместо золота используется разработанный в МИФИ сплав на основе титана, циркония и кобальта с температурой плавления всего 880°C.
Преимущества: дешевле, безопаснее, долговечнее
Новая технология предлагает двойное преимущество:
- Экономическое: Замена драгоценного золота на сплав титана значительно снижает себестоимость.
- Технологическое: Более низкая температура пайки минимизирует риск термического разрушения керамики.
Кроме того, состав шва, обогащенный титаном — биосовместимым и коррозионно-стойким металлом, — повышает долговечность соединения внутри организма.
Перспективы применения
Разработка не ограничивается эндопротезами суставов. Технология применима для создания широкого спектра медицинских изделий, включая зубные, слуховые и зрительные имплантаты, а также специализированный хирургический инструментарий. Работа выполнена при поддержке гранта Российского научного фонда (РНФ).
Источник : пресс-служба НИЯУ МИФИ