WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 19 |
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Оренбургский государственный университет» В.Н. КАНЮКОВ, А.Д. СТРЕКАЛОВСКАЯ, В.И. КИЛЬКИНОВ, Н.В. БАЗАРОВА МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ СОВРЕМЕННОЙ МЕДИЦИНЫ Рекомендовано Ученым советом Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Оренбургский государственный университет» в качестве учебного пособия для студентов, обучающихся по программам высшего профессионального образования по специальности «Инженерное дело в медико-биологической практике» Оренбург 2004 3 ББК 34.7 я7 М 34 УДК 615.47 (07) Рецензент Генеральный директор ГУП ОПТФ «Медтехника» В.П. Макаренко В.Н. Канюков, А.Д. Стрекаловская, В.И. Килькинов, Н.В. Базарова М 34 Материалы для современной медицины: Учебное пособие.– Оренбург: ГОУ ОГУ, 2004. – 113с.

ISBN В пособии рассмотрены физико-химические свойства, сравнительные характеристики и области применения материалов для современной медицины.

Учебное пособие предназначено для студентов, обучающихся по программам высшего профессионального образования по специальности 190600, при изучении дисциплины «Органические композиционные материалы в медицине», а так же для занимающихся проблемой разработки медицинских инструментов, изделий медицинской техники, кратковременно или длительно заменяющих функции человеческих органов.

2706040000 М ББК 34.7 я7 ISBN © Канюков В.Н., Стрекаловская А.Д., Килькинов В.И., Базарова Н.В., 2004 © ГОУ ОГУ, 2004 4 Введение Наше общество вступило в период, который все чаще называют эрой новых технологий и новых материалов. Грандиозные достижения фундаментальной науки, небывалая интеграция науки и техники стали катализаторами изменений, происходящих в нашей жизни, и это, в большей степени, относится к конструкционным и функциональным материалам, которые и создают окружающий нас материальный мир. Медицина в отличие от других областей знаний и практики, в наибольшей степени использует все то, что создали современная наука и производство. С другой стороны, именно медицина, как никто другой, в решении проблем сохранения жизни и здоровья людей, постоянно ставит задачи перед различными отраслями науки и техники. Особенно это касается средств воздействия на отдельные органы человека, временного или длительного замещения их функций.

Основополагающей, в этом случае, является задача применения существующих и создания современных материалов для разработки новых технологий и производства более качественных изделий медицинской техники. Чем больше медицина проникает вглубь человеческого организма, познает его законы на клеточном и генетическом уровнях, тем больше возникает потребность в использовании существующих и создании новых материалов, совместимых с отдельными органами человека, не оказывающих вредного влияния на его здоровье. В современной медицине используются изделия из материалов, создаваемых в металлургии, химической, нефтяной и газовой промышленности, с применением биохимических, биофизических и генно-инженерных методов. Это металлы и сплавы, пластмассы и полимеры, жидкие кристаллы, композиционные и другие материалы.

Для повышения качества, надежности и экономичности изделий медицинской техники при снижении их материалоемкости разрабатываются высокоэффективные методы повышения прочностных свойств, коррозийной стойкости, тепло- и хладостойкости сплавов; расширяется производство новых полимерных и композиционных материалов с заданным комплексом свойств; используются эффективные методы обработки материалов и изделий с целью существенного улучшения их свойств.

Поверхностные слои во многом определяют работоспособность деталей машин, поэтому износостойкость и коррозийная стойкость деталей полностью зависят от состояния их поверхности. Применением износостойких покрытий стремятся решить проблему экономии вольфрама в инструментальных сталях, а также повысить работоспособность деталей из конструкционных сталей. ионная имплантация снижает точечную коррозию. Задача создания высокожаростойких и жаропрочных сплавов для новой техники неразрывно связана с разработкой надежных защитных покрытий. Поверхностное легирование приводит к экономии дефицитных металлов, так как в этом случае их требуется меньше, чем при объемном легировании сплавов, с целью получения указанных специфических свойств.

Перед инженером, работающим в сфере производства, эксплуатации и технического обслуживания медицинской техники, часто встает проблема выбора необходимых материалов, решение которой, в первую очередь, определяется информированностью специалиста о материалах, применяемых в медицине, их свойствах (физических, химических, биофизических и биохимических), их совместимости с тканями органов человека и характере воздействия на них.

Задача настоящего пособия - дать научно обоснованную информацию о материалах, применяемых в современной медицине, особенно материалах с заданными свойствами. Известно, что восстановление здоровья людей, функций отдельных органов исторически начиналось с применения природных материалов. По мере развития общества, в медицине стали применяться материалы, создаваемые в процессе деятельности различных отраслей промышленности. В дальнейшем медицина становится заказчиком производства в соответствующих отраслях производства, занимающихся созданием материалов для медицины и медицинской промышленности. От металлов к различным видам неорганических, органических и композиционных материалов - такова история их применения в медицине. Именно в таком историческом аспекте в настоящем учебном пособии представлена информация о материалах для современной медицины.

1 Металлы и сплавы 1.1 Понятие сплавов Железный инструмент начали применять еще в первом тысячелетии до нашей эры и с тех пор использовали его как для созидания, так и для разрушения. На протяжении 2,5 тысячелетий развитие металлургии характеризуется не только количественным, но и качественным совершенствованием металлических материалов. Известно, что век чистого железа давно миновал, в настоящее время человечество сталкивается с гораздо более широким толкованием железного века, именуемым веком металлов. Появляются стали и сплавы, обладающие новыми механическими свойствами и качественными показателями. Открываются новые свойства известных металлов, создаются сплавы с необычными свойствами.

Методы получения сплавов:

1) метод сплавления - металлические сплавы получают от двух и более металлов, путем сплавления металлов с неметаллами;

2) метод спекания порошков нескольких металлов. Сплавы, полученные методом спекания, обладают более высоким качеством. Элемент, входящий в состав сплава, называется компонентом. Преобладающий в сплаве компонент называется основным. Компонент, вводимый в сплав для придания нужных свойств, называется легирующим. Совокупность элементов сплава называется системой.

Сплавы классифицируют:

- по числу компонентов - на двойные (бинарные), тройные, четверные и многокомпонентные;

- по основному элементу – железистые, алюминиевые, магниевые, титановые, медные;

- по применению – конструкционные, инструментальные, жаропрочные, антифрикционные, пружинные, шарикоподшипниковые;

- по плотности – тяжелые (на основе вольфрама, рения, свинца и т.д.) и легкие (на основе алюминия);

- по технологии изготовления полуфабрикатов и изделий – литейные, деформируемые, спечные, гранулированные, композиционные.

1.2 Понятие о конструктивной прочности металлов (сплавов) Механическими называют свойства материала, определяющие его сопротивление действию внешних механических нагрузок. Это определение относится как к металлическим сплавам, так и к другим материалам.

Прочность металла при статическом нагружении – это свойство, определяющее его способность сопротивляться деформации и разрушению. Стандартными характеристиками прочности являются предел упругости, предел текучести и временное сопротивление.

Конструктивную прочность материала (металла) характеризует комплекс механических свойств, обеспечивающих надежную и длительную работу в условиях эксплуатации.

Один из путей повышения прочности – это получение многослойных прочных композиционных материалов методом порошковой металлургии, ультразвуковой, магнитной, лазерной обработкой, а также обработкой высоким давлением. Конструктивная прочность определяется критериями прочности, надежности и долговечности.

Надежность - это способность материала противостоять хрупкому разрушению. Критериями надежности является пластичность, вязкость разрушения, ударная вязкость, хладноломкость.

Долговечность - это способность материала (металла) сопротивляться развитию постепенного разрушения, обеспечивая работоспособность изготовленной из него детали в течение заданного времени.

Одним из критериев долговечности является выносливость, под которой понимается способность материала сопротивляться усталости или постепенному накоплению повреждений под действием циклически повторяющихся нагрузок.

Долговечность работы металла (материала) в критериальной форме, прежде всего, выявляет усталостную прочность. Чем лучше обработана поверхность, тем выше предел выносливости материала (изделия), а проведение химико-термической или другой упрочняющей обработки обеспечивает наведение на поверхности остаточных напряжений сжатия, что повышает предел выносливости. Долговечность деталей из того или другого материала лимитируется износом. Долговечность материалов можно повысить путем увеличения прочности:

1) повышением плотности легированной стали (под влиянием углерода);

2) термической обработкой (нагрев, охлаждение);

3) химико-термической обработкой.

1.3 Классификация и маркировка углеродистой стали Стали, классифицируются по признакам:

1) по химическому составу:

- углеродистые (низкоуглеродистые – содержание углерода до 0,25 %;

среднеуглеродистые – содержание углерода 0,25–0,6 %; высокоуглеродистые – содержание углерода выше 0,6 %);

- легированные (в состав кроме углерода входят такие элементы как вольфрам, медь, кобальт, молибден, титан, хром, цирконий и т.д., для придания стали тех или иных заданных свойств);

2) по назначению:

- конструкционные;

- инструментальные;

- специальные (нержавеющие, жаропрочные, жаростойкие, теплоустойчивые, электротехнические и другие);

3) по качеству:

- обыкновенные (до 0,06 % S; 0,07 % Р);

- качественные (до 0,035 % S; 0,035 % Р);

- высококачественные (не более 0,025 % S; 0,025 % Р);

- особовысококачественные (не более 0,015 % S; 0,25 % Р).

Маркировка Марки углеродистой стали обыкновенного качества обозначают буквами и цифрами Ст0,…,Ст6 (Ст – сталь, 0-6 условный номер марки) в зависимости от химического состава и механических свойств. Чем больше число, тем больше содержание углерода в составе стали, соответственно выше прочность и ниже пластичность. В зависимости от гарантируемых свойств углеродистые стали обыкновенного качества делят на три группы:

1) А (в маркировке стали не указывается) – гарантированные механические свойства;

2) Б – гарантируемые химические свойства;

3) В – гарантируемые химические и механические свойства.

Степень раскисления – обозначается индексом, стоящим справа от номера марки: КП – кипящая сталь, ПС – полуспокойная сталь, СП – спокойная сталь. Например: сталь Ст1КП – сталь группы А, кипящая; БСт3СП – сталь группы Б, спокойная; ВСт5ПС – сталь группы В, полуспокойная и т.д.

К качественным углеродистым конструкционным сталям предъявляют повышенные требования по химическим и механическим свойствам.

Конструкционные качественные стали можно разделить на следующие группы:

1 группа – низкоуглеродистые листовые стали (05КП, 08,08КП, 10, 10КП) без термической обработки, хорошо штампуются вследствие их высокой пластичности, хорошо свариваются из-за малого содержания углерода. Используются для производства мало нагруженных деталей машин, крепежных изделий, а также сварных конструкций. Пример: метизы, шайбы, скобы и др.

2 группа – (15, 20, 25) низкоуглеродистые стали – хорошо свариваются и обрабатываются резанием. Используются для неответственных деталей машин, без термической обработки или в нормальном состоянии, в деталях с повышенной износостойкостью (после цементации) и соответствующей термической обработкой, но не подвергающихся высокой нагрузке. Пример: кронштейны, пальцы и др.

3 группа – (самая значительная) среднеуглеродистые стали (30, 35, 40, 45, 50) – подвергающиеся термической обработке. Хорошо обрабатываются на металлорежущих станках в отожженном состоянии. Применяются в ответственных деталях машин (шпиндели, распределительные валы и др.).

4 группа – высокоуглеродистые стали (60, 65, 70, 75, 80, 85). После термической обработки приобретают высокую прочность, износостойкость и упругость.

Из них делают пружины, рессоры, прокатные валики, замковые шайбы.

1.4 Инструментальные стали. Маркировка, свойства и область применения К инструментальным относятся стали, предназначенные для изготовления штампового, режущего, измерительного и другого инструмента.

Углеродистые инструментальные стали маркируют следующим образом:

впереди ставят букву У, затем цифру, указывающую среднее содержание углерода в десятых долях процента. Например, сталь марки У12 (содержит 1,2 % С), для обозначения высокого качества в конце ставится буква А, а затем на особовысококачественных ставится буква Ш.

В маркировке специальных марок стали:

1) А – обозначает автоматную сталь (А30);

2) Р – быстрорежущую сталь (Р12);

3) Ш – шарикоподшипниковую (ШХ15);

4) Э – электротехническую и т.д.

Инструментальные стали делят на углеродистые, легированные, быстрорежущие.

К качественным углеродистым инструментальным сталям относится сталь марок У7 – У13. Из сталей этих марок изготавливают несложные по конфигурации режущие и измерительные инструменты. Более сложные инструменты изготавливают из сталей марок У7А - У13А. Для прочности сталь закаливают в воде при температуре 770 – 810 °С.

Легированные углеродистые стали маркируют цифрами и буквами.

Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 19 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.