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Biofunktionales Schichtsystem von
speziellen Biogläsern; ©Università
di Modena e Reggio Emilia/IFKB

Beschichtete Werkstoffe haben einen hohen Stellenwert in der Medizintechnik. Thermokinetische Beschichtungsverfahren machen metallische und keramische Werkstoffe zu hochwertigen Funktionsmaterialien wie beispielsweise Biofunktionsschichten auf Endoprothesen.

Bei den klassischen Verfahrensvarianten werden die Spritzzusatzwerkstoffe in fester Form meist als Pulver oder Drähte einem Brenner zugeführt. Dort wird das Material aufgeschmolzen, im Heißgas beschleunigt und in Form feiner, schmelzflüssiger Tropfen auf die Werkstückoberfläche aufgebracht. Die Partikel erreichen dabei teilweise Schallgeschwindigkeit, was zu entsprechend hoch verdichteten Schichtstrukturen führt.

Prinzipiell lassen sich in einen Beschichtungsbrenner auch flüssige Spritzzusätze in Form einer Lösung oder Suspension zuführen. Die Anwesenheit eines Lösungsmittels birgt dabei interessante Möglichkeiten. Extrem feine Pulver im submikron oder nanoskaligen Bereich, die auf mechanische Weise nicht mehr transportierbar und verarbeitbar sind, lassen sich in Form einer Suspension mithilfe spezieller Pumpen oder druckbasierter Fördersysteme präzise in das Beschichtungsaggregat transportieren. Dies ist vor allem für die Verarbeitung von Nanopulvern von großem Vorteil. Über Art und Zusammensetzung des Lösungsmittels kann dem Prozess zusätzlich Energie zugeführt oder entzogen werden, womit man die thermische Belastung der in der Suspension befindlichen Pulverwerkstoffe steuern kann.

Die Wissenschaftler haben dafür das überschallschnelle Suspensionsflammspritzverfahren entwickelt und verarbeiten damit oxidkeramische Werkstoffe, Kalziumphosphatkeramiken und spezielle Biogläser zu neuartigen Funktionsschichten. Aus nanoskaligen Chromoxidpulvern werden beispielsweise Hartstoffüberzüge hergestellt, die extreme Schichthärten aufweisen. Aus nanoskaligem Titanoxidpulver lassen sich Schichten abscheiden, die in trockenlaufenden oder mangelgeschmierten Reibpaarungen eingesetzt werden können und eine sehr gute Verschleißbeständigkeit aufweisen. Das Verfahren ermöglicht auch die Herstellung bioresorbierbarer Schichten auf Basis suspensionsgespritzter Biogläser. Durch die neuartigen Schichten wird das Knochenwachstum stimuliert und auf diese Weise für ein verbessertes Einwachsverhalten von Hüft- und Kniegelenksimplantaten gesorgt.


COMPAMED.de; Quelle: Universität Stuttgart