Сплавы с эффектом памяти формы

Листать книгу

Страницы: ... ... ... ... ... ...

скачать книгу Сплавы с эффектом памяти формы

этим эффективна установка приводных устройств с использованием исполнительных элементов с памятью формы для перемещения образцов в электронном микроскопе (рис. 3.31) [14], в реакционных устройствах химических установок, в ядерных реакторах.
...
Системы управления. Нагрев с помощью прямого пропускания тока является способом обеспечения действия исполнительных элементов с памятью формы, в наибольшей степени соответствующим задачам регулирования. Способ регулирования электрического тока может быть как аналоговым, так и дискретным. Однако на практике применяют регулирование с помощью импульсного тока [15], осуществляя регулирование ширины импульса (PWM) или регулирование кода импульса (РСМ).
...
регулирования ширины импульса (коэффициента заполнения). Пульсация исполнительного механизма под действием импульсного тока не вызывает трудностей, что обусловлено интегральной характеристикой элемента относительно тока. Особенностью импульсного метода является также возможность регулирования с помощью цифрового сигнала независимо от A/D- и 0/4-преобразований.
...
Вообще, при точном регулировании исполнительных механизмов применяется серворегулирование с помощью соответствующего сигнала обратной связи. Характеристики действия исполнительных механизмов с памятью формы изменяются в зависимости от окружающей температуры, в связи с этим важна корректировка их действия. Как и в обычных исполнительных механизмах типа двигателей или гидроцилиндров, в качестве датчиков сигнала обратной связи часто применяют позиционные датчики типа потенциометров или кодирующих устройств. Кроме того, для исполнительных элементов с памятью формы разрабатываются эффективные способы регулирования с использованием изменения характеристик сплавного элемента, при
...
Если сопоставить систему регулирования с использованием элементов памяти формы с применявшимися ранее сервосистемами (рис-
...
этим эффективна установка приводных устройств с использованием исполнительных элементов с памятью формы для перемещения образцов в электронном микроскопе (рис. 3.31) [14], в реакционных устройствах химических установок, в ядерных реакторах.
...
этим эффективна установка приводных устройств с использованием исполнительных элементов с памятью формы для перемещения образцов в электронном микроскопе (рис. 3.31) [14], в реакционных устройствах химических установок, в ядерных реакторах.
...
Рис. 3.33. Система регулирования привода из сплава с эффектом памяти формы: а — структурная схема; б
...
Рис. 3.33. Система регулирования привода из сплава с эффектом памяти формы: а — структурная схема; б
...
Рис. 3.33. Система регулирования привода из сплава с эффектом памяти формы: а — структурная схема; б
...
Рис. 3.33. Система регулирования привода из сплава с эффектом памяти формы: а — структурная схема;
...
3.34), то можно отметить, что функции привода, датчики и механизмы передачи в старой системе выполняются в новой системе одним элементом памяти. Следовательно, использование исполнительных элементов из сплавов с эффектом памяти формы обеспечивает возможность миниатюризации системы.
...
Применение в роботах. На рис. 3.35 показан общий вид экспериментального микроробота с плечевой опорой, локтевым шарниром, запястьем и пальцами, имеющего пять степеней свободы. Сгибание запястья сжимание и разжимание пальцев обеспечиваются спиралью из сплава Ti — Ni, а действие шарнира и плечевой опоры — удлинением и сокращением прямой проволоки из сплава Ti — Ni. В этой системе положение руки и скорость действия регулируются прямым пропусканием тока с модулированной шириной импульса (PWM-регулирование). На рис. 3.36 приведены примеры действия этого робота.
...
Рис. 3.35. Микроробот, действующий с помощью сплава с эффектом памяти формы (в собранном виде, высота 160 мм, груз 0,06 кг) : 1
...
3.34), то можно отметить, что функции привода, датчики и механизмы передачи в старой системе выполняются в новой системе одним элементом памяти. Следовательно, использование исполнительных элементов из сплавов с эффектом памяти формы обеспечивает возможность миниатюризации системы.
...
нове возможно создание тепловых двигателей путем преобразования низкокачественной тепловой энергии, например энергии горячей отходящей воды, геотермической или солнечной энергии, в механическую энергию.
...
Принцип действия устройств преобразования энергии с применением сплавов с эффектом памяти формы очень прост. Пример такого устройства показан на рис. 3.19. Прежде всего при Т < Af подвешивается груз массой W с помощью спирали из сплава с эффектом памяти формы. При нагреве спирали до Т > Af происходит сокращение спирали на AL, при этом выполняется работа gWAL. Если в состоянии с поднятым грузом, уменьшив вес груза, понизить Т, груз опускается. Если сделав груз более тяжелым, повысить 7", груз вновь поднимается. Таким образом создается цикл теплового двигателя. Расчет эффективности преобразования энергии с помощью такого теплового двигателя показывает принципиальную возможность его осуществления. Однако довольно значительной трудностью является необходимость учета пути осуществления
...
нове возможно создание тепловых двигателей путем преобразования низкокачественной тепловой энергии, например энергии горячей отходящей воды, геотермической или солнечной энергии, в механическую энергию.
...
Принцип действия устройств преобразования энергии с применением сплавов с эффектом памяти формы очень прост. Пример такого устройства показан на рис. 3.19. Прежде всего при Т < Af подвешивается груз массой W с помощью спирали из сплава с эффектом памяти формы. При нагреве спирали до Т > Af происходит сокращение спирали на AL, при этом выполняется работа gWAL. Если в состоянии с поднятым грузом, уменьшив вес груза, понизить Т, груз опускается. Если сделав груз более тяжелым, повысить 7", груз вновь поднимается. Таким образом создается цикл теплового двигателя. Расчет эффективности преобразования энергии с помощью такого теплового двигателя показывает принципиальную возможность его осуществления. Однако довольно значительной трудностью является необходимость учета пути осуществления
...
нове возможно создание тепловых двигателей путем преобразования низкокачественной тепловой энергии, например энергии горячей отходящей воды, геотермической или солнечной энергии, в механическую энергию.
...
Принцип действия устройств преобразования энергии с применением сплавов с эффектом памяти формы очень прост. Пример такого устройства показан на рис. 3.19. Прежде всего при Т < Af подвешивается груз массой W с помощью спирали из сплава с эффектом памяти формы. При нагреве спирали до Т > Af происходит сокращение спирали на AL, при этом выполняется работа gWAL. Если в состоянии с поднятым грузом, уменьшив вес груза, понизить Т, груз опускается. Если сделав груз более тяжелым, повысить 7", груз вновь поднимается. Таким образом создается цикл теплового двигателя. Расчет эффективности преобразования энергии с помощью такого теплового двигателя показывает принципиальную возможность его осуществления. Однако довольно значительной трудностью является необходимость учета пути осуществления
...
Рис. 3.36. Пример действия микроробота, включающего сплав с эффектом памяти формы
...
теплового цикла и энтальпии состояния. Опубликованные различными исследователями результаты расчетов показывают, что к.п.д. тепловых двигателей находятся в пределах от нескольких до 20—30 % к.п.д. цикла Карно.
...
Реально созданные тепловые двигатели сталкиваются с проблемой динамической теплопередачи, их эффективность составляет величину на порядок меньше расчетной.
...
Двигатель с кривошипно-шатунным механизмом. По принципу механического действия тепловые двигатели на основе сплавов с эффектом памяти формы можно классифицировать следующим образом: 1) двигатели с кривошипно-шатунным механизмом; 2) турбодвигатели; 3) гравитационные двигатели; 4) двигатели других типов.
...
Принцип действия двигателей с кривошипно-шатунным механизмом такой же, как и обычных бензиновых и дизельных двигателей. Элемент памяти формы устанавливается между колесом, имеющим центральный вал, и кривошипным валом, причем оси колеса и вала смещены одна относительно другой. Удлинение и сокращение элемента памяти формы в зависимости от Г действуют так же, как и возвратно-поступательное движения поршня в обычных двигателях и вызывает вращение колеса.
...
Конструктивная схема теплового двигателя такого типа показана [16] на рис. 3.37. В качестве элемента памяти формы применяется стержень из сплава Ti — Ni- Этот стержень изогнут в форме буквы U и помещен между кривошипным валом, вращающимся вокруг фиксированной оси, и приводным шкивом, вращающимся вокруг смещенной относительно кривошипного вала оси. U-образный стержень восстанавливает форму до прямолинейной в резервуаре с горячей водой, что приводит к повороту шкива. Под действием избыточной силы в резервуаре с холодной водой стержень вновь изгибается в виде буквы U. При повороте шкива стержень перемещается из резервуара с холодной водой в резервуар с горячей водой, при этом стержень вновь восстанавливает свою форму до прямолинейной. Одновременно стержень перемещается из резервуара с горячей водой в резервуар с холодной водой, в результате изгиба в U-образную форму происходит непрерывное вращение.
...
Двадцать стержней из сплава Ti — Ni ф 1,2 мм и длиной 150 мм были установлены в тепловом двигателе, работающем с водой, нагретой с помощью солнца до 4В °С, и с холодной водой с температурой 24 °С, частота вращения составляла 60—80 мин-1, мощность > 0,2 Вт. После 108 циклов работы в стержнях из Ti — Ni каких-либо повреждений не обнаружено.
...
На рис. 3.38 показана [17] конструктивная схема теплового двигателя с другим кривошипно-шатунным механизмом. Этот двигатель действует с помощью шести спиралей из сплава Ti — Ni и вращается при разности температур горячей и холодной сред 3—4 °С. Если движение кривошипного вала происходит не в одной и той же плоскости, т.е. вал смещается в направлении оси вращения, то получается [18] двигатель с наклонным диском. При этом диск, связанный большим числом спиралей памяти формы, наклоняется на небольшой угол в прямом и
...
теплового цикла и энтальпии состояния. Опубликованные различными исследователями результаты расчетов показывают, что к.п.д. тепловых двигателей находятся в пределах от нескольких до 20—30 % к.п.д. цикла Карно.
...
Реально созданные тепловые двигатели сталкиваются с проблемой динамической теплопередачи, их эффективность составляет величину на порядок меньше расчетной.
...
Двигатель с кривошипно-шатунным механизмом. По принципу механического действия тепловые двигатели на основе сплавов с эффектом памяти формы можно классифицировать следующим образом: 1) двигатели с кривошипно-шатунным механизмом; 2) турбодвигатели; 3) гравитационные двигатели; 4) двигатели других типов.
...
Принцип действия двигателей с кривошипно-шатунным механизмом такой же, как и обычных бензиновых и дизельных двигателей. Элемент памяти формы устанавливается между колесом, имеющим центральный вал, и кривошипным валом, причем оси колеса и вала смещены одна относительно другой. Удлинение и сокращение элемента памяти формы в зависимости от Г действуют так же, как и возвратно-поступательное движения поршня в обычных двигателях и вызывает вращение колеса.
...
Конструктивная схема теплового двигателя такого типа показана [16] на рис. 3.37. В качестве элемента памяти формы применяется стержень из сплава Ti — Ni- Этот стержень изогнут в форме буквы U и помещен между кривошипным валом, вращающимся вокруг фиксированной оси, и приводным шкивом, вращающимся вокруг смещенной относительно кривошипного вала оси. U-образный стержень восстанавливает форму до прямолинейной в резервуаре с горячей водой, что приводит к повороту шкива. Под действием избыточной силы в резервуаре с холодной водой стержень вновь изгибается в виде буквы U. При повороте шкива стержень перемещается из резервуара с холодной водой в резервуар с горячей водой, при этом стержень вновь восстанавливает свою форму до прямолинейной. Одновременно стержень перемещается из резервуара с горячей водой в резервуар с холодной водой, в результате изгиба в U-образную форму происходит непрерывное вращение.
...
Двадцать стержней из сплава Ti — Ni ф 1,2 мм и длиной 150 мм были установлены в тепловом двигателе, работающем с водой, нагретой с помощью солнца до 4В °С, и с холодной водой с температурой 24 °С, частота вращения составляла 60—80 мин-1, мощность > 0,2 Вт. После 108 циклов работы в стержнях из Ti — Ni каких-либо повреждений не обнаружено.
...
теплового цикла и энтальпии состояния. Опубликованные различными исследователями результаты расчетов показывают, что к.п.д. тепловых двигателей находятся в пределах от нескольких до 20—30 % к.п.д. цикла Карно.
...
обратном направлениях (рис. 3.39). Если нагревать спирали из сплава с эффектом памяти формы только в интервале определенных углов по отношению к диску, то в целом происходит вращательное движение.
...
обратном направлениях (рис. 3.39). Если нагревать спирали из сплава с эффектом памяти формы только в интервале определенных углов по отношению к диску, то в целом происходит вращательное движение.
...
Рис. 3.40. Двигатель с кривошипно-шатунным механизмом и возвратно-поступательным движением
...
Турбодвигатели (с дифференциальным шкивом). В этом двигателе мощность возникает в результате механического соединения валов, на которых с помощью элементов памяти формы образуются крутящие моменты. Известны турбодвигатели с использованием теплового расширения, однако возможность применения сплавов с эффектом памяти формы для создания двигателей впервые описана Джонсоном [20] (рис. 3.41).
...
В этом двигателе спираль из сплава Ti — Ni образует непрерывную петлю, проходя через резервуары с горячей и холодной водой и дифференциальный шкив. На дифференциальный шкив воздействует сильный крутящий момент в результате сокращения спирали со стороны резервуара с горячей водой. Удлинение спирали в резервуаре с холодной водой приводит к вращению шкива. Разность крутящих моментов на дифференциальном шкиве обусловливает мощность двигателя.
...
На рис. 3.42 показан турбинный двигатель Хомма [4]. Соединение дифференциальных шкивов обеспечивает соответствующее передаточное отношение. В двигателе применяется спираль из проволоки из сплава
...
Помимо описанных, можно рассмотреть и конструкцию теплового двигателя, сходного с обычными двигателями (рис. 3.40) [19].
...
Гравитационный двигатель. В двигателях этого типа (рис. 3.43) изменяют положение груза с помощью возбуждаемой силы элемента памяти формы и создают мощность под действием силы тяжести груза. Естественно, тепловой к.п.д. таких двигателей не бсобенно высокий, однако конструкция двигателей проста, поэтому их часто используют для демонстрации принципа действия тепловых двигателей и для изготовления игрушек.
...
Другие двигатели. Принципы проектирования и изготовления тепловых двигателей трех типов с использованием элементов с памятью формы достаточно подробно рассмотрены в этой главе. Помимо этих двигателей, в литературе описаны [22] импульсный и шагающий двигатели (рис. 3.44). Они рассчитываются не по тепловому к.п.д., поэтому в отличие от тепловых двигателей их следует рассматривать как шагающие двигатели и исполнительные элементы.
...
Кондиционер воздуха для охлаждения и нагрева. Универсальные кондиционеры для охлаждения и нагрева воздуха, функции которых аналогичны функциям тепловых труб, эффективно осуществляют регулирование температуры воздуха в течение всего года: летом — охлаждение, а зимой — нагрев. Поэтому их применяют в качестве домашних кондиционеров взамен кондиционеров старых типов.
...
Чтобы повысить эффективность и нагрева, и охлаждения в универсальных кондиционерах в выходном отверстии устанавливаются жалюзи для направления потока воздуха вверх при охлаждении и, наоборот, вниз — при нагреве. Перемещение жалюзей в положение вверх — вниз осуществляют вручную или автоматически. Автоматическое перемещение более эффективно, однако требует применения термисторного датчика и двигателя. Недостатком этого способа является усложнение оборудования.
...
Используя функции, которые выполняет исполнительный элемент в виде датчика-элемента памяти формы, можно осуществлять перемещение жалюзей вверх — вниз. Такое устройство входит в универсальный кондиционер воздуха. Спираль из сплава с эффектом памяти формы, установленная в отверстии для выхода воздуха, сжимается при изменении Г выходящего воздуха, что вместе с пружиной смещения, установленной с противоположной стороны, обеспечивает двунаправленность действия. Каких-либо изменений в спирали после 100 тыс. циклов действия не обнаружено.
...
Электронная плита. Существуют бытовые электронные плиты разных типов. Плиты конвекционного типа в зависимости от назначения и технологии кулинарных работ можно использовать как плиты с применением микроволнового нагрева и нагрева с циркуляцией теплового потока (конвекционного нагрева), как и в обычных бытовых печах.
...
Гравитационный двигатель. В двигателях этого типа (рис. 3.43) изменяют положение груза с помощью возбуждаемой силы элемента памяти формы и создают мощность под действием силы тяжести груза. Естественно, тепловой к.п.д. таких двигателей не бсобенно высокий, однако конструкция двигателей проста, поэтому их часто используют для демонстрации принципа действия тепловых двигателей и для изготовления игрушек.
...
Другие двигатели. Принципы проектирования и изготовления тепловых двигателей трех типов с использованием элементов с памятью формы достаточно подробно рассмотрены в этой главе. Помимо этих двигателей, в литературе описаны [22] импульсный и шагающий двигатели (рис. 3.44). Они рассчитываются не по тепловому к.п.д., поэтому в отличие от тепловых двигателей их следует рассматривать как шагающие двигатели и исполнительные элементы.
...
Кондиционер воздуха для охлаждения и нагрева. Универсальные кондиционеры для охлаждения и нагрева воздуха, функции которых аналогичны функциям тепловых труб, эффективно осуществляют регулирование температуры воздуха в течение всего года: летом — охлаждение, а зимой — нагрев. Поэтому их применяют в качестве домашних кондиционеров взамен кондиционеров старых типов.
...
Ti — Ni ф 0,5 мм, частота вращения составляет 750 мин^-1, при этом получается мощность 0,4—0,5 Вт.
...
Чтобы камера электронной плиты при микроволновом нагреве не заполнялась водяным паром, осуществляется вентиляция. При конвекционном нагреве необходимо обеспечить герметичное состояние. Переключение обоих режимов осуществляется путем открытия или закрытия заслонки, одновременно пропускающей наружный воздух через камеру.
...
Элемент из сплава с эффектом памяти формы используется вместо двигателя в качестве привода заслонки. При конвекционном нагреве заслонка закрывается путем нагрева прямым пропусканием тока через элемент памяти. Элементы имеют значительно меньшие размеры, чем применявшиеся ранее двигатели, тем не менее они весьма эффективны.
...
Сушильный шкаф. Автоматический сушильный шкаф со встроенным элементом из сплава с эффектом памяти формы работает от внешнего источника нагрева. Принцип действия устройства иллюстрируется на рис. 3.45. Обычно открывается дверца, соединяющая сушильный блок со встроенным осушителем и камеру сушки, и осуществляется обезвоживание внутри камеры. По прошествии длительного времени свойства осушителя ухудшаются, поэтому через определенные интервалы указанную дверцу закрывают, а с противоположной стороны открывают другую дверцу, через которую впускают воздух. Далее нагревают осушитель и поглощенную ранее влагу выпускают вместе с воздухом. После того как в достаточной степени осуществлено поглощение влаги, нагрев прекращается, закрывается наружная дверца, открывается внутренняя дверца и продолжается осушение. Элемент из сплава с эффектом памяти формы используется для открытия и закрытия указанных дверец. Нагреватель, используемый для нагрева осушителя, применяет-
...
Чтобы камера электронной плиты при микроволновом нагреве не заполнялась водяным паром, осуществляется вентиляция. При конвекционном нагреве необходимо обеспечить герметичное состояние. Переключение обоих режимов осуществляется путем открытия или закрытия заслонки, одновременно пропускающей наружный воздух через камеру.
...
ся в качестве приводного механизма исполнительного элемента. С применением элемента из сплава с эффектом памяти формы значительно уменьшается шум по сравнению с тем, который ,возникает при применении для этой цели соленоида. Кроме того, значительно более точно определяются интервалы времени нагрева осушителя и открытия и закрытия дверец, поэтому эффективность осушения значительно повышается.
...
Перьевой самописец. Достаточно быстродействующий двунаправленный элемент памяти формы успешно применяется в качестве приводного механизма перьевого самописца [24]. Элемент памяти формы состоит из проволоки из сплава Ti — Ni, нагреваемой пропусканием импульса тока от кольцеобразного трансформатора тока. Чтобы предохранить элемент от чрезмерных внешних нагрузок, последовательно устанавливается предохранительная пружина. Схема цепи показана на рис. 3.46. Чтобы предотвратить погрешности, обусловленные колебаниями температуры и гистерезисом, положение пера определяется магнитным методом и обеспечивается его серворегулирование.
...
Система охлаждения двигателя. Успешно разрабатываются устройства для использования в системах охлаждения автомобильных двигателей. С целью уменьшения времени пребывания в нагретом состоянии и сокращения расхода энергии применяют термостаты (рис. 3.47) [25] и вентиляторные муфты [26]. В первом случае охлаждающая вода при работе двигателя проходит через радиатор, а при холодном двигателе вода циркулирует внутри замкнутой системы, что обеспечивается переключающим клапаном. Во втором случае если Т воздуха, проходящего
...
ся в качестве приводного механизма исполнительного элемента. С применением элемента из сплава с эффектом памяти формы значительно уменьшается шум по сравнению с тем, который ,возникает при применении для этой цели соленоида. Кроме того, значительно более точно определяются интервалы времени нагрева осушителя и открытия и закрытия дверец, поэтому эффективность осушения значительно повышается.
...
через радиатор, становится выше заданной, то охлаждающий вентилятор соединяется с валом двигателя. При низкой температуре муфта вращается вхолостую.
...
Температурные переключатель и предохранитель. Элементы памяти формы наряду с биметаллическими элементами применяются в качестве температурных переключателей и предохранителей. При нагреве под действием чрезмерно большого тока цепь разрывается с помощью прерывателя цепи, возврат в исходное положение осуществляется вручную (рис. 3.48) [27].
...
Рабочий ход температурных переключателей с памятью формы достаточно велик, поэтому отпадает необходимость использовать храповой механизм, как при использовании биметаллических элементов. Преимуществом элементов памяти формы являются и малые размерь!.
...
Предохранители с использованием сплавов с памятью формы в отличие от плавких предохранителей вытягивают разъемную часть с большой силой, поэтому заметно проявляется эффект гашения дуги. Эти элементы используются в качестве предохранителей на большую мощность или высокое напряжение. Пример температурного предохранителя показан на рис. 3.49.
...
Рис. 3.48. Прерыватель цепи с использованием сплава с эффектом памяти формы: 7 — спираль памяти формы; 2
...
через радиатор, становится выше заданной, то охлаждающий вентилятор соединяется с валом двигателя. При низкой температуре муфта вращается вхолостую.
...
Игрушки. Сплавы с эффектом памяти формы находят применение в игрушках. После изгибания или вытягивания вручную при нагреве они принимают исходную форму. Игрушки хотя и просты, но у людей, не знающих о сплавах с эффектом памяти формы, вызывают удивление. Известны и другие примеры использования таких сплавов — для пепельниц, автоматически собирающих окурки сигарет, бигуди с регулированием степени завивки волос путем изменения диаметра катушки в зависимости от Т [29].
...
Рис. 3.49. Температурный предохранитель с использованием сплава с эффектом памяти формы: 7 — тонкая пластина из сппава Ti - Ni
...
Сплавы с эффектом памяти формы обеспечивают возможность генерировать большие силы с помощью простых механизмов и с высокой надежностью, поэтому их применяют также в устройствах пожарной безопасности. Описаны случаи использования их для газовых заслонок вентиляционных трубопроводов.
...
Свойства сплавов с эффектом памяти формы (способность запоминания формы, сверхупругость) открывают возможности использования их в таких отраслях, в которых трудно было предположить возможность прменения новых материалов, в частности в медицине.
...
При применении таких сплавов в медицине необходимо, чтобы они обеспечивали не только надежность выполнения механических функций, но и химическую надежность (сопротивление ухудшению свойств в биологической среде, сопротивление разложению, растворению, коррозии), биологическую надежность (биологическую совместимость, отсутствие токсичности, канцерогенное™, сопротивление образованию тромбов и антигенов). Металлы в биологических средах при растворении образуют ионы. Ионы разных металлов оказывают различное токсичное воздействие на клетки. Простые металлические элементы имеют сильное токсичное действие, но в соединении с другими элементами обнаруживается эффект взаимного ослабления токсичности. Однако большее значение, чем образование ионов, имеет растворимость пассивирующих пленок, возникающих на поверхности металлов. Например, используемые в качестве биологических материалов хромоникелевые сплавы (нержавею-
...
Игрушки. Сплавы с эффектом памяти формы находят применение в игрушках. После изгибания или вытягивания вручную при нагреве они принимают исходную форму. Игрушки хотя и просты, но у людей, не знающих о сплавах с эффектом памяти формы, вызывают удивление. Известны и другие примеры использования таких сплавов — для пепельниц, автоматически собирающих окурки сигарет, бигуди с регулированием степени завивки волос путем изменения диаметра катушки в зависимости от Т [29].
...
Рис. 3.49. Температурный предохранитель с использованием сплава с эффектом памяти формы: 7 — тонкая пластина из сппава Ti - Ni
...
Сплавы с эффектом памяти формы обеспечивают возможность генерировать большие силы с помощью простых механизмов и с высокой надежностью, поэтому их применяют также в устройствах пожарной безопасности. Описаны случаи использования их для газовых заслонок вентиляционных трубопроводов.
...
Игрушки. Сплавы с эффектом памяти формы находят применение в игрушках. После изгибания или вытягивания вручную при нагреве они принимают исходную форму. Игрушки хотя и просты, но у людей, не знающих о сплавах с эффектом памяти формы, вызывают удивление. Известны и другие примеры использования таких сплавов — для пепельниц, автоматически собирающих окурки сигарет, бигуди с регулированием степени завивки волос путем изменения диаметра катушки в зависимости от Т [29].
...
щие стали SUS 304, SUS 316, SUS 316L и др.), кобальтхромовые сплавы (Хайнес, Виталлиум), чистый Ti, сплав Ti — 6AI — 4V [% (ат.)] содержат элементы, имеющие сильное токсичное действие в виде простых элементов, но пассивирующие пленки, образующиеся в контакте с биологическими организмами, являются достаточно стабильными.
...
Наибольшей биохимической стабильностью обладают сплавы Ti—Ni. Применение этих сплавов в медицине связано, во-первых, с протезированием — имплантацией органов, при этом сплавы в течение длительного времени находятся в контакте с биологическими структурами; во-вторых, со стоматологией — контакт с биологическими поверхностями (кожа, слизистая оболочка); в-третьих, с медицинским оборудованием и инструментами — непосредственный контакт с биологическими структурами отсутствует. Имеются сообщения об оценке механических свойств сплавов в указанных отраслях, оценке биологической совместимости, о распространении в медицине. Так как сплавы Ti — Ni являются новым специальным материалом, поэтому число примеров применения их в медицине в настоящее время незначительно. Ниже рассмотрена проблема биологической совместимости и приведены примеры применения сплавов с эффектом памяти формы в медицине.
...
Функции, присущие человеческому организму, могут быть нарушены частично или полностью. Для восстановления их применяют металлы в качестве искусственных биологических материалов. Этот метод известен с XVI века. До настоящего времени делались попытки, целью которых был выбор металлов, удовлетворяющих требованиям выполнения механических функций и биологической совместимости. Такие металлы используются в качестве материалов для биологии.
...
В общем, если имплантируемый орган, изготовленный из металла, является активным относительно биологической структуры, то происходит вырождение (мутация) биологических клеток периферийной структуры, воспалительный прилив крови, нарушение кровообращения, затем омертвление биологической структуры. Если имплантируемый орган инертен, то вокруг него возникает волокнистая структура, обусловленная коллагенными волокнами, образующимися из волокнистых зародышевых клеток. Имплантируемый орган покрывается тонким слоем этой волокнистой структуры и может стабильно существовать в биологической структуре.
...
Сплав Ti — Ni как новый функциональный материал используется недавно, изучение применения его в различных отраслях только началось. Поэтому систематических исследований его биологической совместимости чрезвычайно мало по сравнению с металлическими материалами, применявшимися в биологии до настоящего времени. Известны работы [34—37], в которых оценивалась биологическая совместимость при имплантации сплавов Ti — Ni животным (крысам, собакам, кроликам)
...
щие стали SUS 304, SUS 316, SUS 316L и др.), кобальтхромовые сплавы (Хайнес, Виталлиум), чистый Ti, сплав Ti — 6AI — 4V [% (ат.)] содержат элементы, имеющие сильное токсичное действие в виде простых элементов, но пассивирующие пленки, образующиеся в контакте с биологическими организмами, являются достаточно стабильными.
...
Наибольшей биохимической стабильностью обладают сплавы Ti—Ni. Применение этих сплавов в медицине связано, во-первых, с протезированием — имплантацией органов, при этом сплавы в течение длительного времени находятся в контакте с биологическими структурами; во-вторых, со стоматологией — контакт с биологическими поверхностями (кожа, слизистая оболочка); в-третьих, с медицинским оборудованием и инструментами — непосредственный контакт с биологическими структурами отсутствует. Имеются сообщения об оценке механических свойств сплавов в указанных отраслях, оценке биологической совместимости, о распространении в медицине. Так как сплавы Ti — Ni являются новым специальным материалом, поэтому число примеров применения их в медицине в настоящее время незначительно. Ниже рассмотрена проблема биологической совместимости и приведены примеры применения сплавов с эффектом памяти формы в медицине.
...
Функции, присущие человеческому организму, могут быть нарушены частично или полностью. Для восстановления их применяют металлы в качестве искусственных биологических материалов. Этот метод известен с XVI века. До настоящего времени делались попытки, целью которых был выбор металлов, удовлетворяющих требованиям выполнения механических функций и биологической совместимости. Такие металлы используются в качестве материалов для биологии.
...
В общем, если имплантируемый орган, изготовленный из металла, является активным относительно биологической структуры, то происходит вырождение (мутация) биологических клеток периферийной структуры, воспалительный прилив крови, нарушение кровообращения, затем омертвление биологической структуры. Если имплантируемый орган инертен, то вокруг него возникает волокнистая структура, обусловленная коллагенными волокнами, образующимися из волокнистых зародышевых клеток. Имплантируемый орган покрывается тонким слоем этой волокнистой структуры и может стабильно существовать в биологической структуре.
...
Сплав Ti — Ni как новый функциональный материал используется недавно, изучение применения его в различных отраслях только началось. Поэтому систематических исследований его биологической совместимости чрезвычайно мало по сравнению с металлическими материалами, применявшимися в биологии до настоящего времени. Известны работы [34—37], в которых оценивалась биологическая совместимость при имплантации сплавов Ti — Ni животным (крысам, собакам, кроликам)
...
щие стали SUS 304, SUS 316, SUS 316L и др.), кобальтхромовые сплавы (Хайнес, Виталлиум), чистый Ti, сплав Ti — 6AI — 4V [% (ат.)] содержат элементы, имеющие сильное токсичное действие в виде простых элементов, но пассивирующие пленки, образующиеся в контакте с биологическими организмами, являются достаточно стабильными.
...
а также работы, в которых оценивалась клеточная токсичность вне организма. В частности, исследовалась [341 реакция биологической структуры в течение 9 недель при имплантации проволоки
...
,76 мм и длиной 15 мм из сплава Ti — Ni почти эквиатомного состава под кожу 45 крысам. Было установлено, что через три дня после имплантации вокруг проволоки из сплава Ti — Ni образуется волокнистая связывающая структура, через неделю в этой волокнистой связывающей структуре увеличивается содержание коллагенного компонента по сравнению с трехдневным состоянием. Кроме того, волокнистая связывающая структура становится плотнее, но волоконные зародышевые клетки продолжают расти, структурная реакция происходит достаточно активно. Наблюдающиеся в начальный период имплантации отеки почти исчезают. Про прошествии трех недель вокруг проволоки из Ti — Ni образуется очень плотная волокнистая связывающая структура, состоящая из большого количества коллагенных волокон, содержащих кровеносные капиллярные сосуды. В это время волоконные зародышевые клетки не растут по сравнению с начальным периодом. Спустя 4—9 недель вокруг проволоки сохраняется небольшое количество хронически воспаленных клеток, волокнистая структура становится еще более плотной и тонкой, окружающие ее кровеносные сосуды стабилизируются.
...
При применении проволоки из нержавеющей стали, исследованной для сравнения, процесс восстановления тканей начинается через одну — две недели, через пять — шесть недель образуется плотная волокнистая связывающая структура, последующий процесс происходит почти также, как и при исследовании проволоки из Ti — Ni.
...
На основе полученных результатов можно считать, что при подкожной имплантации проволоки из Ti—Ni реакция биологической структуры происходит в чрезвычайно малой степени, сплав Ti—Ni
...
Из сплава Ti — 49 % (ат.) Ni изготавливались [35] пластинки для соединения костей, крепежные винты, буровые головки, приспособления для удаления надкостницы, пластинки имплантировались в большую берцовую кость 20 собакам на 17 месяцев, после чего исследовались биологические структуры мышц, костей и внутренних органов вблизи имплантированных органов, методом нейтронного анализа изучались реакции биологических структур. Для сравнения в качестве металлического материала пластинок для соединения костей исследовался ко-бальтхромовый сплав Виталлиум. По результатам этих экспериментов оценивалась форма и структура пленок, образующихся на поверхности пластинок для соединения костей, коррозия и растворение сплавов в костной и мышечной тканях, вблизи имплантированных органов.
...
Форма пленок, образующихся на поверхности пластинок для соединения костей. Поверхность пластинок как из сплавов Ti — Ni так и из
...
а также работы, в которых оценивалась клеточная токсичность вне организма. В частности, исследовалась [341 реакция биологической структуры в течение 9 недель при имплантации проволоки
...
ности пластинок для соединения костей. В частности, в зоне выступов — узлов крепления — увеличение массы клеток, обусловленное силой сжатия, приводит к тому, что создается впечатление образования толстых пленок. Эта тенденция одинакова для сплавов Ti — Ni и Со — Сг.
...
Кости и мышцы в области имплантации. В структуре костей, связанных пластинками из сплава Ti — Ni или Со — Сг, как и в структуре костей контрольных собак (им делали только операцию имплантации без введения имплантируемого органа), каких-либо изменений не обнаружено.
...
Можно отметить также, что после имплантации не возникает каких-либо изменений связывающей структуры и жирового вырождения, обусловленных влиянием имплантации, в течение 12 мес. Однако через 17 мес. у оперированных собак обнаружены изменения структуры мышц (образуются тонкие пучки мышечных волокон в области контакта с головками винтов). Эта мышечная структура характеризуется большим количеством клеток, содержащих жир, и кровеносных капилляров.
...
Коррозия. На поверхности пластинок для соединения костей и крепежных винтов из обоих сплавов (Ti — Ni и Со — Сг) не возникает ни общей, ни локальной коррозии, оба сплава имеют очень высокую коррозионную стойкость по отношению к биологической структуре. Можно считать, что сплавы Ti — Ni и Со — Сг характеризуются одинаковой коррозионной стойкостью в биологической структуре.
...
Растворение атомов по данным нейтронно-активационного анализа. Исследовалось [35] состояние растворенных атомов Ni, Со, Сг после имплантации с помощью нейтронно-активационного анализа (табл. 3.3).
...
Установлено, что при имплантации пластинки из сплава Ti — Ni обнаруживается небольшая разница концентраций Ni, растворенного в костной ткани. При имплантации пластинки из сплава Со — Сг в костной ткани обнаружена довольно высокая концентрация растворенного хрома. Аналогичным методом установлено наличие растворенных атомов в различных органах, причем существенной разницы в накоплении растворенных атомов в период после имплантации не обнаружено [35].
...
Из результатов описанных выше экспериментов, проведенных на собаках, следует, что сплавы Ti — Ni имеют такую же хорошую биологическую совместимость, как и сплавы Со — Сг и могут быть использованы в качестве функциональных материалов в биологических организмах. Тем не менее при имплантации сплава Ti — Ni обнаружено некоторое растворение Ni, имеющего высокую клеточную токсичность. Необходимо провести дополнительные исследования на животных для уточнения влияния этого элемента.
...
Исследовалась [37] реакция биологической структуры в течение шести недель после имплантации пластины из сплава Ti — Ni на поверхность большой берцовой кости взрослого кролика. В результате исследования установлено, что через две недели после имплантации между костью и пластиной образуется пленка из связывающей структуры, которая имеет неравномерную толщину, изменяющуюся в пределах 10 — 100 мкм, однако не обнаружено повреждений, подобных аномальному
...
ности пластинок для соединения костей. В частности, в зоне выступов — узлов крепления — увеличение массы клеток, обусловленное силой сжатия, приводит к тому, что создается впечатление образования толстых пленок. Эта тенденция одинакова для сплавов Ti — Ni и Со — Сг.
...
Кости и мышцы в области имплантации. В структуре костей, связанных пластинками из сплава Ti — Ni или Со — Сг, как и в структуре костей контрольных собак (им делали только операцию имплантации без введения имплантируемого органа), каких-либо изменений не обнаружено.
...
Можно отметить также, что после имплантации не возникает каких-либо изменений связывающей структуры и жирового вырождения, обусловленных влиянием имплантации, в течение 12 мес. Однако через 17 мес. у оперированных собак обнаружены изменения структуры мышц (образуются тонкие пучки мышечных волокон в области контакта с головками винтов). Эта мышечная структура характеризуется большим количеством клеток, содержащих жир, и кровеносных капилляров.
...
Коррозия. На поверхности пластинок для соединения костей и крепежных винтов из обоих сплавов (Ti — Ni и Со — Сг) не возникает ни общей, ни локальной коррозии, оба сплава имеют очень высокую коррозионную стойкость по отношению к биологической структуре. Можно считать, что сплавы Ti — Ni и Со — Сг характеризуются одинаковой коррозионной стойкостью в биологической структуре.
...
Растворение атомов по данным нейтронно-активационного анализа. Исследовалось [35] состояние растворенных атомов Ni, Со, Сг после имплантации с помощью нейтронно-активационного анализа (табл. 3.3).
...
ности пластинок для соединения костей. В частности, в зоне выступов — узлов крепления — увеличение массы клеток, обусловленное силой сжатия, приводит к тому, что создается впечатление образования толстых пленок. Эта тенденция одинакова для сплавов Ti — Ni и Со — Сг.
...
Таблица 3.3. Концентрация атомов, растворенных в костной и мышечной тканях, по данным нейтронно-активационного анализа
...
структура толщиной несколько десятков микрометров. При имплантации пластины из сплава Ti — Ni связывающая структура слабая, существует много участков, в которых образуется новая костная ткань. На поверхности нержавеющей стали обнаружена точечная коррозия, на поверхности сппава Ti — Ni ее нет, биологическая структура переходит в прочно связанную с ней костную ткань. При имплантации нержавеющей стали в биологических структурах обнаруживаются растворенные атомы Fe, Сг, Ni, при исследовании сплава Ti — Ni растворенные атомы Ti и Ni почти не обнаруживаются, растворение сплава происходит в чрезвычайно малой степени.
...
Из всего сказанного выше следует, что сплав Ti — Ni имеет очень хорошую биологическую совместимость. Можно ожидать, что этот сплав будет применяться в ортопедических операциях как функциональный материал.
...
Для исследования [38] клеточной токсичности культивировались волоконные зародышевые клетки, отобранные от человеческого эмбриона. В эти клетки погружали диски ф 6,4 мм и толщиной 0,5 мм из сплава Ti — Ni, чистого Ni, чистого Ti, сплава Со — Сг (Виталлиум), нержавеющей стали.
...
Эксперименты начинались, когда число культивируемых клеток в растворе составляло 10s, эксперименты на культивацию клеток осуществлялись в течение четырех дней при погружении образцов из разных металлов (табл. 3.4).
...
В результате экспериментов установлено, что Ni обладает чрезвычайно высокой клеточной токсичностью, у сплавов Со — Сг и нержавеющей
...
Таблица 3.4. Исследование клеточной токсичности путем экспериментов на культивацию клеток
...
структура толщиной несколько десятков микрометров. При имплантации пластины из сплава Ti — Ni связывающая структура слабая, существует много участков, в которых образуется новая костная ткань. На поверхности нержавеющей стали обнаружена точечная коррозия, на поверхности сппава Ti — Ni ее нет, биологическая структура переходит в прочно связанную с ней костную ткань. При имплантации нержавеющей стали в биологических структурах обнаруживаются растворенные атомы Fe, Сг, Ni, при исследовании сплава Ti — Ni растворенные атомы Ti и Ni почти не обнаруживаются, растворение сплава происходит в чрезвычайно малой степени.
...
стали токсичности не обнаружено. Увеличение количества клеток при введении образцов из этих сплавов почти такое же, как в контрольных образцах. При введении образцов из Ti — Ni наблюдалось большее увеличение числа клеток, чем при введении чистого Ti, но меньшее, чем при введении сплава Со — Сг и нержавеющей стали. Следовательно, сплавы Ti — Ni не являются биологически совершенно инертными. Степень их воздействия невелика. Можно считать, что это соответствует обнаруженному растворению атомов Ni в биологических структурах.
...
Число работ, в которых исследовалась биологическая совместимость сплавов Ti — Ni, невелико, однако по их результатам можно считать, что эти сплавы имеют такую же биологическую совместимость, как и наиболее широко применяемые в настоящее время нержавеющие стали и сплавы Со — Сг .
...
При имплантации инородного тела в биологический организм реакция отторжения биологической структуры достигает максимальной интенсивности в сравнительно короткий период (зависящий от имплантированного органа, но не более трех месяцев). Если применяются материалы с хорошей биологической совместимостью, то после указанного периода реакция отторжения ослабляется, происходит стабилизация. Таким образом, исследуя биологическую совместимость за короткий период, можно сделать определенную оценку пригодности материала. Тем не менее если рассматривать влияние, обнаруживаемое при имплантации в течение длительного периода (канцерогенность, заболевания суставов), то, по-видимому, необходимы стабильные биологические оценки в живом организме и в искусственных условиях (in
...
Стержень Харинтона, применяемый при искривлении позвоночника. Различные искривления позвоночника (врожденные, обусловленные привычкой, нервозностью, рахитом или болезненным состоянием) приводят к сильной деформации позвоночника при ходьбе. Это не только вызывает сильную боль, но и оказывает вредное влияние на внутренние органы, поэтому в этих случаях может быть необходима ортопедическая хирургическая операция. В настоящее время при такой хирургической операции применяют стержень Харинтона, изготовленный из нержавеющей стали. При установке корректирующего стержня посредством ортопедической операции необходимо, чтобы сила, воздействующая на позвоночник, не превышала 300—400 кН. Однако в некоторых случаях возникает сила, превышающая указанную, что приводит к повреждению фиксирующего приспособления, появляется опасность не только повреждения позвоночника, но и нервных волокон. Кроме того, хотя корректирующий стержень и устанавливается таким образом, чтобы корректирующая сила составляла 300-400 Н, но спустя 20 мин после установки она уменьшается на 20 %, а через 10-15 дней - до 30 % от первоначальной. Следовательно, в это время не только необходима дополнительная корректировка
...
стали токсичности не обнаружено. Увеличение количества клеток при введении образцов из этих сплавов почти такое же, как в контрольных образцах. При введении образцов из Ti — Ni наблюдалось большее увеличение числа клеток, чем при введении чистого Ti, но меньшее, чем при введении сплава Со — Сг и нержавеющей стали. Следовательно, сплавы Ti — Ni не являются биологически совершенно инертными. Степень их воздействия невелика. Можно считать, что это соответствует обнаруженному растворению атомов Ni в биологических структурах.
...
Число работ, в которых исследовалась биологическая совместимость сплавов Ti — Ni, невелико, однако по их результатам можно считать, что эти сплавы имеют такую же биологическую совместимость, как и наиболее широко применяемые в настоящее время нержавеющие стали и сплавы Со — Сг .
...
При имплантации инородного тела в биологический организм реакция отторжения биологической структуры достигает максимальной интенсивности в сравнительно короткий период (зависящий от имплантированного органа, но не более трех месяцев). Если применяются материалы с хорошей биологической совместимостью, то после указанного периода реакция отторжения ослабляется, происходит стабилизация. Таким образом, исследуя биологическую совместимость за короткий период, можно сделать определенную оценку пригодности материала. Тем не менее если рассматривать влияние, обнаруживаемое при имплантации в течение длительного периода (канцерогенность, заболевания суставов), то, по-видимому, необходимы стабильные биологические оценки в живом организме и в искусственных условиях (in
...
стали токсичности не обнаружено. Увеличение количества клеток при введении образцов из этих сплавов почти такое же, как в контрольных образцах. При введении образцов из Ti — Ni наблюдалось большее увеличение числа клеток, чем при введении чистого Ti, но меньшее, чем при введении сплава Со — Сг и нержавеющей стали. Следовательно, сплавы Ti — Ni не являются биологически совершенно инертными. Степень их воздействия невелика. Можно считать, что это соответствует обнаруженному растворению атомов Ni в биологических структурах.
...
силы, воздействующей на позвоночник, путем повторной операции, но при этом возникает сильная физическая боль, что оказывает психологическое воздействие на пациента.
...
Если для стержня Харинтона применить сплав с эффектом памяти формы, то установить стержень можно за один раз, необходимость в повторной операции отпадает. Если после операции стержень Харинтона нагреть до температуры, на 5 °С превышающей температуру тела, то можно создать необходимую корректирующую силу.
...
На рис. 3.50 показан [39] стержень Харинтона, изготовленный из сплава Ti — Ni и предназначенный для создания принудительного искривления позвоночника у обезьяны.
...
На рис. 3.52 показан пример изменения силы, возбуждаемой в осевом направлении, в зависимости от 7" при нагреве и охлаждении с учетом сил, действующих в осевом и в перпендикулярном направлениях. При нагреве > 52 °С образец восстанавливает прямолинейную форму, при непрерывном охлаждении можно поддерживать образующуюся силу до ~27 °С Такой гистерезисный характер зависимости чрезвычайно важен с практической точки зрения. На практике постепенно нагревают стержень Харинтона и осуществляют процесс восстановления исходной формы. Если при охлаждении до температуры тела стержень Харинтона создает небольшую си-
...
силы, воздействующей на позвоночник, путем повторной операции, но при этом возникает сильная физическая боль, что оказывает психологическое воздействие на пациента.
...
Если для стержня Харинтона применить сплав с эффектом памяти формы, то установить стержень можно за один раз, необходимость в повторной операции отпадает. Если после операции стержень Харинтона нагреть до температуры, на 5 °С превышающей температуру тела, то можно создать необходимую корректирующую силу.
...
На рис. 3.50 показан [39] стержень Харинтона, изготовленный из сплава Ti — Ni и предназначенный для создания принудительного искривления позвоночника у обезьяны.
...
силы, воздействующей на позвоночник, путем повторной операции, но при этом возникает сильная физическая боль, что оказывает психологическое воздействие на пациента.
...
Рис. 3.52. Зависимость силы, возбуждаемой в осевом направлении, от температуры при приложении напряжений в осевом и перпендикулярном направлениях (оба торца закреплены): 1
...
Как указано выше, стержень Харинтона из сплава с эффектом памяти формы Ti — Ni может создавать корректирующее усилие таким образом, что отпадает необходимость в повторной операции, и поэтому этот метод является очень эффективным. Однако необходимы дополнительные данные о точной Af,
...
Искусственные суставы. В повседневной жизни при прогулках, движении, подпрыгивании нагрузка на суставы пропорциональна трех — шестикратной (максимально 10-кратной) массе тела. Бедренный сустав в течение года подвергается воздействию (1-K3JX106 циклов нагружения. Материал для искусственного сустава, соответствующий указанным условиям, должен не только иметь хорошую биологическую совместимость в течение длительного времени, но и хорошие механические свойства, в частности износостойкость.
...
В прошлом для искусственных суставов применяли сплав Со — Cr, имеющий хорошую биологическую совместимость и высокие механические свойства. Как показано выше, сплав с эффектом памяти формы Ti — Ni имеет такую же биологическую совместимость, как и сплав Со — Сг, а его механические свойства в состоянии высокотемпературной фазы, в особенности износостойкость, также очень высоки. Поэтому сделана попытка применить для головки кости искусственного сустава сплав следующего состава:
...
Рис. 3.51. Зависимость силы, возбуждаемой в осевом направлении, от
...
Искусственная головка кости нагружалась в физиологическом растворе Рингера при 37 °С статической силой 600 Н или при приложении циклической силы 750 Н с частотой 2Х106 циклов. В проведенных экспериментах сравнивались износостойкость и структура сочленяющихся поверхностей искусственной головки кости и муфты из сплавов Ti — Ni и сплавов Со — Сг — Мо. Установлено, что износ головки кости и муфты из сплава Ti - Ni очень мал:
...
ботки на запоминание формы, должна составлять < 6 %. Кроме того, часто возникает необходимость обеспечить смещение, которое делает возможным сжатие более чем на 2 мм во время операции, чтобы создать достаточную силу продольного сжатия соединяемого участка. С этой целью необходимы специальные меры, обеспечивающие соответствующую форму соединительной пластинки. Например, создаются овальные отверстия в середине пластинки и обеспечивается возможность смещения более чем на 2 мм путем запоминания формы, допускающей возможность деформации с обеих сторон отверстия. В результате экспериментов по сращиванию кости трупа человека была подтверждена прочная фиксация зоны соединения кости.
...
В настоящее время разрабатываются дополнительные усовершенствования с целью повышения усталостной прочности, уменьшения повреждения кости. Одновременно делаются попытки изготовления соединительных пластинок с использованием сверхупругих свойств сплавов.
...
Внутрикостные шпильки и заклепки. Такие шпильки применяются при оказании медицинской помощи при переломах большой берцовой кости. Причем шпильки, главным образом из нержавеющей стали, вводят до костного мозга, тем самым фиксируя кость. При применении этого метода кость фиксируется за счет упругих свойств нержавеющей стали, поэтому необходимо ввести шпильку большего диаметра, чем диаметр отверстия, для создания большой степени деформации. В этой связи существует риск повредить ткани в зоне, в которую вводится шпилька.
...
Хирургическая операция упрощается при использовании [36, 42] для шпилек сплавов с эффектом памяти формы на основе Ti — Ni. При этом предпринята попытка увеличить силу фиксации.
...
Шпильки, изготовленные из проволоки Ti — Ni (Ms =40 °С) ф 1,8 мм вводились в отверстия в большой берцовой кости кролика, в результате чего подтвердилась их работоспособность. Экспериментально установлено, что с помощью одной шпильки, обработанной для создания памяти формы, можно получить сравнительно большую силу фиксации. С учетом этих результатов были изготовлены шпильки из проволоки ф 3 мм из сплава Ti — Ni (Ms = 16 °С) с целью применения их в клинике. Эксперименты по их опробованию были проведены на живых баранах. Эти шпильки восстанавливают исходную форму даже при температуре тела, поэтому они вводятся после охлаждения водой; при этом шпильки легко запоминают форму. Операцию введения шпилек необходимо осуществить быстро до восстановления исходной формы в результате нагрева до температуры тела. Подтверждено, что не возникает каких-либо повреждений кости при фиксации в идеальном состоянии с тремя точками опоры путем восстановления запомненной формы шпилек теплом тела. Однако на практике для каждого органа необходимо правильно выбирать диаметр проволоки и запоминаемую форму, чтобы получить оптимальную силу фиксации.
...
При переломе кости скелета использовали заклепки из сплава Ti — Ni (Ms = 16 °С), изготовленные из листов толщиной 0,5 мм в виде
...
ботки на запоминание формы, должна составлять < 6 %. Кроме того, часто возникает необходимость обеспечить смещение, которое делает возможным сжатие более чем на 2 мм во время операции, чтобы создать достаточную силу продольного сжатия соединяемого участка. С этой целью необходимы специальные меры, обеспечивающие соответствующую форму соединительной пластинки. Например, создаются овальные отверстия в середине пластинки и обеспечивается возможность смещения более чем на 2 мм путем запоминания формы, допускающей возможность деформации с обеих сторон отверстия. В результате экспериментов по сращиванию кости трупа человека была подтверждена прочная фиксация зоны соединения кости.
...
В настоящее время разрабатываются дополнительные усовершенствования с целью повышения усталостной прочности, уменьшения повреждения кости. Одновременно делаются попытки изготовления соединительных пластинок с использованием сверхупругих свойств сплавов.
...
Внутрикостные шпильки и заклепки. Такие шпильки применяются при оказании медицинской помощи при переломах большой берцовой кости. Причем шпильки, главным образом из нержавеющей стали, вводят до костного мозга, тем самым фиксируя кость. При применении этого метода кость фиксируется за счет упругих свойств нержавеющей стали, поэтому необходимо ввести шпильку большего диаметра, чем диаметр отверстия, для создания большой степени деформации. В этой связи существует риск повредить ткани в зоне, в которую вводится шпилька.
...
Хирургическая операция упрощается при использовании [36, 42] для шпилек сплавов с эффектом памяти формы на основе Ti — Ni. При этом предпринята попытка увеличить силу фиксации.
...
Шпильки, изготовленные из проволоки Ti — Ni (Ms =40 °С) ф 1,8 мм вводились в отверстия в большой берцовой кости кролика, в результате чего подтвердилась их работоспособность. Экспериментально установлено, что с помощью одной шпильки, обработанной для создания памяти формы, можно получить сравнительно большую силу фиксации. С учетом этих результатов были изготовлены шпильки из проволоки ф 3 мм из сплава Ti — Ni (Ms = 16 °С) с целью применения их в клинике. Эксперименты по их опробованию были проведены на живых баранах. Эти шпильки восстанавливают исходную форму даже при температуре тела, поэтому они вводятся после охлаждения водой; при этом шпильки легко запоминают форму. Операцию введения шпилек необходимо осуществить быстро до восстановления исходной формы в результате нагрева до температуры тела. Подтверждено, что не возникает каких-либо повреждений кости при фиксации в идеальном состоянии с тремя точками опоры путем восстановления запомненной формы шпилек теплом тела. Однако на практике для каждого органа необходимо правильно выбирать диаметр проволоки и запоминаемую форму, чтобы получить оптимальную силу фиксации.
...
При переломе кости скелета использовали заклепки из сплава Ti — Ni (Ms = 16 °С), изготовленные из листов толщиной 0,5 мм в виде
...
ботки на запоминание формы, должна составлять < 6 %. Кроме того, часто возникает необходимость обеспечить смещение, которое делает возможным сжатие более чем на 2 мм во время операции, чтобы создать достаточную силу продольного сжатия соединяемого участка. С этой целью необходимы специальные меры, обеспечивающие соответствующую форму соединительной пластинки. Например, создаются овальные отверстия в середине пластинки и обеспечивается возможность смещения более чем на 2 мм путем запоминания формы, допускающей возможность деформации с обеих сторон отверстия. В результате экспериментов по сращиванию кости трупа человека была подтверждена прочная фиксация зоны соединения кости.
...
цилиндрических трубочек наружным диаметром 11 мм, длиной 50 мм, и проводили обработку на запоминание формы и охлаждение водой, в результате чего они деформировались и становились тонкими. После этого они вводились в большую берцовую кость барана. После введения заклепки нагревались до температуры тела, расширялись в отверстии, в результате чего возникала оптимальная сила фиксации. Установлено, что заклепки имеют такие же хорошие свойства, как и шпильки.
...
В результате применения сплавов с эффектом памяти формы операция введения заклепок стала простой по сравнению с методом введения заклепок из нержавеющей стали с рассверливанием отверстия, а само рассверливание стало ненужным. При этом время операции сократилось, поэтому можно ожидать, что описанные заклепки найдут применение на практике.
...
Скобы для соединения кости. При соединении сломанной кости или помощи при переломах в некоторых случаях применяются скобы. Применяемые в настоящее время скобы просто вставляются в кость, предотвращая тем самым ее смещение. Однако в некоторых случаях при движении под действием сдвиговых усилий сила фиксации уменьшается. В связи с этим предпринята попытка [43] применить для скоб сплав Ti — Ni, чтобы усилие фиксации было стабильным.
...
цилиндрических трубочек наружным диаметром 11 мм, длиной 50 мм, и проводили обработку на запоминание формы и охлаждение водой, в результате чего они деформировались и становились тонкими. После этого они вводились в большую берцовую кость барана. После введения заклепки нагревались до температуры тела, расширялись в отверстии, в результате чего возникала оптимальная сила фиксации. Установлено, что заклепки имеют такие же хорошие свойства, как и шпильки.
...
В результате применения сплавов с эффектом памяти формы операция введения заклепок стала простой по сравнению с методом введения заклепок из нержавеющей стали с рассверливанием отверстия, а само рассверливание стало ненужным. При этом время операции сократилось, поэтому можно ожидать, что описанные заклепки найдут применение на практике.
...
Скобы для соединения кости. При соединении сломанной кости или помощи при переломах в некоторых случаях применяются скобы. Применяемые в настоящее время скобы просто вставляются в кость, предотвращая тем самым ее смещение. Однако в некоторых случаях при движении под действием сдвиговых усилий сила фиксации уменьшается. В связи с этим предпринята попытка [43] применить для скоб сплав Ti — Ni, чтобы усилие фиксации было стабильным.
...
цилиндрических трубочек наружным диаметром 11 мм, длиной 50 мм, и проводили обработку на запоминание формы и охлаждение водой, в результате чего они деформировались и становились тонкими. После этого они вводились в большую берцовую кость барана. После введения заклепки нагревались до температуры тела, расширялись в отверстии, в результате чего возникала оптимальная сила фиксации. Установлено, что заклепки имеют такие же хорошие свойства, как и шпильки.
...
результате поддерживается стабильное усилие фиксации, обусловленное сверх упругостью сплава. На рис. 3.54, б приведено соотношение между углом загиба скоб в и усилием фиксации. Установлено, что усилие фиксации увеличивается прямопропорционально в , и при в = 15° F « ^ 35 Н. На практике необходимо выбрать диаметр проволоки таким образом, чтобы получить усилие фиксации, соответствующее поврежденному органу. Имеется сообщение [44] о том, что в ФРГ этот метод уже применяется в клиниках, причем каких-либо повреждений, связанных с его применением, не обнаружено.
...
Сверхупругая проволока Ti — Ni для вправления вывихов. Если для вправления вывихов использовать проволоку со сверхупругими свойствами, то можно непрерывно поддерживать стабильное усилие фиксации. Разработан [45] метод фиксации сверхупругой проволокой ф 0,4 мм из сплава Ti — Ni для вправления вывихов.
...
При применении сверхупругой проволоки невозможно обеспечить фиксацию простым скручиванием проволоки, как это делалось с применявшимися ранее металлами. Разработан способ фиксации с помощью специальных свариваемых трубок и инструмента для сваривания (рис. 3.55). В результате исследования прочность фиксации проволок из сплава Ti — Ni и из нержавеющей стали на машине для испытаний на растяжение установлено, что усилие фиксации составляет > 90 % прочности самой проволоки. Даже при применении проволоки из нержавеющей стали усилие фиксации сваренной проволоки почти вдвое превышает усилие, получаемое прежним методом скручивания (рис. 3.56). При циклическом нагружении и разгрузке сверхупругой проволоки из сплава Ti —
...
Рис. 3.55. Трубка для фиксации сверхупругой проволоки из сплава Ti — Ni (а), приспособление для сваривания (б) и инструмент для крепления сверхупругой проволоки из Ti — Ni (в)
...
результате поддерживается стабильное усилие фиксации, обусловленное сверх упругостью сплава. На рис. 3.54, б приведено соотношение между углом загиба скоб в и усилием фиксации. Установлено, что усилие фиксации увеличивается прямопропорционально в , и при в = 15° F « ^ 35 Н. На практике необходимо выбрать диаметр проволоки таким образом, чтобы получить усилие фиксации, соответствующее поврежденному органу. Имеется сообщение [44] о том, что в ФРГ этот метод уже применяется в клиниках, причем каких-либо повреждений, связанных с его применением, не обнаружено.
...
Сверхупругая проволока Ti — Ni для вправления вывихов. Если для вправления вывихов использовать проволоку со сверхупругими свойствами, то можно непрерывно поддерживать стабильное усилие фиксации. Разработан [45] метод фиксации сверхупругой проволокой ф 0,4 мм из сплава Ti — Ni для вправления вывихов.
...
При применении сверхупругой проволоки невозможно обеспечить фиксацию простым скручиванием проволоки, как это делалось с применявшимися ранее металлами. Разработан способ фиксации с помощью специальных свариваемых трубок и инструмента для сваривания (рис. 3.55). В результате исследования прочность фиксации проволок из сплава Ti — Ni и из нержавеющей стали на машине для испытаний на растяжение установлено, что усилие фиксации составляет > 90 % прочности самой проволоки. Даже при применении проволоки из нержавеющей стали усилие фиксации сваренной проволоки почти вдвое превышает усилие, получаемое прежним методом скручивания (рис. 3.56). При циклическом нагружении и разгрузке сверхупругой проволоки из сплава Ti —
...
Рис. 3.55. Трубка для фиксации сверхупругой проволоки из сплава Ti — Ni (а), приспособление для сваривания (б) и инструмент для крепления сверхупругой проволоки из Ti — Ni (в)
...
результате поддерживается стабильное усилие фиксации, обусловленное сверх упругостью сплава. На рис. 3.54, б приведено соотношение между углом загиба скоб в и усилием фиксации. Установлено, что усилие фиксации увеличивается прямопропорционально в , и при в = 15° F « ^ 35 Н. На практике необходимо выбрать диаметр проволоки таким образом, чтобы получить усилие фиксации, соответствующее поврежденному органу. Имеется сообщение [44] о том, что в ФРГ этот метод уже применяется в клиниках, причем каких-либо повреждений, связанных с его применением, не обнаружено.
...
Сверхупругая проволока Ti — Ni для вправления вывихов. Если для вправления вывихов использовать проволоку со сверхупругими свойствами, то можно непрерывно поддерживать стабильное усилие фиксации. Разработан [45] метод фиксации сверхупругой проволокой ф 0,4 мм из сплава Ti — Ni для вправления вывихов.
...
При применении сверхупругой проволоки невозможно обеспечить фиксацию простым скручиванием проволоки, как это делалось с применявшимися ранее металлами. Разработан способ фиксации с помощью специальных свариваемых трубок и инструмента для сваривания (рис. 3.55). В результате исследования прочность фиксации проволок из сплава Ti — Ni и из нержавеющей стали на машине для испытаний на растяжение установлено, что усилие фиксации составляет > 90 % прочности самой проволоки. Даже при применении проволоки из нержавеющей стали усилие фиксации сваренной проволоки почти вдвое превышает усилие, получаемое прежним методом скручивания (рис. 3.56). При циклическом нагружении и разгрузке сверхупругой проволоки из сплава Ti —
...
результате поддерживается стабильное усилие фиксации, обусловленное сверх упругостью сплава. На рис. 3.54, б приведено соотношение между углом загиба скоб в и усилием фиксации. Установлено, что усилие фиксации увеличивается прямопропорционально в , и при в = 15° F « ^ 35 Н. На практике необходимо выбрать диаметр проволоки таким образом, чтобы получить усилие фиксации, соответствующее поврежденному органу. Имеется сообщение [44] о том, что в ФРГ этот метод уже применяется в клиниках, причем каких-либо повреждений, связанных с его применением, не обнаружено.
...
Ni даже при деформации, достигающей 5 %, проскальзывание фиксированной зоны не обнаружено. Этот метод, по-видимому, очень эффективен с практической точки зрения.
...
Полученные результаты используются в клинической практике (рис. 3.57). Прочная фиксация осуществляется достаточно просто. Даже при извлечении проволоки из Ti — Ni спустя 6 месяцев после операции существует хорошая биологическая совместимость и коррозионная стойкость проволоки, не было обнаружено никаких аномалий. На поверхности сваренных трубок (из сплава инконель) наблюдается развитая точечная коррозия. Это указывает на необходимость улучшения качества сплавов.
...
Рис. 3.56. Составление усилий фиксации проволокой из нержавеющей стали и сверхупругой проволокой из сплава Ti — Ni ф
...
Ni даже при деформации, достигающей 5 %, проскальзывание фиксированной зоны не обнаружено. Этот метод, по-видимому, очень эффективен с практической точки зрения.
...
Штыри для искусственных суставов. Закрепление искусственных суставов и костей осуществляют с помощью костного цемента (метил-метакрила), однако при ослаблении фиксированной зоны после операции зёдерживается формирование новой костной ткани, что обусловливает возникновение инфекции. В настоящее время разрабатывается метод использования штырей для искусственных суставов без применения костного цемента.
...
требованиям создания оптимального поддерживающего механизма. Методом электроискровой обработки было сделано 15 надрезов длиной 8 мм на глубину 2 мм. Отогнув получившиеся лепестки, была осуществлена обработка на запоминание формы. В акриловом круглом стержне ф
...
При диаметре отверстия в испытательной матрице 10,5 мм лепестки вдавливались во внутренние стенки матрицы с большой силой и противостояли максимальному усилию сжатия 1300 Н. Таким образом установлено, что при таком способе наблюдается большая сила фиксации. При диаметре отверстия в испытательной матрице 11,5 мм сила фиксации снижалась ~ до 350 Н. Следовательно, необходимо исследовать такие проблемы, как влияние величины зазора между штырьком и стенками при установке, оптимальная форма и число лепестков, влияние нагрузки, превышающей массу органа в три — шесть раз, свойства памяти формы и усталостные свойства. Однако в целом подтверждена возможность применения сплава Ti — Ni для фиксации искусственных суставов методом самозакрепления.
...
Штыри для искусственных суставов. Закрепление искусственных суставов и костей осуществляют с помощью костного цемента (метил-метакрила), однако при ослаблении фиксированной зоны после операции зёдерживается формирование новой костной ткани, что обусловливает возникновение инфекции. В настоящее время разрабатывается метод использования штырей для искусственных суставов без применения костного цемента.
...
Штыри для искусственных суставов. Закрепление искусственных суставов и костей осуществляют с помощью костного цемента (метил-метакрила), однако при ослаблении фиксированной зоны после операции зёдерживается формирование новой костной ткани, что обусловливает возникновение инфекции. В настоящее время разрабатывается метод использования штырей для искусственных суставов без применения костного цемента.
...
Ni (M$ = 16 °C) с температурой обратного превращения, соответствующей температуре тела, и имплантированы в большую берцовую кость барана для исследования их действия и совместимости с костью. Установлено, что лепестки, как предусмотрено, выпускаются внутри скелета, вокруг штыря образуется новая костная ткань, и штырь прочно соединяется с костью. Подтверждено, что совместимость сплава с костной структурой очень хорошая. Хотя штырь и прочно закрепляется в кости, но при необходимости извлечения штыря это можно сделать без разрушения кости, например используя всесторонний эффект памяти формы.
...
Зажимы для опухолей мозговых артерий. Медицинская помощь при опухоли мозговой артерии заключается в том, чтобы с помощью трепанации черепа зажать опухоль металлическим V-образным зажимом. Предотвращая таким образом кровообращение, добиваются постепенного отмирания опухоли. Тем не менее мозг — это чрезвычайно сложный и тонкий орган, повреждение других кровеносных сосудов или нервов в результате ошибки приводит к тому, что после операции возникают осложнения. Хотя артериальная опухоль при этом разрушается, но имеется опасность для жизни больного. В связи с этим желательно разработать зажим, установка которого была бы простой.
...
Искусственные мышцы искусственного сердца. Сердце человека состоит из двух предсердий и двух желудочков. Мышцы предсердия тон-
...
Ni (M$ = 16 °C) с температурой обратного превращения, соответствующей температуре тела, и имплантированы в большую берцовую кость барана для исследования их действия и совместимости с костью. Установлено, что лепестки, как предусмотрено, выпускаются внутри скелета, вокруг штыря образуется новая костная ткань, и штырь прочно соединяется с костью. Подтверждено, что совместимость сплава с костной структурой очень хорошая. Хотя штырь и прочно закрепляется в кости, но при необходимости извлечения штыря это можно сделать без разрушения кости, например используя всесторонний эффект памяти формы.
...
Зажимы для опухолей мозговых артерий. Медицинская помощь при опухоли мозговой артерии заключается в том, чтобы с помощью трепанации черепа зажать опухоль металлическим V-образным зажимом. Предотвращая таким образом кровообращение, добиваются постепенного отмирания опухоли. Тем не менее мозг — это чрезвычайно сложный и тонкий орган, повреждение других кровеносных сосудов или нервов в результате ошибки приводит к тому, что после операции возникают осложнения. Хотя артериальная опухоль при этом разрушается, но имеется опасность для жизни больного. В связи с этим желательно разработать зажим, установка которого была бы простой.
...
Ni (M_$ = 16 °C) с температурой обратного превращения, соответствующей температуре тела, и имплантированы в большую берцовую кость барана для исследования их действия и совместимости с костью. Установлено, что лепестки, как предусмотрено, выпускаются внутри скелета, вокруг штыря образуется новая костная ткань, и штырь прочно соединяется с костью. Подтверждено, что совместимость сплава с костной структурой очень хорошая. Хотя штырь и прочно закрепляется в кости, но при необходимости извлечения штыря это можно сделать без разрушения кости, например используя всесторонний эффект памяти формы.
...
кие, мышцы желудочков — толстые. И предсердия, и желудочки действуют как единая система. Левое предсердие выполняет функцию распределения крови через большие артерии вплоть до кровеносных капиллярных сосудов во все части организма, поэтому давление нагнетания, обеспечивающее поступление крови через легочные артерии в легкие, больше, чем давление в правом предсердии. В связи с этим и нагрузка на мышцы левого предсердия больше.
...
В тех случаях, когда лечение дефектов сердца путем операций на сердце невозможно, неизбежной оказывается пересадка внутренних органов или искусственного сердца. Искусственное сердце состоит из насоса и клапанов. В качестве источника энергии используется насос диафраг-менного типа или типа мешка с применением, главным образом, давления газа (воздуха или инертного газа). Делаются попытки применить для искусственных мышц искусственного сердца сплавы с эффектом памяти формы.
...
В результате испытания свойств изготовленного искусственного сердца в устройстве с использованием воды установлено, что при 12—15 циклах нагрев — охлаждение в минуту достигается давление 1600 мм вод.
...
кие, мышцы желудочков — толстые. И предсердия, и желудочки действуют как единая система. Левое предсердие выполняет функцию распределения крови через большие артерии вплоть до кровеносных капиллярных сосудов во все части организма, поэтому давление нагнетания, обеспечивающее поступление крови через легочные артерии в легкие, больше, чем давление в правом предсердии. В связи с этим и нагрузка на мышцы левого предсердия больше.
...
В тех случаях, когда лечение дефектов сердца путем операций на сердце невозможно, неизбежной оказывается пересадка внутренних органов или искусственного сердца. Искусственное сердце состоит из насоса и клапанов. В качестве источника энергии используется насос диафраг-менного типа или типа мешка с применением, главным образом, давления газа (воздуха или инертного газа). Делаются попытки применить для искусственных мышц искусственного сердца сплавы с эффектом памяти формы.
...
В результате испытания свойств изготовленного искусственного сердца в устройстве с использованием воды установлено, что при 12—15 циклах нагрев — охлаждение в минуту достигается давление 1600 мм вод.
...
кие, мышцы желудочков — толстые. И предсердия, и желудочки действуют как единая система. Левое предсердие выполняет функцию распределения крови через большие артерии вплоть до кровеносных капиллярных сосудов во все части организма, поэтому давление нагнетания, обеспечивающее поступление крови через легочные артерии в легкие, больше, чем давление в правом предсердии. В связи с этим и нагрузка на мышцы левого предсердия больше.
...
ст. Кроме того, проведены испытания искусственного сердца в живых организмах при пересадке его собаке и теленку. При этом одновременно разрабатывался гибкий эластомер, который обеспечивал с хорошей эффективностью функции сокращения и расширения. С целью согласованного регулирования правой и левой систем сердца изготовлено несколько насосов.
...
Фильтр для улавливания сгустков крови. Эмболизм легких обусловлен образованием тромбов в венах нижних конечностей и таза и попаданием их в кровеносные сосуды легких. В этом случае необходимо принимать внутрь средства, повышающие сопротивление коагуляции. Кроме того, необходима хирургическая операция. Употребление средств, повышающих сопротивление коагуляции, опасно, так как затрудняет остановку крови в случае внутреннего кровотечения.
...
Чтобы уловить сгустки крови, попадающие в вену, быпо изготовлено 48 фильтров с применением проволоки из сплава Ti — Ni. Проволоке первоначально придавали такую форму, что она могла служить ловушкой для сгустков крови, и в таком состоянии проводили обработку на запоминание формы. При охлаждении проволока вытягивалась, принимая прямолинейную форму, и в таком виде вводилась в вену с помощью катетера. Введенная в вену проволока нагревалась теплом тела, принимала сложную форму ловушки и действовала как фильтр сгустков крови.
...
Такой фильтр вводился в вену собаки, в результате чего подтверждена эффективность улавливания тромбов с помощью разработанного фильтра. Преимуществом этого метода является то, что операция осуществляется под местной анестезией. Она проста, осуществляется быстро и безопасно. Однако для применения на практике необходимо провести эксперименты на животных, чтобы подтвердить, что в случае необходимости легко и безопасно осуществляется извлечение фильтра из организма после улавливания тромбов.
...
Проволока для исправления положения зубов. Для исправления положения зубов (например, неправильного прикуса зубов) применяют металлическую проволоку, создающую упругое усилие. Обычно используется проволока из нержавеющей стали или сплавов Со — Сг, однако недостатки этих материалов состоят в том, что их коэффициент упругости очень высок, а упругое удлинение мало. Следовательно, при небольшой деформации образуется большая сила коррекции положения зубов, но при этом легко происходит пластическая деформация. Поэтому для получения оптимальной корректирующей силы проволоку первоначально приходится деформировать в форме дуги. Для установки такой проволоки требуется высокая квалификация.
...
При изготовлении проволоки дпя исправления положения зубов из сплава Ti - Ni со сверхупругими свойствами даже при 10 %-ной упругой деформации пластическая деформация не возникает. Кроме того, коэффициент упругости под влиянием мартенситного превращения, инициированного напряжениями, имеет нелинейную характеристику, поэтому хотя деформация и увеличивается, коэффициент увеличения коррек-
...
ст. Кроме того, проведены испытания искусственного сердца в живых организмах при пересадке его собаке и теленку. При этом одновременно разрабатывался гибкий эластомер, который обеспечивал с хорошей эффективностью функции сокращения и расширения. С целью согласованного регулирования правой и левой систем сердца изготовлено несколько насосов.
...
Фильтр для улавливания сгустков крови. Эмболизм легких обусловлен образованием тромбов в венах нижних конечностей и таза и попаданием их в кровеносные сосуды легких. В этом случае необходимо принимать внутрь средства, повышающие сопротивление коагуляции. Кроме того, необходима хирургическая операция. Употребление средств, повышающих сопротивление коагуляции, опасно, так как затрудняет остановку крови в случае внутреннего кровотечения.
...
Чтобы уловить сгустки крови, попадающие в вену, быпо изготовлено 48 фильтров с применением проволоки из сплава Ti — Ni. Проволоке первоначально придавали такую форму, что она могла служить ловушкой для сгустков крови, и в таком состоянии проводили обработку на запоминание формы. При охлаждении проволока вытягивалась, принимая прямолинейную форму, и в таком виде вводилась в вену с помощью катетера. Введенная в вену проволока нагревалась теплом тела, принимала сложную форму ловушки и действовала как фильтр сгустков крови.
...
Такой фильтр вводился в вену собаки, в результате чего подтверждена эффективность улавливания тромбов с помощью разработанного фильтра. Преимуществом этого метода является то, что операция осуществляется под местной анестезией. Она проста, осуществляется быстро и безопасно. Однако для применения на практике необходимо провести эксперименты на животных, чтобы подтвердить, что в случае необходимости легко и безопасно осуществляется извлечение фильтра из организма после улавливания тромбов.
...
Проволока для исправления положения зубов. Для исправления положения зубов (например, неправильного прикуса зубов) применяют металлическую проволоку, создающую упругое усилие. Обычно используется проволока из нержавеющей стали или сплавов Со — Сг, однако недостатки этих материалов состоят в том, что их коэффициент упругости очень высок, а упругое удлинение мало. Следовательно, при небольшой деформации образуется большая сила коррекции положения зубов, но при этом легко происходит пластическая деформация. Поэтому для получения оптимальной корректирующей силы проволоку первоначально приходится деформировать в форме дуги. Для установки такой проволоки требуется высокая квалификация.
...
При изготовлении проволоки дпя исправления положения зубов из сплава Ti - Ni со сверхупругими свойствами даже при 10 %-ной упругой деформации пластическая деформация не возникает. Кроме того, коэффициент упругости под влиянием мартенситного превращения, инициированного напряжениями, имеет нелинейную характеристику, поэтому хотя деформация и увеличивается, коэффициент увеличения коррек-
...
ст. Кроме того, проведены испытания искусственного сердца в живых организмах при пересадке его собаке и теленку. При этом одновременно разрабатывался гибкий эластомер, который обеспечивал с хорошей эффективностью функции сокращения и расширения. С целью согласованного регулирования правой и левой систем сердца изготовлено несколько насосов.
...
тирующей силы невелик. В связи с этим даже при большой деформации при установке проволоки можно сохранить оптимальную корректирующую силу, операция установки проволоки на зубы становится простой, а лечение — более эффективным. Можно ожидать, что неприятные ощущения пациентов уменьшатся.
...
Проволока для исправленя положения зубов изготовлялась [49] с учетом сверхупругих свойств, обусловленных деформационным упрочнением, создаваемым посредством сильной деформации Ti—Ni-проволоки при обработке (в отличие от сверхупругих свойств, обусловленных мартенситным превращением, инициированным напряжениями (рис. 3.61). Эта проволока испытывалась в клинических условиях.
...
Рис. 3.61. Сверхупругость, обусловленная мартенситным превращением, инициированным напряжениями (;) и "сверхупругость" типа деформационного упрочнения (2)
...
Свойства проволоки для исправления положения зубов определялись путем испытаний на изгиб и кручение (по стандарту ADA) (рис. 3.62). Для оценки свойств проволоки при испытаниях на изгиб измерялись изгибающий момент при изгибе на угол до 90° и остаточная деформация. При испытаниях на скручивание измерялись момент, образующийся при скручивании на 720 °С, и остаточная деформация. Полученные таким образом свойства сравнивались с аналогичными свойствами нержавеющих сталей.
...
тирующей силы невелик. В связи с этим даже при большой деформации при установке проволоки можно сохранить оптимальную корректирующую силу, операция установки проволоки на зубы становится простой, а лечение — более эффективным. Можно ожидать, что неприятные ощущения пациентов уменьшатся.
...
из нержавеющей стали при изгибе на угол до 35—40 характеризуются почти одинаковой прочностью. При изгибе на 90 0 проволока большего диаметра из сплава Ti — Ni характеризуется меньшим моментом изгиба, чем проволока меньшего диаметра из нержавеющей стали. Остаточная деформация проволоки из нержавещющей стали составляет 30— 40 °, остаточная деформация проволоки из сплава Ti — Ni не превышает 5°
...
Рис. 3.63. Испытания на изгиб проволок из сплава Ti — Ni и нержавеющей стали (SS); цифры у кривых — ф
...
сплава Ti - Ni и сечениями 0,43 X 0,64, 0,41 X 0,56 и 0,41 X 0,41 мм из нержавеющей стали. Установлено, что при одинаковом сечении прямоугольной проволоки корректирующая сила проволоки из сплава Ti — Ni составляет 1/2 корректирующей силы проволоки из нержавеющей стали, а остаточная деформация при изгибе на 90 0 у сплава Ti — Ni 5—7 °, тогда как у нержавеющей стали —55 °. Следовательно, при любой форме сечения проволока из сплава Ti — Ni имеет очень хорошие свойства.
...
Аналогичные зависимости получаются и при испытаниях на кручение. Остаточная деформация проволоки из нержавеющей стали сечением 0,43X0,64 мм составляла 450 °, остаточная деформация проволоки из сплава Ti — Ni не превышала этой величины.
...
И при испытаниях на изгиб, и при испытаниях на кручение обнаружено, что даже при большой дефг"»*ации проволоки из сплава Ti — Ni возможно предотвратить увеличение корректирующей силы. Остаточная деформация сплава настолько мала, что ее невозможно сравнивать с остаточной деформацией нержавеющей стали. При оценке накопленной энергии при приложении деформации, полностью возвращаемой к исходной, также установлено, что проволока из сплава Ti — Ni характеризуется чрезвычайно большой стабильностью, а увеличение корректирующей силы в зависимости от величины деформации незначительно. Поэтому проволока из сплава Ti — Ni может постоянно создавать неизменную корректирующую силу до сравнительно большой деформации. В случае не-
...
из нержавеющей стали при изгибе на угол до 35—40 характеризуются почти одинаковой прочностью. При изгибе на 90 0 проволока большего диаметра из сплава Ti — Ni характеризуется меньшим моментом изгиба, чем проволока меньшего диаметра из нержавеющей стали. Остаточная деформация проволоки из нержавещющей стали составляет 30— 40 °, остаточная деформация проволоки из сплава Ti — Ni не превышает 5°
...
Рис. 3.63. Испытания на изгиб проволок из сплава Ti — Ni и нержавеющей стали (SS); цифры у кривых — ф
...
из нержавеющей стали при изгибе на угол до 35—40 характеризуются почти одинаковой прочностью. При изгибе на 90 ⁰ проволока большего диаметра из сплава Ti — Ni характеризуется меньшим моментом изгиба, чем проволока меньшего диаметра из нержавеющей стали. Остаточная деформация проволоки из нержавещющей стали составляет 30— 40 °, остаточная деформация проволоки из сплава Ti — Ni не превышает
...
обходимости установки в клинике кронштейна с острым углом проволока из сплава Ti — Ni в наибольшей степени удовлетворяет предъявленным требованиям.
...
На основании полученных результатов проведены [49] клинические испытания проволоки для лечения таких дефектов, как неправильный прикус, скрытые клыки, неплотный прикус.
...
На рис. 3.65 показана модель установки проволоки из сплава Ti — Ni при неправильном прикусе, а на рис. 3.66 показан пример применения проволоки из сплава Ti — Ni для лечения скрытых клыков.
...
Результаты клинических испытаний показывают, что применение TiNi-проволоки для исправления положения зубов, в частности в начальный период лечения, не только обеспечивает создание корректирующей силы в горизонтальном направлении, но и является чрезвычайно эффективным для создания самым простым способом сил, обусловливающих поворот и скручивание. Однако в том случае, когда при завершении лечения нуж-
...
обходимости установки в клинике кронштейна с острым углом проволока из сплава Ti — Ni в наибольшей степени удовлетворяет предъявленным требованиям.
...
обходимости установки в клинике кронштейна с острым углом проволока из сплава Ti — Ni в наибольшей степени удовлетворяет предъявленным требованиям.
...
но зафиксировать положение зубов, из-за того, что деформация происходит с малой силой и возможно возвращение исправленных зубов к исходному состоянию, необходимо применить прежнюю жесткую проволоку.
...
Следует отметить, что для применения сплавов Ti — Ni необходимо создать специальную технологию. Соединение проволоки из Ti — Ni сваркой или пайкой чрезвычайно трудно, поэтому необходимо создать специальные соединительные приспособления.
...
Кроме того, следует особое внимание уделять температуре отжига, так как в случае обработки для изготовления концевых крюков деформация осуществляется легко при условии промежуточного отжига, однако при отжиге сплав может интенсивно окисляться.
...
Известны [50, 51] и другие попытки изготовления проволоки из Ti — Ni корректирующей положение зубов, с использованием сверхупругих свойств, обусловленных мартенситным превращением, инициированным напряжениями. В этих работах применялась сверхупругая проволока ф
...
Число циклов до разрушения при знакопеременном изгибе у сверхупругой проволоки из сплава Ti — Ni составляет около 2Х103 (табл.
...
но зафиксировать положение зубов, из-за того, что деформация происходит с малой силой и возможно возвращение исправленных зубов к исходному состоянию, необходимо применить прежнюю жесткую проволоку.
...
копеременном изгибе других исследованных материалов. На рис. 3.67 результаты испытаний на изгиб представлены в виде диаграммы угол изгиба — момент изгиба. Из приведенных на рисунке данных следует, что у проволоки из Ti — Ni коэффициент увеличения момента изгиба относительно величины деформации мал по сравнению с другими материалами. Даже при деформации на 90 0 происходит почти полный возврат деформации. В отличие от этого у других материалов остаточная деформация обнаруживается при изгибе на угол 39 °.
...
Таким образом, не только проволока из Ti — Ni, сверхупругость которой обусловлена деформационным упрочнением, но и проволока из Ti — Ni, сверхупругость которой обусловлена мартенситным превращением, инициированным напряжениями, является очень хорошим материалом для исправления положения зубов. Следует указать, что сверхупру-гйе свойства проволоки из Ti — Ni, обусловленные мартенситным превращением, вызванным напряжениями, в сильной степени зависят от содержания Ti и Ni, а также от условий термообработки после волочения, поэтому необходимо обратить внимание на то, что в некоторых случаях сверхупругие свойства могут не обнаружиться.
...
Применение для отливки зубов. Если бы оказалось возможным точное литье сплавов с эффектом памяти формы Ti—Ni
...
Попытки литья сплавов Ti — Ni делались и до настоящего времени, однако пригодные для практики материалы с эффектом памяти формы и сверхупругими свойствами получены не были. В настоящее время сообщается, что современные методы литья позволяют получать отливки из сплавов Ti — Ni, имеющих память формы и сверхупругие свойства.
...
При использовании меди или кордиерита (2MgO-2AI203-5Si02) для плавильного тигля и огнеупоров из МдО или Si02 для формы, были выплавлены сплавы Ti — 50 Ni, Ti — 51 Ni [% (ат.) ] методом аргонно-дуговой плавки и отливки всасыванием или методом высокочастотной плавки и отливки под давлением. Отливались прутки ф
...
При применении огнеупоров из Si02 в качестве материала литейной формы Si02 восстанавливается титаном. С поверхности прутков вглубь происходит диффузия кислорода, поэтому материал становится твердым и охрупчивается. При исследовании влияния материала литейной формы на восстановление формы образцов установлено, что образцы, полученные в форме из МдО очень быстро восстанавливают форму.
...
Таким образом установлено, что этот сплав в литом состоянии обладает эффектом памяти формы. Однако при практическом применении в полости рта необходимо учитывать изменение температуры в широком
...
копеременном изгибе других исследованных материалов. На рис. 3.67 результаты испытаний на изгиб представлены в виде диаграммы угол изгиба — момент изгиба. Из приведенных на рисунке данных следует, что у проволоки из Ti — Ni коэффициент увеличения момента изгиба относительно величины деформации мал по сравнению с другими материалами. Даже при деформации на 90 0 происходит почти полный возврат деформации. В отличие от этого у других материалов остаточная деформация обнаруживается при изгибе на угол 39 °.
...
Таким образом, не только проволока из Ti — Ni, сверхупругость которой обусловлена деформационным упрочнением, но и проволока из Ti — Ni, сверхупругость которой обусловлена мартенситным превращением, инициированным напряжениями, является очень хорошим материалом для исправления положения зубов. Следует указать, что сверхупру-гйе свойства проволоки из Ti — Ni, обусловленные мартенситным превращением, вызванным напряжениями, в сильной степени зависят от содержания Ti и Ni, а также от условий термообработки после волочения, поэтому необходимо обратить внимание на то, что в некоторых случаях сверхупругие свойства могут не обнаружиться.
...
Применение для отливки зубов. Если бы оказалось возможным точное литье сплавов с эффектом памяти формы Ti—Ni
...
копеременном изгибе других исследованных материалов. На рис. 3.67 результаты испытаний на изгиб представлены в виде диаграммы угол изгиба — момент изгиба. Из приведенных на рисунке данных следует, что у проволоки из Ti — Ni коэффициент увеличения момента изгиба относительно величины деформации мал по сравнению с другими материалами. Даже при деформации на 90 ⁰ происходит почти полный возврат деформации. В отличие от этого у других материалов остаточная деформация обнаруживается при изгибе на угол 39 °.
...
но важно сохранение стабильности при циклических нагрузках и усталостной прочности. Эти свойства лучше у сверхупругих сплавов Ti — Ni, поэтому сплавы Ti — Ni находят применение в клинической практике-
...
В миниатюрных системах искусственной почки требуются насосы для подачи жидких лекарственных препаратов типа антикоагулянтов и нейтрализаторов (пепарин, протамин) с чрезвычайно микроскопическим расходом (40—50 мл/мин). Кроме того, от этих миниатюрных насосов требуется очень высокая надежность.
...
Применяя сплавы Ti — Ni в качестве приводных элементов микронасосов, попытались [56, 57] осуществить подачу лекарственных препаратов и оценить свойства этих насосов. Для микронасосов использовалась проволока из Ti — Ni
...
Другие примеры применения. Примером уже осуществляемого практического применения может быть использование проволоки из Ti — Ni
...
В процессе разработки и внедрения в практику сплавов с эффектом памяти формы стремятся накопить, проанализировать и оценить систематические данные о промышленных свойствах, механической надежности, биологической совместимости, клеточной токсичности и других важных для медицины свойствах. Можно считать, что в связи с этим станет возможным быстрое практическое применение сплавов с эффектом памяти формы.
...
но важно сохранение стабильности при циклических нагрузках и усталостной прочности. Эти свойства лучше у сверхупругих сплавов Ti — Ni, поэтому сплавы Ti — Ni находят применение в клинической практике-
...

Новые процессы получения металла (металлургия железа)
Суперсплавы II: Жаропрочные материалы для аэрокосмических и промышленных энергоустановок. Книга 1
Суперсплавы II: Жаропрочные материалы для аэрокосмических и промышленных энергоустановок. Книга 2
Сплавы с эффектом памяти формы
Справочник молодого термиста
Сварка, пайка, склейка и резка металлов и пластмасс. 3-е изд.: Справ. изд.
Сварка в машиностроении: Справочник в 4-х т. Т. 4

"Сварка-ЛИБ" - Техническая библиотека сварщика | Сварка, термообработка, материалы, металлы и сплавы

admin

Сплавы с эффектом памяти формы