The research study aims to optimize the Ti-6Al-4V implants with mechanical properties matching that of human bones. Powder metallurgy processes were used to generate the metallic alloys by the field assisted sintering technique, for the first time, combined with a rapid gas cooling system. It could be proven that the rapid cooling has an important effect on the microstructures, while maintaining the nanostructures of the raw materials. This allowed to improve the mechanical properties of the sintered alloys. Porous structures are designed to achieve implants with low elastic modulus to improve the fixation between the bone and the implants. The work demonstrates that the field assisted sintering technique is a suitable method to produce the Ti-6Al-4V implants with well controlled mechanical and structural characteristics.
Das Ziel dieser Arbeit war die Verbesserung von Ti-6Al-4V-Implantaten mit knochenähnlichen mechanischen Eigenschaften. Pulvermetallurgische Prozesse ermöglichen die Herstellung der metallischen Verbindungen mit Hilfe des Feldunterstützten Sinterns (FAST), wobei hier erstmals ein Schnellkühlsystem verwendet wurde. Es konnte gezeigt werden, dass die Schnellkühlung einen starken Einfluss auf die Mikrostruktur hat, während die Nanostruktur der Ausgangspulver erhalten bleiben. Dies ermöglichte die Verbesserung der mechanischen Eigenschaften der gesinterten Festkörper. Poröse Strukturen konnten verwendet werden, um Implantatmaterialien mit einem niedrigeren, knochenähnlichen Elastizitätsmodul herzustellen. Dies verbessert die Bindung zwischen Knochen und dem Implantat. Die Arbeit zeigt, dass sich FAST als Herstellungsmethode für Ti-6Al-4V-Implantate mit festgelegten mechanischen und strukturellen Eigenschaften eignet.