Aspecte Generale despre Biomateriale

ASPECTE GENERALE DESPRE BIOMATERIALE

CARACTERISTICILE MATERIALELOR CERAMICE SI COMPOZITE

Biomaterialele sunt produse de natură anorganică sau organică care îşi găsesc utilizări ca proteze sau implanturi în ţesuturi biologice – la oameni sau animale. Pentru obţinerea acestor materiale folosite în scopuri biologice se folosesc metale, ceramice, sticla, polimeri organici, cimenturi. Aceste materiale se pot folosi ca atare şi sub formă de produse compozite ca de exemplu prin armare cu fibre, whiskers etc.

Biomaterialele de tipul ceramicilor, sticlelor, inclusiv sub formă compozită, reprezintă obiectivul acestui curs.

Biomateriale ceramice trebuie să fie biocompatibile; pe de o parte aceste materiale nu trebuie să provoace tulburări organismului iar pe de altă parte să nu sufere degradări datorită mediului fiziologic.

Proprietăţile generale ale materialelor bioceramice corespund cu cele ale produselor ceramice obişnuite, deja consacrate.

1.1Materiale compozite

Definirea, clasificarea şi caracteristicile generale ale compozitelor

Un material compozit este o combinaţie de două sau mai multe materiale individuale (numite componente), realizată în aşa fel încât compozitul obţinut să aibă proprietăţi diferite de ale fiecăruia din componenţii săi.

Având în vedere scopul final urmărit, compozitele sunt, în majoritatea covârşitoare a cazurilor, materiale artificiale. Ele se obţin prin procedee speciale din materialele componente iniţial separate şi ulterior amestecate.

In afară de diferenţele de compoziţie şi de structură componentele trebuie să îndeplinească, în primul rând, condiţia de compatibilitate, respectiv capacitatea de a conserva integritatea compozitului faţă de acţiunile exterioare mecanice, termice, şi chimice, în intervalele de valori prezumate pentru prelucrarea sau funcţionarea în exploatare a produselor confecţionate din compozitul dat.

Astfel, componentele trebuie să aibă structuri compatibile, care să asigure o legătură artificială mai rezistentă decât a celui mai puţin rezistent dintre componente; proprietăţile termice trebuie să fie astfel corelate, încât încălzirile şi răcirile să nu provoace avarierea (fisurarea, crăparea, spargerea) niciunuia din componenţii şi nici a legăturii interfaciale. Rezistenţa la coroziune a ansamblului trebuie să asigure stabilitatea chimică în condiţiile mediilor şi temperaturilor de prelucrare şi funcţionare în explotare.

Orice material compozit este o structură spaţială formată din două elemente fundamentale:

1) matricea (mediu solid continuu), reprezentată de componentul cu cea mai mare proporţie volumică;

2) armătura (umplutura) constituită din formaţiuni solide izolate (discontinui) de armare, care împart matricea în porţiuni (volume) mai mici, dar comunicante între ele.

Matricea şi armătura au, de regulă, proprietăţi diametral opuse, una fiind moale (plastică, ductilă) iar cealaltă dură (rigidă, casantă), astfel că prin combinarea lor sinergică se obţine o asociaţie de proprietăţi diferită de a fiecărui component în parte. In acest mod, atât o matrice moale combinată cu o armătură dură, cât şi o matrice dură combinată cu o armătură moale pot conduce la un compozit rezistent şi tenace.

Principalele criterii de clasificare a materialelor compozite sunt natura componentelor şi geometria şi distribuţia armăturii. După natura componentelor, compozitele sunt formate din materiale diferite (metal+ceramică; metal+polimer organic; polimer organic+ceramică) şi, mai rar, din acelaşi tip de material.

După geometria armăturii, compozitele pot fi armate cu particule idiomorfe (sfere, gobule, polideri), cu fibre (sârme, fire, cristale filiforme) sau cu formaţiuni bidimensionale (plăci, lamele, folii, foiţe, solzi).

Elementul individual de armare trebuie să aibă unele dimensiuni liniare (1, b, h) foarte mici în comparaţie cu dimensiunile liniare corespunzătoare (L, B, H) ale produsului compozit macroscopic (tabelul 1.2).

Elementele de armare pot fi distribuite în moduri specifice în volumul matricei; astfel, particulele idiomorfe se pot distribui în şiruri liniare, în aglomerări pe anumite plane paralele situate la distanţe mai mari decât cele dintre particulele aceluiaşi plan, sau mai mult sau mai puţin uniform în tot volumul matricei; fibrele lungi se distribuie aliniate axial (paralel în direcţia de maximă extensie, respectiv pe lungimea produsului- compozit), iar fibrele scurte în acelaşi mod sau prin încrucişare în plane paralele distanţe sau în tot volumul matricei.

In cazuri mai rare se întâlnesc şi compozite combinate, în care elementele de armare sunt forme şi naturi diferite (particule + fibre, particule + plăci stratificate, fibre + plăci stratificate, particule+fibre+plăci stratificate).

Un caz special şi foarte mult utilizat îl reprezintă compozitele placate, în care la un produs tip placă masivă se adaugă cel mai frecvent pe ambele feţe o placă mai subţire de armătur (tabelul 1.1.)