В МИФИ представили новую технологию пайки керамики и металла

Ученые кафедры физических проблем материаловедения Института ядерной физики и технологий университета МИФИ разработали технологию пайки композитной керамики и титана, которая может пригодиться при изготовлении медицинских имплантатов.

Как рассказал представитель научной группы, доцент университета Иван Федотов, перед разработчиками стояла задача повысить надежность эндопротеза тазобедренного сустава. Особенностью этих медицинских изделий является то, что подвижная головка протеза, изготавливаемая из композитной керамики, надевается на ножку из титанового сплава. И поскольку керамика в целом обладает низкой ударной прочностью, то если человек с эндопротезом позволяет себе повышенные физические нагрузки, например прыжки, головка эндопротеза может треснуть.

– Решить данную проблему можно, впаяв в головку эндопротеза титановую втулку, которая будет служить промежуточным звеном между керамической головкой и титановой ножкой и демпфировать часть нагрузок на головку, – отметил Иван Федотов. – Однако в этом случае возникает проблема с технологией пайки. Сейчас единственный широко используемый метод получения биосовместимых паяных соединений – это пайка чистым золотом. Это очень дорого, но зато это гарантированно работает, то есть никаких проблем с коррозией нет, потому что золото – благородный металл и может работать внутри человеческого тела. Но золото плавится при температуре 1065 градусов, а значит пайка происходит при температуре где-то 1090 градусов. И это проблема, потому что если имеет место такая высокая температура пайки, то когда конструкция охлаждается, керамика может треснуть.

Решением данной проблемы стала разработанная в МИФИ технология пайки, состоящая из трех шагов: сначала на поверхность керамической головки делаются насечки с помощью лазерной обработки, потом на поверхность керамики наносится порошок гидрида титана. И в конце используется новый, разработанный в МИФИ припой, состоящий из титана, циркония и кобальта.

– Достоинство призванного заменить золото нового припоя заключается в том, что, во-первых, он значительно дешевле и, во-вторых, его температура плавления 880 градусов значительно меньше, чем у золота, – отметил Иван Федотов. – Это уменьшает риск повреждения керамических частей в процессе пайки и последующего охлаждения.

Разработанная технология может пригодиться для изготовления любых имплантов, работающих внутри человеческого организма, например, зубных, зрительных или слуховых имплантов, а также при изготовлении некоторых медицинских инструментов.

Мона Платонова.