Titan/Polymer-Verbundbleche mit eingestellten Kennwerten für biomedizinische Applikationen; Machbarkeitsstudie

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Heinz Palkowski
• Fachliche Zuordnung: Biomaterialien ; Festkörper- und Oberflächenchemie, Materialsynthese ; Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien ; Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 386107554

Die Forschergruppen des IMET der TU Clausthal und des IPCMS der Uni Strasbourg arbeiten seit etwa 10 Jahren zusammen in der Entwicklung und Charakterisierung von Sandwichwerkstoffen aus Metall-Polymerverbunden für den Automotivbereich. Sie erweiterten ihre Aktivitäten vor einigen Jahren in den Bereich biomedizinischer Anwendungen mit neuen Herausforderungen zur Überwindung der Inkompatibilitäten der Verbundpartner. Da der Einsatz von Epoxidhaftvermittlern, unkritisch für Applikationen im Automotivbereich, für biomedizinische Anwendungen nicht zulässig ist, müssen Alternativen zur Erzielung einer guten Bindung zwischen Metall und Polymer entwickelt werden.Das übergeordnete Ziel der gemeinsamen Forschung in diesem Schwerpunktbereich ist die gezielte, der Anwendung angepasste Herstellung von Titan (Ti)/Polymer(P)/Ti Hybridblechen für biomedizinische Anwendungen, Einstellung ihrer Haftungsbedingungen, ihrer mechanischen Kennwerte und ihres Umformpotenzials. Die Vorteile eines derartigen hybriden Systems, das für kranioplastische Applikationen Anwendung finden könnte, liegen in dem reduzierten Gewicht gegenüber einem Monometall, der Möglichkeit einer gradierten, lokal anpassbaren Festigkeit, die denen eines Knochens angenähert werden kann, und einem verbesserten thermischen und akustischen Verhalten. Die Entwicklung derartiger Systeme, des zugehörigen technologischen Prozesses, die Analyse der Eigenschaften und der Formgebungsgrenzen erfolgt in Zusammenarbeit und Synergie beider Partner. Dabei sind die Hauptaspekte:1) Einsatz des vom IPCMS neu entwickelten Verfahrens zur Haftungsverbesserung (P/Ti) ohne Einsatz eines Epoxids. 2) Herstellung von Ti/P/Ti oder Ti/P Sandwichverbunden (SMs) für Anwendungen im Kiefer- oder Schädeldeckenbereich mit maßgeschneiderten mechanischen Eigenschaften, die denen des (ersetzten) Knochens nahe kommen.Vom IPCMS wurde dazu bis zum jetzigen Zeitpunkt eine Polymerisationsmethode entwickelt, die eine erfolgreiche Anlagerung des Polymers, als Haftvermittler für die spätere Verbindung zum Sandwich, auf eine entsprechend präparierte Ti Oberfläche (max. 10x10 mm2) ermöglicht. Unter Nutzung eines kontrollierten Radikalpolymerisationsprozesses konnten damit lineare Polymerketten eines PMMA im Dickenbereich von ca. 1muem aufgebracht werden.Das Ziel dieses Kurzzeitprojektes (9 Monate) ist es nun, dieses Verfahren auf seine Anwendbarkeit für großflächigere Blechstrukturen zu untersuchen und zu ertüchtigen (Zielabmessung A6 oder sogar A5). Mit diesen Ergebnissen soll dann ggfls. ein neues bilaterales Projekt im Rahmen des DFG-ANR-Programms beantragt werden. Die vorgesehenen Untersuchungsschritte dazu sind:1. Präparieren der Metallblechoberfläche mit einer homogenen, möglichst defektfreien (schwächend?) Basisschicht 2. Erarbeiten geeigneter Prozessbedingungen zur Verbindung der einzelnen Lagen (Metall/Polymer) zu einem Sandwich mit3. Ausreichender, reproduzierbarer Bindung für die folgenden Umformprozesse.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen