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Nitinol ist eine der nützlichsten Metalllegierungen, die für verschiedene Zwecke verwendet wird. Sie hat zahlreiche wichtige medizinische Anwendungen.

Was ist Nitinol?

Es ist eine Nickel-Titan-Metalllegierung mit einigen einzigartigen Eigenschaften. Sie ist auch als Nickel-Titan bekannt. Diese Legierung weist eine Superelastizität oder Pseudoelastizität und Formgedächtniseigenschaften auf. Das bedeutet, dass sich dieses einzigartige Metall an seine ursprüngliche Form erinnern kann und eine große Elastizität unter Belastung aufweist.

Nitinol-Zusammensetzung

Diese Metalllegierung besteht aus Nickel und Titan. Sie enthält diese beiden Elemente zu etwa gleichen Atomprozenten. Nickel ist ein bekanntes Allergen und kann auch krebserregende Eigenschaften haben. Aus diesem Grund hat der Nickelgehalt dieser Legierung große Bedenken hinsichtlich ihrer Nützlichkeit in der medizinischen Industrie aufgeworfen.

Nitinolherstellung

Für die Herstellung dieser Legierung ist eine äußerst strenge Kontrolle der Zusammensetzung erforderlich. Aus diesem Grund ist es sehr schwierig, diese Legierung herzustellen. Die außergewöhnliche Reaktivität des Titans ist ein weiteres Hindernis bei der Herstellung dieser Legierung. Derzeit werden zwei primäre Schmelzverfahren für diesen Zweck verwendet:

• Vakuum-Lichtbogenumschmelzen: Bei diesem Verfahren wird ein elektrischer Lichtbogen zwischen einer wassergekühlten Kupferzündplatte und den Rohstoffen gezündet. Die wassergekühlte Kupferform wird zum Schmelzen der Bestandteile im Hochvakuum verwendet, um das Einbringen von Kohlenstoff zu verhindern.
• Vakuum-Induktionsschmelzen: Die Rohstoffe werden in einem Kohlenstofftiegel durch magnetische Wechselfelder erhitzt. Dies geschieht ebenfalls im Hochvakuum; allerdings wird bei diesem Verfahren Kohlenstoff eingebracht.

Bild 1 – Nitinol

Es gibt keine nennenswerten Daten, die zeigen, dass das Produkt einer Methode besser ist als das der anderen. Beide Methoden haben unterschiedliche Vorteile zu bieten. Andere Verfahren wie das Induktionsschmelzen, das Plasmaschmelzen und das Elektronenstrahlschmelzen werden ebenfalls in kleinem Maßstab zu diesem Zweck eingesetzt. Das Verfahren der physikalischen Abscheidung aus der Gasphase wird ebenfalls in Laboratorien verwendet.

Nitinol Symbol

Diese Metalllegierung wird mit den Symbolen der sie bildenden Metalle bezeichnet. Die Formel für diese Legierung lautet NiTi.

Nitinol Geschichte

Der Name dieses Materials stammt von seinen Bestandteilen und dem Ort seiner Entdeckung. Im Jahr 1962 entdeckten William J. Buehler und Frederick Wang am Naval Ordnance Laboratory die einzigartigen Eigenschaften dieses Metalls.

Die Kommerzialisierung dieser Legierung war erst ein Jahrzehnt später möglich. Diese Verzögerung wurde hauptsächlich durch die Schwierigkeiten beim Schmelzen, Bearbeiten und Verarbeiten des Materials verursacht.

Nitinol Eigenschaften

Die Eigenschaften des Formgedächtnisses und der Superelastizität sind die einzigartigsten Eigenschaften dieser Legierung. Die Formgedächtniseigenschaft ermöglicht es diesem Metall, sich an seine ursprüngliche Form zu „erinnern“ und sie beizubehalten, wenn es über seine Umwandlungstemperatur erhitzt wird. Dies geschieht aufgrund der unterschiedlichen Kristallstrukturen von Nickel und Titan. Dieses pseudoelastische Metall zeigt auch eine unglaubliche Elastizität, die etwa 10 bis 30 Mal höher ist als die eines gewöhnlichen Metalls.

Hier sind einige grundlegende physikalische und mechanische Eigenschaften dieser Legierung:

Physikalische Eigenschaften

Erscheinungsbild: Es handelt sich um ein helles, silbriges Metall.

Dichte: Die Dichte dieser Legierung beträgt 6,45 gm/ cm3

Schmelzpunkt: Der Schmelzpunkt liegt bei 1310 °C.

Widerstand: Es hat einen spezifischen Widerstand von 82 Ohm-cm bei höheren Temperaturen und 76 Ohm-cm bei niedrigeren Temperaturen.

Wärmeleitfähigkeit: Die Wärmeleitfähigkeit dieses Metalls beträgt 0,1 W/ cm-°C.

Wärmekapazität: Seine Wärmekapazität beträgt 0,077 cal/ gm-°C.

Latente Wärme: Dieses Material hat eine latente Wärme von 5,78 cal/ gm.

Magnetische Suszeptibilität: Seine magnetische Suszeptibilität beträgt 3,8 emu- gm bei hohen Temperaturen und 2,5 bei niedrigen Temperaturen.

Mechanische Eigenschaften

Zugfestigkeit: Die Höchstzugkraft dieses Materials liegt zwischen 754 und 960 MPa.

Typische Bruchdehnung: 15,5 Prozent

Typische Streckgrenze: 560 MPa bei hoher Temperatur; 100 MPa bei niedriger Temperatur

Näherungsweise Elastizitätsmodul: 75 GPa bei hoher Temperatur; 28 GPa bei niedriger Temperatur

Näherungsweise Poisson-Zahl: 0,3

Herstellung von Nitinol-Geräten

Die Warmumformung dieses Materials ist relativ einfach als die Kaltumformung. Die enorme Elastizität dieses Werkstoffs erschwert die Kaltumformung, indem sie den Walzenkontakt erhöht. Dies führt zu einem extremen Werkzeugverschleiß und Reibungswiderstand. Diese Gründe machen auch die Bearbeitung dieser Legierung extrem schwierig. Die Tatsache, dass dieser Werkstoff eine schlechte Wärmeleitfähigkeit hat, ist dabei nicht hilfreich. Schleifen, Laserschneiden und Funkenerosion (EDM) lassen sich relativ leicht an diesem Metall durchführen.

Die Wärmebehandlung dieses Materials ist sehr kritisch und heikel. Die Kombination aus Wärmebehandlung und Kaltbearbeitung ist wichtig für die Kontrolle der nützlichen Eigenschaften dieses Metalls.

Nitinol-Drähte

Nitinol wird für die Herstellung von Formgedächtnis-Aktor-Draht für zahlreiche industrielle Zwecke verwendet. Dieser Draht wird für Führungsdrähte, Stilette und kieferorthopädische Feilen verwendet. Dieser Draht ist ideal für Anwendungen, die eine hohe Be- und Entlastungsspannung erfordern, sowie für Brillengestelle und Mobiltelefonantennen. Die Haupteinsatzgebiete dieses Drahtes sind jedoch Stents und Steinfangkörbe.

Nitinol Stent

Diese Legierung wird zur Herstellung endovaskulärer Stents verwendet, die bei der Behandlung verschiedener Herzkrankheiten sehr nützlich sind. Sie wird verwendet, um den Blutfluss zu verbessern, indem ein kollabierter Nickel-Titan-Stent in eine Vene eingesetzt und erhitzt wird. Diese Stents werden auch als Ersatz für Nahtmaterial verwendet.

Nitinol Basket

Nickel-Titan-Drahtkörbe sind für viele medizinische Anwendungen gut geeignet, da es federnder und weniger kollabierbar ist als viele andere Metalle. Dieses Korbinstrument ist sehr nützlich für die Gallenblase.

Nitinol Verwendungen

Hier sind einige der wichtigsten Anwendungen von Nitinol Metalllegierung:

Medizinische Anwendungen

• Diese Legierung ist sehr nützlich in der Zahnmedizin, vor allem in der Kieferorthopädie für Drähte und Klammern, die die Zähne verbinden. Sure Smile (eine Art Zahnspange) ist ein Beispiel für seine kieferorthopädische Anwendung.
• Es wird auch in der Endodontie vor allem bei Wurzelkanälen zur Reinigung und Formung der Wurzelkanäle verwendet.
• In der kolorektalen Chirurgie wird es in verschiedenen Vorrichtungen verwendet, um den Darm wieder zu verbinden, nachdem die Pathologie entfernt wurde.
• Nitinol-Stents sind eine weitere wichtige Anwendung dieses Metalls in der Medizin.
• Seine biokompatiblen Eigenschaften machen es nützlich für orthopädische Implantate.
• Nitinol-Drähte können zur Markierung und Lokalisierung von Brusttumoren verwendet werden.
• Die Verwendung von Nitinol-Rohren für verschiedene medizinische Zwecke wird immer beliebter.

Industrielle Anwendungen

• Nitinol-Drähte werden in Modell-Wärmemotoren zu Demonstrationszwecken verwendet.
• Dieses Material wird in der Temperaturkontrolle eingesetzt. Seine formverändernden Eigenschaften können zur Aktivierung eines variablen Widerstands oder eines Schalters zur Temperaturregelung genutzt werden.
• Dieses Metall wird oft in mechanischen Uhrenfedern verwendet.
• Es wird als Mikrofonarm oder als einziehbare Antenne in der Mobiltelefontechnik aufgrund seiner mechanischen und flexiblen Speicherfähigkeit verwendet.
• Nitinol-Federn werden in verschiedenen Industrien eingesetzt, um die superelastischen Eigenschaften dieses Metalls zu nutzen.
• Nitinolbleche werden zum Stanzen, Prägen und Tiefziehen verwendet.

Sonstige Verwendungen

• Es wird auch als Einsatz für Golfschläger wegen seiner formverändernden Fähigkeiten verwendet.
• Es ist eine beliebte Wahl für die Herstellung von extrem belastbaren Glasrahmen.
• Nitinol wird zur Herstellung von selbstbiegenden Löffeln in Zaubershows verwendet.

Nitinol Verfügbarkeit

Nickel-Titan ist in verschiedenen Formen erhältlich, darunter Drähte, Rohre, Bleche und Federn. NDC ist einer der führenden Hersteller und Lieferanten dieser Metalllegierung. Es gibt jedoch viele andere Anbieter von Nitinol-Drähten, -Rohren, -Federn usw. Verschiedene Formen dieses Metalls sind auch online zu günstigen Preisen erhältlich.

Nitinol zählt zu den nützlichsten Metalllegierungen mit zahlreichen industriellen und medizinischen Anwendungen. Es ist oft die beste Wahl für viele Anwendungen, die enorme Bewegung und Flexibilität erfordern. Allerdings hat dieses Material in vielen anspruchsvollen Anwendungen Ermüdungserscheinungen gezeigt. Experten arbeiten intensiv daran, die Grenzen der Haltbarkeit dieser Metalllegierung zu bestimmen.