Федеральная целевая программа

Федеральная целевая программа
«Исследования и разработки по приоритетным
направлениям развития научно-технологического
комплекса России на 2014—2020 годы»
Соглашение
14.577.21.0013 от 05.06.2014 г.
на период 2014 - 2016 гг.
Тема:
Разработка
технологии
получения
наноструктурированного материала на основе титана с
регламентированной
пористостью
для
биои
механически
совместимых
остеоинтегрирующих
медицинских имплантатов
Руководитель проекта: профессор Коллеров М.Ю.
Индустрия наносистем
Участники проекта
Получатель
субсидии:
образовательное
федеральное
учреждение
государственное
высшего
образования
бюджетное
«Московский
авиационный институт (национальный исследовательский университет)»
• Основные
направления
деятельности:
осуществление
образовательной,
научной, социальной и культурной функций;
• С 2014 г. по н. вр. принимает участие в шести ФЦП «Исследования и
разработки
по
приоритетным
направлениям
развития
научно-
технологического комплекса России на 2014—2020 годы»
• Штат преподавателей >1400 чел., в т.ч. 900 кандидатов наук, доцентов, 400
докторов наук, профессоров; 15 академиков и членов-корреспондентов РАН
Индустриальный партнёр: Закрытое акционерное общество «Имплантаты
Материалы Технологии» (ЗАО «Имплант МТ»). Специализация: разработка и
производство эндопротезов крупных суставов (тазобедренного, коленного,
плечевого) и других имплантатов для травматологии и ортопедии.
Соглашение №14.577.21.0013
ФЦП ИР
2014-2020
2
Цели и задачи проекта
• Цель
проекта:
разработка
наноструктурированных
научно-технических
остеоинтегрирующих
пористых
основ
(НОП)
получения
материалов
из
волокон титана.
• Задачи
проекта
включают
исследование
и
оптимизацию
следующих
технологических этапов получения НОП материала:
- получение волокон высокоскоростным затвердеванием расплава методом ЭВКР;
- прессование заготовки из волокон;
- диффузионная сварка (спекание) заготовки;
- термоводородная обработка заготовки НОП материала.
• Актуальность и научная новизна выполняемой работы:
-
Разрабатываемый
НОП
материал,
предназначенный
для
изготовления
имплантатов и покрытий, обеспечивает ускорение процессов остеоинтеграции и
надежность фиксации монолитных элементов имплантатов.
- Впервые для получения пористого титана используются волокна, полученные
методом высокоскоростного затвердевания расплава. Повышение прочностных и
пластических
характеристик
НОП
материала
производится
по
уникальной
термоводородной технологии.
Соглашение №14.577.21.0013
ФЦП ИР
2014-2020
3
Ожидаемые результаты проекта
• Разработка технологии получения листового и пруткового НОП материала;
• Проект
технологического
имплантатов
для
задания
замещения
на
костных
разработку
дефектов
пористых
титановых
опорно-двигательного
аппарата человека;
• Получение экспериментальных образцов листов и прутков НОП материала со
сквозной пористостью выше 50% и размером пор более 50 мкм;
• По геометрическим параметрам пористости, прочностным и пластическим
характеристикам
разрабатываемый
НОП
материал
будет
превосходить
пористые титановые имплантаты и покрытия, производимые в России и за
рубежом
методами
плазменного
напыления,
спекания
и
3D-
прототипирования.
Соглашение №14.577.21.0013
ФЦП ИР
2014-2020
4
Перспективы практического использования
• Потребителями
продукта
проекта
должны
стать
предприятия,
производящие медицинские изделия. Кроме медицинского направления
результаты работы могут быть использованы в других областях экономики
при разработке новых видов изделий (фильтры грубой и тонкой очистки
агрессивных
жидкостей
технологического
и
газов,
оборудования
фиксирующие
нефтехимической
элементы
для
промышленности)
и
других машиностроительных предприятиях.
• Результаты
работы
могут
быть
использованы
при
разработке
остеоинтегрирующих имплантатов и покрытий эндопротезов для лечения
травм и заболеваний опорно-двигательного аппарата человека.
• Создание
технологии
комплексом
позволит
получения
характеристик
разрабатывать
нового
материала
работоспособности
новые
виды
и
с
более
невысокой
имплантатов
и
высоким
стоимостью
расширить
виды
медицинских услуг, оказываемых населению.
Соглашение №14.577.21.0013
ФЦП ИР
2014-2020
5
Этапы технологии получения заготовок НОП
материала
1. Получение волокон высокоскоростным затвердеванием
расплава методом ЭВКР
2. Прессование заготовки из волокон
3. Диффузионная сварка (спекание) заготовки
4. Термоводородная обработка заготовки НОП материала.
Соглашение №14.577.21.0013
ФЦП ИР
2014-2020
6
Получение волокон титана высокоскоростным
затвердеванием расплава
Схема получения
быстроохлажденного волокна
Внешний вид (а), форма (б), поперечное
сечение (в) и структура (г) волокна из сплава ВТ1-0,
изготовленного методом ЭВКР с частотой вращения
диска-кристаллизатора 28Гц
а) 1:4
в) 80
Соглашение №14.577.21.0013
б) 200
г) 600
ФЦП ИР
2014-2020
7
Образцы волокон и заготовок НОП материала
и методы их испытаний
Испытания на консольный изгиб
Испытание на растяжение
Соглашение №14.577.21.0013
ФЦП ИР
2014-2020
8
Термоводородная обработка титановых
сплавов
Низкотемпературная часть диаграммы
состояния системы Ti-H
Микроструктура проволочных образцов
из сплава ВТ1-0: 1) в исходном состоянии,
2) после Н.О. до 1%Н,
3) 1%Н, В.О. 550С, 12 ч
1)
40 мкм
2)
3)
Соглашение №14.577.21.0013
ФЦП ИР
2014-2020
9
Исследование кинетики поглощения водорода
заготовками НОП материала
Внешний вид образцов из сплава ВТ1-0
Соглашение №14.577.21.0013
Кинетические кривые наводороживания
образцов из сплава ВТ1-0
ФЦП ИР
2014-2020
10
Микроструктура заготовок НОП материала из
сплава ВТ1-0 до и после применения ТВО
Спекание при 850°С+ТВО:
Н.О.: 800°С,
Сн = 0,6%,
В.О.: 800°С, 1,5 ч.
Спекание при 850°С
Соглашение №14.577.21.0013
ФЦП ИР
2014-2020
11
Механические испытания заготовок НОП
материала после ТВО
Пруток
Соглашение №14.577.21.0013
Лист
ФЦП ИР
2014-2020
12
Виды изделий из пористых материалов,
используемых в медицине разных стран
Zimmer
Zimmer
BIOMET
DePuy
Спекание
порошка
тантала
Диффузионная
сварка титановой
проволоки
Плазменное
напыление
титана
Соглашение №14.577.21.0013
Спекание гранул
кобальтового
сплава
ФЦП ИР
2014-2020
13
Создание современных пористых
металлических материалов
CSTi
CoCr
гранулы
Ti волокно
распыление
плазмой
трабекуляр
НОП
материал
Производитель
Centerpulse
Howmedics
Osteonics
J&J Depuy
Zimmer
Biomet
Zimmer
МАИ
Размер пор
400-600 мкм
переменное
-
переменное
300 мкм
100-500 мкм
Объем пор
50-60%
35%
68%
переменное
70%
50-80%
Материал
покрытия
Ti
CoCr
Ti
Ti
Ta
Ti
Соглашение №14.577.21.0013
ФЦП ИР
2014-2020
14
Состояние выполнения запланированных индикаторов
Значения на текущий год
Наименование
Запланировано
на 2015 г.
Достигнуто за 2015 г.
12,8 млн.
12,8 млн.
Число публикаций по
результатам проекта в
научных журналах,
индексируемых в базе
данных Scopus или в
базе данных "Сеть
науки" (WEB of Science)
3 ед.
1 – опубликована в журнале
«Металлург»;
2 – приняты в печать в научнотехнических изданиях
«Металлы» и
«Металловедение и
термическая обработка
металлов»
Доля исследователей в
возрасте до 39 лет в
общей численности
исследователейучастников проекта
62%
62,5%
Число патентных
заявок, поданных по
результатам проекта
1 ед.
1 ед.
Объем привлеченных
внебюджетных средств
Соглашение №14.577.21.0013
ФЦП ИР
2014-2020
15
Спасибо за внимание!
Докладчик:
профессор Коллеров М.Ю.
Соглашение №14.577.21.0013
ФЦП ИР
2014-2020
16