Entwicklung eines Metall-Matrix-Verbundwerkstoffes mit Hilfe einer neuartigen in situ-Technik - Titanbasis mit eingelagerter Hartstoffphase - mit erhöhter Verschleißbeständigkeit im Hinblick auf Anwendungen in der Biomedizintechnik

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Ein Nachteil der aufgrund ihrer Biokompatibilität, Korrosionsbeständigkeit und mechanischen Eigenschaften gegenüber anderen metallischen Biomaterialien überlegenen und deshalb immer mehr im Bereich der biomedizinischen Technik angewandten Titanwerkstoffe ist ihre geringe Verschleißbeständigkeit, die sich insbesondere bei artikulierenden Teilen wie bei Knie- oder Hüftgelenken negativ auswirkt. Ziel des Projektes ist es deshalb, einen biokompatiblen Metall-Matrix-Verbundwerkstoff aus einer Titanbasislegierung (TiAl6N7 bzw. die b-nahe Legierung TiNb30) zu entwickeln, der durch die Einlagerung keramischer Hartstoffphasen (TiB, TiC, NbB2 bzw. NbC) eine erhöhte Verschleißbeständigkeit besitzt. Die Herstellung soll auf schmelz- und pulvermetallurgischem Wege nach einer in situ-Technik, bei den Hartstoffphasen durch Reduktion einer thermodynamischen schwachen Verbindung (FeB bzw. B4C) unter Bildung thermodynamisch stabiler Phasen (TiB, NbB2, TiC bzw. NbC) entstehen, erfolgen. Diese Technik hat verschiedene Vorteile wie z.B. neben einfacher und kostengünstiger Herstellung bessere Bindung der Keramikpartikel zur Matrix u.a. auch durch fehlende Oberflächenverunreinigung der keramischen Partikel. Mit Hilfe der Methode sollen auch Schichten größerer Dicke durch Auftragsschweißen (WIG) von Fülldrähten mit den einzelnen Komponenten (TiAl6Nb7-, FeB-, TiNb30- und B4C-Pulver) auf Substrate aufgebracht werden. Der Werkstoff soll hinsichtlich des Volumenanteils und der Form und Größe der Boride und Karbide optimiert werden. Die Phasenbestandteile, das Verschleißverhalten und die mechanischen Eigenschaften der Legierungen sollen charakterisiert werden.