Metallische Implantatwerkstoffe - Lehrstuhl Metallische Werkstoffe ...

Metallische 

Biomaterialien 

Lehrstuhl Metallische Werkstoffe 1 Mathias Galetz, Universität Bayreuth

• Einleitung 

Metallische Biomaterialien 

• Geschichte metallischer Biomaterialien 

• Anforderungen an Implantatwerkstoffe 

(Bioverträglichkeit,Mechanik, Korrosion) 

• Grundlagen der Korrosion 

• Metalle im Körper 

• Eigenschaften verschiedener metallischer Biomaterialien 

• Titan (legierungen) 

• Rostfreie Stähle 

• Cobaltbasislegierungen 

- Weitere Metalle in der Medizintechnik 

- Formgedächtnismetalle (SMA) 

- Metalle für den Zahnersatz 



Jahr 

1565 

17. Jh. 

1860-1883 

1886 

Ab 1920 

1936 

1938 

Ab 1946 

-Geschichte metallischer Implantate- 

Entdecker 

Petronius 

Hieronimus 

Fabricius 

J. Lister 

H. Hansmann 

Krupp 

Erdle 

P. Wiles 

J. und R. 

Judet 

Bemerkung 

Behandlung einer angeborenen 

Gaumenspalte mit einer Goldplatte 

Verwendung von Eisen-, Gold- und 

Bronzedrähten 

Operationen mit Silberdraht zur 

Fixation von gebrochenen 

Kniescheiben 

Entwicklung der ersten Knochenplatte 

aus Stahl mit einem Nickelüberzug 

Entwicklung von CrNi-Stählen brachte 

eine entscheidende Verbesserung der 

Korrosionsbeständigkeit 

Entwicklung der ersten CoCr- 

Legierung (Vitallium) 

erste Hüftendoprothese 

Kommerzielle Herstellung von 

Titan(legierungen) 


Biokompatible Werkstoffe 

Oberflächen Strukturen 

Abriebpartikel 

Biokompatible Werkstoffe 

Korrosionsprodukte 


Biologische Anforderungen 

• Annahme durch den 

Körper/Verankerung im Körper 

• nicht thrombogen 

• nicht toxisch, allergen, 

fibrogen oder karzinogen 

• kein Abbau zellulärer Elemente 

(Hämolyse) 

• keine Veränderung an 

Plasmaproteinen und Enzymen 

• keine Gewebsnekrose 


Anforderungen bzgl. physikalischer 

und chem. Eigenschaften 

• korrosionsfest, degradationsfest und auslaugungsfest bei Kontakt mit Blut oder 

Körperflüssigkeiten 

• mechanische Eigenschaften müssen den Anforderungen genügen (möglichst 

knochenähnliche Implantatsteifigkeit) 

• Funktion übernehmen (Verschleiß, Ermüdung) 

• Eine Regeneration lässt sich mit künstlichen Werkstoffen nicht erreichen. Trotzdem 

müssen Implantate chemisch aggressivster Umgebung ohne Qualitätsverlust über 

teilweise sehr lange Zeiträume funktionieren. 

• Mean Time to Failure (Zeit bis zum Ausfall) >= Lebenserwartung des Patienten 

• technische Verarbeitbarkeit 

• preiswert 


Werkstoffe mit Kontakt zum Knochen 

• Bewegung der Gelenkimplantate relativ zum Gewebe führt zur 

Einschneidung der Verankerungselemente 

• bindegewebige Einheilung ist unerwünscht, da sie die 

bestmögliche Krafteinleitung verhindert 

• Aufwachsen osteoblastenähnlicher Knochen-Zellen zur 

Fixierung des Implantats im Knochen 

- mechanische Strukturierung der Oberfläche 

- Einstellung der physikalisch-chemischen Eigenschaften 

des Oberflächenwerkstoffs 


Grundlagen der Korrosion 

Die meisten Metalle haben ihren thermodynamisch 

stabilsten Zustand bei sauerstoffhaltiger Umgebung als 

Oxid. 

Korrosion tritt auf, wenn metallische Atome ionisiert in 

Lösung gehen oder sich mit Sauerstoff zu Oxiden 

verbinden und sich ablösen. 

Körperflüssigkeiten sind wässrige, extrem aggressive 

Medien im Bezug auf Korrosion (Cl - , Proteine) 

Ablaufende Reaktionen: 

Anode: M -> M n+ + ne - 

Kathode: 2H 3 O + + 2e - -> H 2 + 2 H 2 O 

und ½ O 2 + H 2 O + 2e - -> 2 OH - 

bzw. M +n + ne - -> M 


Korrosion der Metalle 

-Elektrochemische Spannungsreihe- 



-Korrosionsarten- 

Interkristalline Korrosion Spannungsrisskorrosion/ 

Spaltkorrosion 

Kontaktkorrosion 


Beeinflussung des Gewebes durch Metalle 

-Grenzfläche zum Gewebe- 

Metallionen und Metallpartikel gelangen in 

das umliegende Gewebe durch mechanische 

Beanspruchung 

Veränderung der biologischen Umgebung 

durch elektrochemische Reaktionen (Senkung 

oder Erhöhung des pH-Wertes) 

Beeinflussung des Implantates durch Gewebe: 

Erniedrigung des pH-Wertes durch 

Entzündungen des umliegenden Gewebes 

Adsorbtion von Molekülen an der Oberfläche 

durch elektrische Felder 



-Pourbaix-Diagramme- 

Pourbaix-Diagramme von Chrom (rechts) 

Nachteile: 

Für wässrige 

Lösungen 

Keine Auskunft 

über 

Geschwindigkeit 

PH-Wert im Körper: arteriell 7,39-7,45, venös 7,37-7,42 



-Korrosionseigenschaften- 

Stromfluss als Mass für die Korrosionsgeschwindigkeit 

(in Ringerlösung) 


Unterteilung 

bio-inerte Werkstoffe bio-aktive Werkstoffe 

Titan HA (Hydroxylapatit) 

Tantal biodegradierbare 

Niob Polymere 

Zirkonium TiO 2 (strukturiert ~20µm) 

Al 2 O 3 

ZrO 2 


log Polarisationswiderstand 


-Eigenschaften- 

toxisch 

Einkapselung 

Gewebereaktion 

inert 

Gewebereaktionen auf verschiedene Elemente und metallische Legierungen 


wichtige 

Spurenelemente 

Zn, Cu, 

Mn, Mg, 

Ca, Na... 

Metalle im Organismus 

toxische 

Wirkung 

As, Pb, Hg, 

Be, Sr, Cr... 

beide 

Effekte (je 

nach 

Konzentration) 

Cu, Co, Ni, 

Zn... 

Allergische 

Reaktionen 

Ni, Co, 

Cr... 

Krebserregende 

Wirkung 

Cr- 

Verbindung 

en, Ni- 

Sulfide, Ni- 

Oxide... 


Toxikologie von Metallen 

-Beispiele- 

• Nickel: allergen, kanzerogen, Alzheimer, Kontaktdermatitis 

• Vanadium: Bronchitiden, kanzerogen? 

• Chrom: Schleimhautgeschwüre, Kontaktdermatitis, 

kanzerogen (Lungenkrebs) 

• Aluminium: Osteomalazie, mikrozytäre Anämie, 

Enzephalopathie 

• Beryllium: Metalldampffieber, toxische Pneumonie, 

Beryllosis, kanzerogen im Tierversuch: Lungenkrebs 


Metalle 

im Körper 

www.g-netz.de 

www.jointreplacement.com 


Vorteile: 

• hohe Zugfestigkeit 

• hoher Abriebwiderstand 

(z.B.TiN, ZrO 2 ) 

• Sterilisierbarkeit 

• keine galvanischen 

Korrosionsprobleme bei 

Kombination von Cound 

Ti-Legierungen 

• Prothesenbrüche eher 

selten –hohe 

Schadenstoleranz 

Metallische Implantate 

Nachteile: 

• hoher E-Modul/mechanische 

Inkompatibilität 

• geringere Biokompatibilität 

• Korrosion 

• hohe Dichte 



-Mechanische Eigenschaften- 


Mechanische Eigenschaften 

FG 

[N/mm 2 ] 

E 

[10 3 N/mm 2 ] 

Lehrstuhl Metallische Werkstoffe 21 Mathias Galetz, Universität Bayreuth 

FG/E 

[%] 

(FG) 2 /E 

[10 6 J/m 2 ] 

Kortikaler Knochen 150 20 0,75 1,1 

Kaltverformter rostfreier Stahl 730 190 0,38 2,8 

Geschmiedete 

CoCrMo-Legierung 

1000 230 0,43 4,3 

Kaltverformtes cp-Titan (Grade 4) 690 105 0,66 4,5 

Ti6Al4V 940 110 0,85 8,0 

Ti5Al2,5Fe 915 110 0,83 7,6 

Ti6Al7Nb 920 110 0,84 7,7 

FG= Fließgrenze E= Elastizitätsmodul FG/E= zulässige Dehnung 

(FG) 2 /E= Arbeitsvermögen= Energiedichte


-Anforderungen- 

Eignung der Biomaterialien aus den Werkstoffklassen Metalle, Polymere und Keramik für 

verschiedene Belastungsarten 



-Anforderungen- 

BF=Ermüdungsfestigkeit/Elastizitätsmodul 

Biofunktionalität (BF) metallischer Biomaterialien 



-Anwendungen- 

Anwendungen Teile 


Stähle 

316L, 1.4441 

REX 734 

Ni-frei CrMn 

Co- 

Basis- 

Leg. 

CoCr28Mo6 

CoNiCrMo 

Cp-Ti Ti-Leg. 

Grade 1,2 

Grade 4 

TiAl6V4 

(ELI) 

TiAl6Nb7 

Hüfte, Knie, Schulter X X X X X 

Endoprothesen 

Kugeln X X X X 

Pfannen X 

Knochenplatten, Schrauben X X X X 

Osteosynthese 

Nägel X X X X X 

Rückgrat X X X X 

Kiefer- und Zahn- Implantate, Suprakonstruktionen X X X X 

implantologie Orthodontische Drähte X X X X 

Schrittmacher 

Gehäuse 

Elektroden, Zuleitungen X 

X 

Intravaskuläre Stents Intraprostatic spirals X 

TiAl3V2,5 

Shape 

Memory 

NiTi

Eigenschaften 

Werkstoffe Norm Qualität Behandlung Zugfestigkeit Bruchdehnung 

Stähle 

Co-Basisleg. 

Titan 

Stähle 

Co-Basisleg. 

5832-1 1 (1.4441) 490-690 40 

5832-9 REX 734 740 35 

1.4452 P 2000 (i.E.)* 980 55 

5832-6 CoNiCrMo 800 40 

5832-8 CoNiCrMoFe 600 50 

5832-12 

5832-2 

Co Cr28 Mo6 

Grade 1 

geglüht 

750 

240 24 

5832-2 Grade 2 345 20 

5832-2 Grade 3 450 18 

5832-2 Grade 4 550 15 

5832-3 Ti Al6 V4 860 10 

5832-11 Ti Al6 Nb7 

900 10 

5832-1 1 (1.4441) 860 12 

5832-9 REX 734 1060 12 

1.4452 

5832-6 

P 2000 (i.E)* 

CoNiCrMo 

kaltverformt 

1200 

1200 

12 

10 

5832-8 CoNiCrMoFe 1310 12 

5832-12 Co Cr28 Mo6 

1172 12 

Titan 

CoCrMo 

316 (Stahl) 

Dichte g/cm 3 


4,5 

8,3 

7,9

Werkstoffe 

Stähle 

Co-Basis- Legierungen 

Titan 

Normen und Preise 

Qualität 

X2 CrNiMo I8 I5 3 

REX 734 

P 2000 

Co Cr28Mo6 

CoNiCrMo 

CoNiCrMoWFe 

Grade I – 4 

TiAl6V4 (ELI) 

TiAl6Nb7 

ISO 5832 – 1 

ISO 5832 – 9 

DIN 1.4452 

ISO 5832 – 9 

ISO 5832 – 6 

ISO 5832 – 8 

ISO 5832 – 2 

ISO 5832 – 3 

ISO 5832 -11 

ASTM F I537 

ASTM F 562 

ASTM F 563 

ASTM F 67 

ASTM F I36 

ASTM F I295 


Norm 

ASTM F I38 

ASTM F I586 

- 

Preis für Rundmaterial 30 

mm Ø €/kg 

10,20 

15,31 

20,41 

71,43 

66,33 

66,33 

30,61 

35,71 

40,82

Stahlimplantate 

-Anwendungen- 

Interne Fixationssysteme 

Fixateur externe 

Rostfreier Stahl (316LVM) http://www.arge-med.de/HK.htm 


Stahlimplantate 

-Aufbau- 

Hauptsächlich hochlegierter Stahl mit 17-20% Chrom, 12-14% Nickel und 2-4% 

Molybdän. Austenitische Kristallstruktur. 

Niedriger Kohlenstoffgehalt (max. 0.03%) verhindert die Ausscheidung von 

Chromkarbid an den Korngrenzen und fördert Beständigkeit gegen 

interkristalline Spannungsrisskorrosion. Durch Zulegieren von 2-4 Gew.% 

Molybdän wird die Beständigkeit gegen Lochfraßkorrosion erhöht. 

Duplexstähle (25Cr-7Ni-4Mo-N): höherer Molybdän- und Stickstoffgehalt als 

die austenitischen Stähle und somit beständiger gegen Lochfraß- und 

Spaltkorrosion. 


Stähle für die Implantologie 

-Nichtrostende austenitische Stähle- 

Zusammensetzung von Stählen für die Implantologie 

Eigenschaften von Stählen für die Implantologie 


Zusammenfassung Stähle 

• Austenitische Cr-Ni-Stähle 

• Hohe Festigkeit 

• Gut geeignet für Kurzzeitanwendungen 

• Spannungskorrosionsanfällig – verliert Festigkeit 


Hüftkopf 

CoCrMo-Implantate 

-Anwendungen- 

Kniegelenk-Tibia-Tray, 

bicondylär 

Kniegelenk, 

Femurkomponente, 

bicondylär 

http://www.isp-gmbh-luebeck.de/frameset.html 



-Anwendungen- 

Co-Cr mit TiNbN-Beschichtung 


CoCr-Legierungen 

• CoCrMo-Gusslegierungen: Ausscheidungen des Typs M 23C 6 (Cr und Mo) in kubisch flächenzentrierten 

Matrix. Mischkarbide an Dendriten ⇒ hohe Abriebbeständigkeit 

– nachträgliches Diffusionsglühen (1220 – 1230°C, 1h) verbessert Zähigkeit (zu hohe Glühtemperaturen: 

nachteiliger Effekt auf Festigkeit). 

• CoCrMo-Schmiedelegierungen: kleine Korngröße und feine Karbidverteilung. 

⇒ hohe Ermüdungsfestigkeit 

• Anwendung: Hüftgelenk-Endoprothetik. 

• CoCrWNi-Legierungen: geringer Kohlenstoffgehalt ⇒ feinkörniges einphasiges Gefüge (kubischflächenzentrierte 

Mischkristalle). 

• Anwendung: Endoprothesen und chirurgische Instrumente 

• CoNiCrMo-Legierungen: kubisch-flächenzentriertes Gefüge, mechanische Verformung unterhalb 425°C 

induziert Bildung von Bereichen mit hexagonaler Struktur in der metastabilen, kubisch-flächenzentrierten 

Matrix. 

– Hohe Festigkeit und Zähigkeit. 

– Genügt nicht den Anforderungen an die Verschleissbeständigkeit für Endoprothesen-Kugeln ⇒ lediglich 

Schäfte. (Kugeln werden aus CoCrMo-Gusslegierung hergestellt und verschweißt.) 


Korrosionsbeständigkeit 

Trotz geringer Anfälligkeit auf allgemeine flächige Korrosion wurde bei 

CoCr-Legierungen beobachtet, dass Ionen in Lösung gehen und erhöhte 

Metallionenkonzentration im Blut verursachen. 

– Kombination von CoCr-Legierungen mit rostfreien Stählen: deutliche 

Korrosion der Stahlkomponente 

– Kombinationen von unterschiedlichen CoCr-Legie-rungen: kein 

Angriff durch galvanische Korrosion 

– keine Lochfraß- und Spaltkorrosion bei CoCr-Implantaten 

– über Empfindlichkeit auf Spannungsrisskorrosion 

und Korrosionsermüdung ist wenig bekannt 

– Korrosionsrate von CoCrMo-Legierungen: rund 26 µgcm²d -1 


CoCrMo-Legierungen 

* Legierung für Zahnrestauration ( Co + Cr ≥ 85 %, Cr + Mo + Ti ≥25%, Be ≤0,01%) 

Zusammensetzung von Gusslegierungen 

Zusammensetzung von Schmiedelegierungen 


CoCrMo-Legierungen 

* Legierung für Zahnrestauration ( Co + Cr ≥ 85 %, Cr + Mo + Ti ≥25%, Be ≤0,01%) 

Zusammensetzung von Gusslegierungen 

Zusammensetzung von Schmiedelegierungen 


Behandlung 

Weichgelüht 

Kaltverformt (17,5%) 

Kaltverformt (4%) 

Kaltverformt 


-Eigenschaften- 

Dehngrenze 

(MPa) 

450-650 

1180 

1610 

1300 

Zugfestigkeit 

(MPa) 

950-1200 


1350 

1900 

1520 

Dehnung/ 

Zugfestigikei 

0,47-0,54 

0,87 

0,85 

0.85 

Bruchdehnung 

(%) 

37-60 

Mechanische Eigenschaften der Legierung Co20Cr15W10Ni in Abhängigkeit der 

Kaltverformung 

22 

10 

---

Zusammenfassung CoCr-Legierungen 

• Hohe Festigkeit 

• Langzeitstabil 

• Relativ verschleißfest 

• Co, Cr und Ni-Ionen können freigesetzt werden – 

bei Einsatz in Reibsystemen 


Hüftgelenksschäfte 

Titanimplantate 

-Anwendungen- 

Hüftgelenkspfannen 

(zementlose Implantation) 

http://www.peter-brehm.de 

Zimmer 



-Anwendungen- 

Zahnimplantate aus (Hydroxylapatit-beschichtetem) Titan 



-Anwendungen- 

Künstliches Herz Tibianägel 


Reintitan, cp 

(commercially pure) 

Hexagonale 

Gitterstruktur 

(alpha) 


-Titan(legierungen)- 

Titanlegierungen (zweiphasig) 

Alpha/Beta- 

Legierungen 

(nahe) Beta- 

Legierungen 

Kubisch-Raumzentriert 

(beta) – 50% 

Vorteile: extreme Korrosionsbeständigkeit, niedriger E-modul (80-120 GPa), 

hohe Dauerfestigkeit 


Titan 

Reines Titan (commercially pure (cp) titanium) und die Legierung TiAL6V4 

cp Titan: unlegiertes Titan (a-Titan mit hexagonal dichtest gepackter 

Kristallstruktur) mit geringer Konzentration an Verunreinigungselementen 

wie Kohlenstoff, Eisen oder Sauerstoff. 

• hoher Schmelzpunkt - Vakuumofen - Tiegellos 

• geringe Festigkeit, hohe Zähigkeit 

TiAI6V4 : durch nachträgliche Wärmebehandlung ⇒ 

Zweiphasenlegierung mit gleichmäßiger Verteilung der 

Mischkristallphasen 

• erhöhte Festigkeit und verbesserte Ermüdungseigenschaften 

• im gegossenen Zustand nach der Abkühlung: lamellare Duplexstruktur 

(a- und b-Lamellen) 


cp- Titan 

Grade I 

Grade II 

Grade III 

Grade IV 

cp-Titan 

Grade I 

Grade II 

Grade III 

Grade IV 

Fe max. 

0,2 

0,25 

0,3 

0,35 

Zustand 

Platte 

wie 

gewalzt 

Reintitan 

-Zusammensetzung und mech. Eigenschaften- 

O approx. 

0,1 

0,2 

0,25 

0,3 

R p0,2 

(MPa) 

200 

250 

320 

390 

N max. 

0,05 

0,06 

0,06 

0,07 

R m (MPa) 

290-410 

390-540 

460-590 

540-740 

C max. 

0,08 

0,08 

0,1 

0,1 

R p02 /R m 

0,49-0,69 

0,46-0,64 

0,54-0,7 

0,53-0,72 

H max. 

0,013 

0,013 

0,013 

0,013 

Bruchdehnung 

(%) 

chemische 

Zusammensetzung von cp- 

Titan (wt-%). 


30 

22 

18 

16 

mech. Eigenschaften von cp-Titan 

Brucheinschnürung 

(%) 

35 

30 

30 

30

Alloy 

Ti6Al4V 

Ti5Al2.5Fe 

Ti6Al7Nb 

Al 

5,5-6,75 

4,5-5,5 

5,5-6,5 

V 

3,5-4,5 

-- 

-- 

Titanlegierungen 

-Zusammensetzung- 

Fe 

0,3 

2,0- 

0,25 

Nb 

-- 

-- 

6,5-7,5 

Ta 

-- 

-- 

0,5 

0,009 


0,2 

0,2 

0,2 

0,05 

0,05 

0,05 

0,08 

0,08 

0,08 

Zusammensetzung (Gew.-%)von α-β-Legierungen 

Eigenschaften von α-β-Legierungen 

O 

N 

C 

H 

0,015 

0,015 

Single 

0,1 

0,1 

-- 

Summe 

0,4 

0,4 

--

Legierung 

Ti15Mo5Zr3Al 

Ti12Mo5Zr5Sn 

Ti30Nb 

Ti30Ta 

β -Legierungen 

-Zusammensetzung und Eigenschaften - 

Al 

3,8 

Mo 

15 

11,5 

4,5 


5 

Zr 

Zusammensetzung (Gew.-%) von β- und nahe β Legierungen (ca. 50% alpha) 

30 

Ta 

(Experimentelle Legierungen) 

Noch in der Versuchsphase: Vanadiumfrei, Hoch- und dauerfest 

Nb 

30 

Sn 

4,5

Titan 

-Oberflächenbeschichtung von TiAl6V4- 

_________________________________________________________ 

Total Weight loss Ti V 

Material Combination (µg) (µg) (µg) 

___________________________________________________________________________ 

Untreated- untreated 2423 2925 78,5 

Untreated- nitrogen ion implanted 1295 1260 31,2 

Untreated- PVD coated with TiN 1002 902 15,0 

Untreated- plasma ion nitrided 807 716 6,4 

PVD- PVD 713 470 8,5 

Plasma ion nitrided- plasma ion nitrided 273 87 0,5 

___________________________________________________________________________ 

Testing conditions: plate screw system with a micromotion of 100 µm, 

14 days at 1 Hz for 1 200 000 cycles, 

Testing medium was calf serum solution 


Zusammenfassung Titan 

• DAS Biometall, da 

bioaktiv nicht nur bioinert 

TiO 2-Schicht stabil, selten 

Ionenfreisetzung 

• Hohe spezifische 

Eigenschaften 

• Schlechte 

Verschleißeigenschaften 

Knochenanlagerung 

anTitan 


Weitere Metalle in der Medizin 

-Zirkonium- 

Ähnlich biokompatibel 

wie Titan 

-Oberfläche aus extrem 

verschleißfesten ZrO 2 

-aufoxidierbar 

- Ist erst seit einigen 

Jahren frei von 

Restradioaktivität 

herstellbar 


- Sehr gute 

Biokompatibilität 


-Tantal- 

- Hoch Korrosionsfest 

- Tantalschaum hat ähnliche 

Eigenschaften wie 

Knochenkortikalis 

- Extrem teuer – noch kaum 

Anwendung 



- Platin, Iridium, Niob - 

Hüftkopf aus TiAl6V4 mit 

Niobbeschichtung 

Lidimplantate aus einer 

Platin-Iridiumlegierung 

http://www.arge-med.de/HK.htm 


Formgedächtnislegierungen 

-Anwendungen- 

Anwendungen von Formgedächtnislegierungen (Superplastizität) in der Kieferorthopädie 



-TiNi- 

z.B. Ti-56Ni 

Weitere Legierungselemente: 

Eisen: 0,5-3 % 

Kupfer: 1,0-10 % 

Chrom: 0,1-1,0 % 

Kobalt 0,1-2,0 % 

Vanadium: 1,0-8,0 % 

Niob: 5,0-15 % 

Phasendiagramm Titan-Nickel Einfluss von Verunreinigungen und Legierungselementen 



-Mikrostruktur- 


- Bildung von mechanisch 

induziertem Martensit 

- Temperatur unter M d 


-Superelastizität- 

Ausgangszustand (Austenit) 

Unter Last (Martensit) 

Endzustand (Austenit) 



-Superelastizität- 

Vergleich von konventioneller Elastizität und Superelastizität 



-Anwendungen- 



-Einwegeffekt- 

Ausgangsform 

Nach Verformung 

Nach Erwärmung 

Nach Abkühlen 



-Osteosyntheseklammern- 



-Anwendung- 

Stents – 

•Selbstausdehnend (Superelastisch) 

•Ausdehnung durch Ballon im Martensitischen Zustand 

•Ausdehnung durch Shape.Memory-Effekt durch leichte Erwährmung 



-Filter in Adern- 


Amalgam 

- Zusammensetzung der Legierungen zur Herstellung- 

Historischer Überblick: 

1826 Entwicklung des Quecksilberamalgams durch Taveau in 

Paris 

1840 Amalgamverbot wegen der dabei auftretenden 

Quecksilberdampfvergiftung 

1855 Wiederzulassung 

1926 Der Chemiker A. Stock aus dem Kaiser-Wilhelm-Institut 

warnt erneut vor Quecksilberamalgam ("Die Gefährlichkeit 

des Quecksilberdampfes und der Amalgame") und beschrieb 

1939 die chronische Vergiftung infolge der Instabilität des 

Amalgams. 

1985 Verbot des Amalgams im Ostblock und Amalgamverzicht in 

Japan 

1997 Verbot in Schweden 

Aktuell Verbot in Österreich angekündigt 


Amalgam 

- Zusammensetzung der Legierungen zur Herstellung- 

Zusammensetzung Legierungspulver: 

Element 

Silber 

Zinn 

Kupfer 

Hg ca. 53% 

Legierungpulver ca. 47% 

konventionell 

min. 40% 

max. 32% 

max 30% 

Hochsilberamalgan 

65-70% 

24-30% 

12% 

Niedrigsilberamalgan 


55-60% 

24-30% 

12-15% 

Zusammensetzung von Legierungspulvern zur 

Herstellung von Amalgam 

Kupferreich 

40-50% 

24-30% 

20-30% 

http://www.free.de/WiLa/derik/Amalgam.html

Amalgam 

-Reaktionen beim Aushärten- 

a) Legierungen mit niedrigem Kupfer-Anteil (alte Legierungen) 

Ag 3 Sn + Hg � Ag 2 Hg 3 + Sn 7-8 Hg + Ag 3 Sn 

γ + Hg � γ 1 + γ 2 + γ (nicht reagiert) 

b) Legierungen mit hohem Kupfer-Gehalt 

1. Schritt: Ag 3 Sn + Hg � Ag 2 Hg 3 + Sn 7-8 Hg + Ag 3 Sn 

γ + Hg � γ 1 + γ 2 + γ (nicht reagiert) 

2. Schritt: Sn 7-8 Hg + Ag-Cu � Cu 6 Sn 5 + Ag 2 Hg 3 

γ 2 + Ag-Cu � Cu 6 Sn 5 + γ 1 Aushärtung von Amalgam 

Amalgame entstehen durch Vermischen etwa gleicher Gewichtsanteile von Metalllegierungen 

(Legierungspulver, -kugeln, -splitter, -späne) mit dem bei Raumtemperatur flüssigen Quecksilber (Hg) 


Amalgam 

-Toxische Eigenschaften- 

• Cu verdrängt Zink, dadurch wird vor allem die Ausscheidung 

von Schwermetallen durch zinkhaltige Enzyme aus dem Körper gestört 

• Entstehung von Methylquecksilber (hochtoxisch mit schleichenden Symptomen) 

• Hg selbst hemmt die Na(+)-K(+)-ATPase. Dieses Enzym regelt den osmotischen 

Druckausgleich in der Zelle durch aktiven Transport von Kalium- und 

Natriumionen, wobei es große Mengen an ATP verbraucht;. 

• Symptome: 

Antriebslosigkeit, Kopfschmerzen, Magen-Darmbeschwerden, Schwindel, Zittern, 

Gedächtnisstörungen, Schlafstörungen, Muskelschwäche, Rückenschmerzen, 

Allergie, Nervosität, Apathie wechselnd mit Gereiztheit, Depression, Ataxie, 

Lähmungen, Pelzigkeitsgefühle, Hör- und Sehstörungen, Infektanfälligkeit, 

Herzrhythmusstörungen, Anämie 


Goldinlays 

Legierungen aus Gold, Silber, Platin, Kupfer, Palladium 

Sehr gut verträglich – bei Einsatz in der Mundhöhle 

Keine Korrosion 

Wird einzementiert 

Hohe Dichte 

Niedrige Festigkeit 

!Nie gemeinsam mit Amalgam – Kontaktkorrosion! 

http://www.tarzahn.de/Zahnfuellungen.html 


Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! 


Literatur 

• Biehl, V, Brem, J.: „Metallic Biomaterials“, in: Mat.-wiss. u. Werkstofftechnik 32 

(2001) 

• Compe, E. C.; Dental Biomaterials 

• Black, J.; Biomaterials Properties 

• Helsen, J.A.; Metals as Biomaterials 

• Lipscomb, I.P.; The Application of Shape Memory Aloys in Medicine

Metallische Implantatwerkstoffe - Lehrstuhl Metallische Werkstoffe ...

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