Το φύλλο τιτανίου έχει αναντικατάστατες εφαρμογές στον αεροδιαστημικό και τον ιατρικό τομέα λόγω της υψηλής αντοχής, του ελαφρού βάρους, της αντοχής στη διάβρωση και της εξαιρετικής βιοσυμβατότητας.Ακολουθεί εξήγηση των ειδικών σεναρίων εφαρμογής, τεχνικές απαιτήσεις και τυπικές περιπτώσεις στους δύο κύριους τομείς:
一Αεροδιαστημικό πεδίο: βασικά υλικά σε ακραία περιβάλλοντα
Φόρμα από τιτάνιοχρησιμοποιείται κυρίως στον τομέα της αεροδιαστημικής για τη μείωση του δομικού βάρους, για στοιχεία ανθεκτικά σε υψηλές θερμοκρασίες/διάβρωση, για την προστασία ηλεκτρονικού εξοπλισμού και για άλλα σενάρια,και πρέπει να πληρούν αυστηρές μηχανικές ιδιότητες και απαιτήσεις προσαρμοστικότητας στο περιβάλλον.
1Δομικά στοιχεία και θερμική προστασία
Σενάρια εφαρμογής:
Χρήση ελαφρών δομικών μερών, όπως δέρματα αεροσκαφών, πτερύγια πτέρυγας και διαχωριστικά του τμήματος του κινητήρααπό φύλλο τιτανίουυψηλή αναλογία αντοχής προς βάρος για τη μείωση του βάρους ολόκληρης της μηχανής (όπως η κράμα τιτανίου της άτρακης του Boeing 787 αντιπροσωπεύει το 15%).
Σφουγγαρίσματα κινητήρων πυραύλων, στρώματα θερμικής προστασίας διαστημικών σκαφών,για την αντίσταση σε υψηλές θερμοκρασίες (> 600°C) και σε αέρια υψηλής πίεσης (όπως το φύλλο από κράμα τιτανίου για το στρώμα μόνωσης των κινητήρων πυραύλων SpaceX Falcon).
Τεχνικές απαιτήσεις:
Δυνατότητα τέντωσης ≥ 800MPa, επιμήκυνση ≥ 10% και πρέπει να περάσουν δοκιμές κόπωσης (συμπεριλαμβανομένης της προσομοίωσης δεκάδων χιλιάδων κύκλων απογείωσης και προσγείωσης/πτήσης).
Αντίσταση στην οξείδωση σε υψηλές θερμοκρασίες: μακροχρόνια λειτουργία σε θερμοκρασία 500°C, πάχος στρώματος οξειδίου επιφάνειας < 5μm.
2Ηλεκτρονικός εξοπλισμός και ηλεκτρομαγνητική προστασία
Σενάρια εφαρμογής:
Electromagnetic shielding covers of satellite communication equipment and radar systems use the conductivity of titanium foil (electrical conductivity is about 18% of copper) to block external interference.
Το υποστρώμα διάσπασης θερμότητας του εξοπλισμού αεροηλεκτρονικής συνδυάζειφύλλο τιτανίουμε κεραμικά/μεταλλικά σύνθετα υλικά για την επίτευξη υψηλής θερμικής αγωγιμότητας (θερμική αγωγιμότητα ≈15W/m・K) και συμβατότητας με την μόνωση.
Τεχνικές απαιτήσεις:
Διάταξη της ανάλυσης των διακυμάνσεων της οπτικής ακτινοβολίας
3- Σφραγισμός και σύνδεση σε ακραίες συνθήκες
Σενάρια εφαρμογής:
Σφραγιστικά συμπίεσης των συστημάτων καυσίμων αεροκινητήρων, ανθεκτικά στη διάβρωση και τις δονήσεις από πετρέλαιο πετρελαίου αεροσκαφών. Σφραγιστικές λωρίδες χαρτιού των καταπακτών κενού των διαστημικών σκαφών για την αποτροπή διαρροής αερίου.
Οι αντι-απολυσσόμενοι πλυντήρες στις βρόχτες χρησιμοποιούν το αποτέλεσμα μνήμης τουφύλλο τιτανίου(διατήρηση προφόρτωσης μετά από μικρή πλαστική παραμόρφωση).
Τυπική περίπτωση:
Η σφραγίδα από φύλλο από κράμα τιτανίου του Airbus A350 XWB μειώνει το ποσοστό διαρροής του συστήματος καυσίμου κατά περισσότερο από 90%.
二Ιατρικό πεδίο: διπλά κριτήρια αναφοράς ασφάλειας και επιδόσεων
Στο ιατρικό πεδίο, το φύλλο τιτανίου επικεντρώνεται σε εμφυτεύσιμες συσκευές, χειρουργικά εργαλεία ακριβείας και εξοπλισμό in vitro.αντοχή στη διάβρωση από σωματικά υγρά, και την ακρίβεια επεξεργασίας.
1. Εμφυτεύσιμα ιατρικά προϊόντα
Σενάρια εφαρμογής:
Ορθοπεδικά εμφυτεύματα: όπως πλέγμα τιτανίου για συσκευές αποκατάστασης κρανίου και σπονδυλικής σύντηξης (το φύλλο τιτανίου σφραγίζεται σε πορώδη δομή για την προώθηση της ανάπτυξης των οστικών κυττάρων),με τη χρήση της οστεοοδηγικότητας του τιτανίου (η αντοχή σύνδεσης με τα ανθρώπινα οστά είναι μεγαλύτερη από 30MPa).
Στέντ καρδιάς: Υπερ λεπτή φύλλα τιτανίου (δυναμικότητα 0,05 - 0,1 mm) κόβονται σε δομή πλέγματος με λέιζερ για να υποστηρίξουν τα αιμοφόρα αγγεία και να διατηρήσουν την ευελιξία (δυνάμωση ακτινικής υποστήριξης ≥ 5N/mm).
Τεχνικά πρότυπα:
Πρέπει να συμμορφώνεται με το πρότυπο ISO 5832-2 (τίτανιο και κράματα τιτανίου για χειρουργικά εμφυτεύματα), καθαρότητα ≥ 99,5%, περιεκτικότητα σε προσμείξεις (όπως Fe, C, N) ≤ 0,3%.
Η επιφάνεια πρέπει να ηλεκτροφθαλμίζεται (ακαμψία Ra ≤ 0,2μm) και να υποβάλλεται σε επεξεργασία πλάσματος για την ενίσχυση της προσκόλλησης των κυττάρων.
2Χειρουργικά όργανα ακριβείας.
Σενάρια εφαρμογής:
Μικροχειρουργικές λεπίδες ( πάχος ≤ 0, 02 mm), ενδοσκοπικές πιέσεις βιοψίας, χρησιμοποιώντας την υψηλή σκληρότητα (HV ≥ 200) και αντοχή στην κόπωση του φύλλου τιτανίου (επαναλαμβανόμενο άνοιγμα και κλείσιμο 100,000 φορές χωρίς παραμόρφωση).
Μέρη σύνδεσης της βάσης των οδοντικών εμφυτευμάτων, με φύλλο τιτανίου που σφραγίζεται σε νήματα σε επίπεδο μικρών, με ακρίβεια αντιστοίχισης ± 5μm.
Δυσκολίες επεξεργασίας:
Απαιτούνται τεχνολογία μικροτυποποίησης (ακρίβεια μούχλας ± 1μm) και ηλεκτροσπάγκο για την αποφυγή υποβάθμισης των επιδόσεων λόγω υπερθέρμανσης του υλικού.
3Ιατρικό εξοπλισμό in vitro
Σενάρια εφαρμογής:
Ηλεκτροδικό φύλλο φορητού μετρητή γλυκόζης αίματος, πλατίνα/ειρίδιο επικάλυψη στην επιφάνεια από φύλλο τιτανίου,βελτίωση της ηλεκτροχημικής σταθερότητας (κατάρρευση ρεύματος < 5% μετά από 500 κύκλους δοκιμής κυκλικής βολταμετρίας).
Το περίβλημα από κράμα τιτανίου του διαλύτη μπορεί να αντέξει την απολύμανση με διάλυμα υποχλωριτίου νατρίου (ποσοστό διάβρωσης < 0,001 mm/έτος σε συγκέντρωση 2000 ppm).
Τυπική περίπτωση:
Η καρδιακή βαλβίδα με το διακαθετήρα CoreValve της Medtronic χρησιμοποιείφύλλο τιτανίουΤο ποσοστό διαπερατότητας είναι πάνω από 95% 10 χρόνια μετά την επέμβαση.
三Κεντρικές τεχνολογικές προκλήσεις και τάσεις ανάπτυξης
1Αεροδιαστημικό πεδίο
Προκλήσεις:
Ομοιόμορφη έλξη εξαιρετικά λεπτού φύλλου τιτανίου (< 0,05 mm): πρέπει να αναπτυχθεί διαδικασία λίπανσης σε νανοεπίπεδο (όπως η λίπανση ιόντων υγρών) για τη μείωση των διακυμάνσεων πάχους.
Αντιοξειδωτική επικάλυψη σε περιβάλλον υψηλών θερμοκρασιών: Έρευνα για σύνθετη επικάλυψη από νιτρικό τιτάνιο (TiN) / οξείδιο του αλουμινίου (Al2O3) για την αύξηση του ορίου αντοχής θερμοκρασίας σε άνω των 800 °C.
Τρέντα:
3D εκτύπωση στρωμένων δομών από φύλλο τιτανίου (όπως η τεχνολογία τήξης δέσμης ηλεκτρονίων) για την κατασκευή εξαρτημάτων θερμικής διαχείρισης για σύνθετες κοιλότητες.
2- Ιατρικό πεδίο.
Προκλήσεις:
Αντιβακτηριακή τροποποίηση φύλλου τιτανίου: με εμβολιασμό επιφάνειας ιόντων αργύρου/νανοοξειδίου του ψευδαργύρου, το ποσοστό αντιβακτηριακής δράσης εντός 24 ωρών είναι > 99%.
Ανάπτυξη αποδοτικού φύλλου τιτανίου: Έρευνα για κράμα τιτανίου-μαγνησίου-καλσίου, έλεγχος του ρυθμού αποδόμησης σε 0,01-0,1 mm/έτος, κατάλληλο για προσωρινές συσκευές υποστήριξης.
Τρέντα:
Το φύλλο τιτανίου αποτελείται από βιοδραστικά υλικά (όπως υδροξυαπατίτης) για να κατασκευάσει μια βιονική οστική διεπαφή και να συντομεύσει τον κύκλο επούλωσης των εμφυτευμάτων.
Σύνοψη
Η εφαρμογή του φύλλου τιτανίου στους τομείς της αεροδιαστημικής και της ιατρικής είναι ουσιαστικά μια ακριβής αντιστοιχία μεταξύ των επιδόσεων του υλικού και των απαιτήσεων σεναρίου:το πεδίο της αεροδιαστημικής επικεντρώνεται στην αξιοπιστία σε ακραία περιβάλλονταΜε την πρόοδο της νανοεπεξεργασίας και των τεχνολογιών επιφανειακής μηχανικής, οι επιστήμονες έχουν καταλήξει ναΤο φύλλο τιτανίου θα ανοίξει περισσότερες δυνατότητες σε προηγμένους τομείς, όπως τα επαναχρησιμοποιήσιμα διαστημικά σκάφη και τα αποδοτικά ιατρικά εμφυτεύματα.
Το φύλλο τιτανίου έχει αναντικατάστατες εφαρμογές στον αεροδιαστημικό και τον ιατρικό τομέα λόγω της υψηλής αντοχής, του ελαφρού βάρους, της αντοχής στη διάβρωση και της εξαιρετικής βιοσυμβατότητας.Ακολουθεί εξήγηση των ειδικών σεναρίων εφαρμογής, τεχνικές απαιτήσεις και τυπικές περιπτώσεις στους δύο κύριους τομείς:
一Αεροδιαστημικό πεδίο: βασικά υλικά σε ακραία περιβάλλοντα
Φόρμα από τιτάνιοχρησιμοποιείται κυρίως στον τομέα της αεροδιαστημικής για τη μείωση του δομικού βάρους, για στοιχεία ανθεκτικά σε υψηλές θερμοκρασίες/διάβρωση, για την προστασία ηλεκτρονικού εξοπλισμού και για άλλα σενάρια,και πρέπει να πληρούν αυστηρές μηχανικές ιδιότητες και απαιτήσεις προσαρμοστικότητας στο περιβάλλον.
1Δομικά στοιχεία και θερμική προστασία
Σενάρια εφαρμογής:
Χρήση ελαφρών δομικών μερών, όπως δέρματα αεροσκαφών, πτερύγια πτέρυγας και διαχωριστικά του τμήματος του κινητήρααπό φύλλο τιτανίουυψηλή αναλογία αντοχής προς βάρος για τη μείωση του βάρους ολόκληρης της μηχανής (όπως η κράμα τιτανίου της άτρακης του Boeing 787 αντιπροσωπεύει το 15%).
Σφουγγαρίσματα κινητήρων πυραύλων, στρώματα θερμικής προστασίας διαστημικών σκαφών,για την αντίσταση σε υψηλές θερμοκρασίες (> 600°C) και σε αέρια υψηλής πίεσης (όπως το φύλλο από κράμα τιτανίου για το στρώμα μόνωσης των κινητήρων πυραύλων SpaceX Falcon).
Τεχνικές απαιτήσεις:
Δυνατότητα τέντωσης ≥ 800MPa, επιμήκυνση ≥ 10% και πρέπει να περάσουν δοκιμές κόπωσης (συμπεριλαμβανομένης της προσομοίωσης δεκάδων χιλιάδων κύκλων απογείωσης και προσγείωσης/πτήσης).
Αντίσταση στην οξείδωση σε υψηλές θερμοκρασίες: μακροχρόνια λειτουργία σε θερμοκρασία 500°C, πάχος στρώματος οξειδίου επιφάνειας < 5μm.
2Ηλεκτρονικός εξοπλισμός και ηλεκτρομαγνητική προστασία
Σενάρια εφαρμογής:
Electromagnetic shielding covers of satellite communication equipment and radar systems use the conductivity of titanium foil (electrical conductivity is about 18% of copper) to block external interference.
Το υποστρώμα διάσπασης θερμότητας του εξοπλισμού αεροηλεκτρονικής συνδυάζειφύλλο τιτανίουμε κεραμικά/μεταλλικά σύνθετα υλικά για την επίτευξη υψηλής θερμικής αγωγιμότητας (θερμική αγωγιμότητα ≈15W/m・K) και συμβατότητας με την μόνωση.
Τεχνικές απαιτήσεις:
Διάταξη της ανάλυσης των διακυμάνσεων της οπτικής ακτινοβολίας
3- Σφραγισμός και σύνδεση σε ακραίες συνθήκες
Σενάρια εφαρμογής:
Σφραγιστικά συμπίεσης των συστημάτων καυσίμων αεροκινητήρων, ανθεκτικά στη διάβρωση και τις δονήσεις από πετρέλαιο πετρελαίου αεροσκαφών. Σφραγιστικές λωρίδες χαρτιού των καταπακτών κενού των διαστημικών σκαφών για την αποτροπή διαρροής αερίου.
Οι αντι-απολυσσόμενοι πλυντήρες στις βρόχτες χρησιμοποιούν το αποτέλεσμα μνήμης τουφύλλο τιτανίου(διατήρηση προφόρτωσης μετά από μικρή πλαστική παραμόρφωση).
Τυπική περίπτωση:
Η σφραγίδα από φύλλο από κράμα τιτανίου του Airbus A350 XWB μειώνει το ποσοστό διαρροής του συστήματος καυσίμου κατά περισσότερο από 90%.
二Ιατρικό πεδίο: διπλά κριτήρια αναφοράς ασφάλειας και επιδόσεων
Στο ιατρικό πεδίο, το φύλλο τιτανίου επικεντρώνεται σε εμφυτεύσιμες συσκευές, χειρουργικά εργαλεία ακριβείας και εξοπλισμό in vitro.αντοχή στη διάβρωση από σωματικά υγρά, και την ακρίβεια επεξεργασίας.
1. Εμφυτεύσιμα ιατρικά προϊόντα
Σενάρια εφαρμογής:
Ορθοπεδικά εμφυτεύματα: όπως πλέγμα τιτανίου για συσκευές αποκατάστασης κρανίου και σπονδυλικής σύντηξης (το φύλλο τιτανίου σφραγίζεται σε πορώδη δομή για την προώθηση της ανάπτυξης των οστικών κυττάρων),με τη χρήση της οστεοοδηγικότητας του τιτανίου (η αντοχή σύνδεσης με τα ανθρώπινα οστά είναι μεγαλύτερη από 30MPa).
Στέντ καρδιάς: Υπερ λεπτή φύλλα τιτανίου (δυναμικότητα 0,05 - 0,1 mm) κόβονται σε δομή πλέγματος με λέιζερ για να υποστηρίξουν τα αιμοφόρα αγγεία και να διατηρήσουν την ευελιξία (δυνάμωση ακτινικής υποστήριξης ≥ 5N/mm).
Τεχνικά πρότυπα:
Πρέπει να συμμορφώνεται με το πρότυπο ISO 5832-2 (τίτανιο και κράματα τιτανίου για χειρουργικά εμφυτεύματα), καθαρότητα ≥ 99,5%, περιεκτικότητα σε προσμείξεις (όπως Fe, C, N) ≤ 0,3%.
Η επιφάνεια πρέπει να ηλεκτροφθαλμίζεται (ακαμψία Ra ≤ 0,2μm) και να υποβάλλεται σε επεξεργασία πλάσματος για την ενίσχυση της προσκόλλησης των κυττάρων.
2Χειρουργικά όργανα ακριβείας.
Σενάρια εφαρμογής:
Μικροχειρουργικές λεπίδες ( πάχος ≤ 0, 02 mm), ενδοσκοπικές πιέσεις βιοψίας, χρησιμοποιώντας την υψηλή σκληρότητα (HV ≥ 200) και αντοχή στην κόπωση του φύλλου τιτανίου (επαναλαμβανόμενο άνοιγμα και κλείσιμο 100,000 φορές χωρίς παραμόρφωση).
Μέρη σύνδεσης της βάσης των οδοντικών εμφυτευμάτων, με φύλλο τιτανίου που σφραγίζεται σε νήματα σε επίπεδο μικρών, με ακρίβεια αντιστοίχισης ± 5μm.
Δυσκολίες επεξεργασίας:
Απαιτούνται τεχνολογία μικροτυποποίησης (ακρίβεια μούχλας ± 1μm) και ηλεκτροσπάγκο για την αποφυγή υποβάθμισης των επιδόσεων λόγω υπερθέρμανσης του υλικού.
3Ιατρικό εξοπλισμό in vitro
Σενάρια εφαρμογής:
Ηλεκτροδικό φύλλο φορητού μετρητή γλυκόζης αίματος, πλατίνα/ειρίδιο επικάλυψη στην επιφάνεια από φύλλο τιτανίου,βελτίωση της ηλεκτροχημικής σταθερότητας (κατάρρευση ρεύματος < 5% μετά από 500 κύκλους δοκιμής κυκλικής βολταμετρίας).
Το περίβλημα από κράμα τιτανίου του διαλύτη μπορεί να αντέξει την απολύμανση με διάλυμα υποχλωριτίου νατρίου (ποσοστό διάβρωσης < 0,001 mm/έτος σε συγκέντρωση 2000 ppm).
Τυπική περίπτωση:
Η καρδιακή βαλβίδα με το διακαθετήρα CoreValve της Medtronic χρησιμοποιείφύλλο τιτανίουΤο ποσοστό διαπερατότητας είναι πάνω από 95% 10 χρόνια μετά την επέμβαση.
三Κεντρικές τεχνολογικές προκλήσεις και τάσεις ανάπτυξης
1Αεροδιαστημικό πεδίο
Προκλήσεις:
Ομοιόμορφη έλξη εξαιρετικά λεπτού φύλλου τιτανίου (< 0,05 mm): πρέπει να αναπτυχθεί διαδικασία λίπανσης σε νανοεπίπεδο (όπως η λίπανση ιόντων υγρών) για τη μείωση των διακυμάνσεων πάχους.
Αντιοξειδωτική επικάλυψη σε περιβάλλον υψηλών θερμοκρασιών: Έρευνα για σύνθετη επικάλυψη από νιτρικό τιτάνιο (TiN) / οξείδιο του αλουμινίου (Al2O3) για την αύξηση του ορίου αντοχής θερμοκρασίας σε άνω των 800 °C.
Τρέντα:
3D εκτύπωση στρωμένων δομών από φύλλο τιτανίου (όπως η τεχνολογία τήξης δέσμης ηλεκτρονίων) για την κατασκευή εξαρτημάτων θερμικής διαχείρισης για σύνθετες κοιλότητες.
2- Ιατρικό πεδίο.
Προκλήσεις:
Αντιβακτηριακή τροποποίηση φύλλου τιτανίου: με εμβολιασμό επιφάνειας ιόντων αργύρου/νανοοξειδίου του ψευδαργύρου, το ποσοστό αντιβακτηριακής δράσης εντός 24 ωρών είναι > 99%.
Ανάπτυξη αποδοτικού φύλλου τιτανίου: Έρευνα για κράμα τιτανίου-μαγνησίου-καλσίου, έλεγχος του ρυθμού αποδόμησης σε 0,01-0,1 mm/έτος, κατάλληλο για προσωρινές συσκευές υποστήριξης.
Τρέντα:
Το φύλλο τιτανίου αποτελείται από βιοδραστικά υλικά (όπως υδροξυαπατίτης) για να κατασκευάσει μια βιονική οστική διεπαφή και να συντομεύσει τον κύκλο επούλωσης των εμφυτευμάτων.
Σύνοψη
Η εφαρμογή του φύλλου τιτανίου στους τομείς της αεροδιαστημικής και της ιατρικής είναι ουσιαστικά μια ακριβής αντιστοιχία μεταξύ των επιδόσεων του υλικού και των απαιτήσεων σεναρίου:το πεδίο της αεροδιαστημικής επικεντρώνεται στην αξιοπιστία σε ακραία περιβάλλονταΜε την πρόοδο της νανοεπεξεργασίας και των τεχνολογιών επιφανειακής μηχανικής, οι επιστήμονες έχουν καταλήξει ναΤο φύλλο τιτανίου θα ανοίξει περισσότερες δυνατότητες σε προηγμένους τομείς, όπως τα επαναχρησιμοποιήσιμα διαστημικά σκάφη και τα αποδοτικά ιατρικά εμφυτεύματα.
