Медицинские инструменты
Сабитов В.Х.
Медицина, 1985 г.
III.5. Материалы для изготовления хирургических имплантатов
Хирургические имплантаты — это изделия, вводимые в организм для выполнения каких-либо его функций в течение длительного времени. Наиболее распространенной разновидностью их являются элементы для соединения отломков костей. Другим видом имплантата являются трахеотомические трубки.
Хирургические имплантаты подвергаются значительным изгибающим, растягивающим, сжимающим, скручивающим и истирающим нагрузкам, агрессивному воздействию биологических сред.
Имплантаты могут выходить из строя вследствие коррозионного воздействия, деформации или разрушения под действием механических нагрузок; может произойти отторжение имплантата биологической тканью.
Условия работы и характер выхода из строя определяют требования, предъявляемые к химическому составу, структуре и свойствам металлических материалов для изготовления хирургических имплантатов. Основными требованиями к стали и сплавам для производства хирургических имплантатов являются: высокая биологическая совместимость материала имплантата и тканей живого организма; высокая стойкость к общей, местной, контактной коррозии, коррозии под напряжением; высокие механические свойства и в первую очередь большая усталостная прочность, временное сопротивление разрыву; однофазная стабильная структура.
Для хирургических имплантатов применяют хромоникелевые и хромоникельмолибденовые коррозионно-стойкие стали, сплавы кобальта, тантала, титана, чистые металлы— никель, серебро, титан [Феофилов Р. Н., 1977].
III.6. Материалы для изготовления многолезвийных режущих инструментов
К группе многолезвийных режущих инструментов относятся зубные боры, фрезы и другие стоматологические инструменты. Зубные боры служат для сверления, фрезерования, чистовой обработки зубов и пломб при лечении, пломбировании зубов и для зуботехнических работ. Они работают как режущий инструмент при высоких скоростях резания труднообрабатываемых материалСталь и сплавы для боров должны обладать очень высокой твердостью и износостойкостью. Для этих целей применяют вольфрамовые инструментальные стали высокой твердости марок ХВ5, ХВ4, стали того же класса, но с меньшим содержанием вольфрама, спеченные твердые сплавы на основе карбидов вольфрама, например ВК6-ОМ.
111.7. Материалы для изготовления зондирующих и оттесняющих инструментов
При изготовлении зондирующих и оттесняющих инструментов к стали не предъявляется каких-либо специальных требований. Основным требованием можно считать повышенную коррозионную стойкость. Поэтому эти инструменты изготавливают из коррозионно-стойких и менее дефицитных, дешевых сталей, Обладающих наиболее высокими для данной конструкции технологическими свойствами. Это стали мартенситного класса марки 20X13, мартенситно-ферритного класса — 12X13, латуни с покрытием из хрома и никеля. Применяют также хромоникелевую Сталь аустенитного класса 12Х18Н9Т, титан, можно использовать ферритныестали типа 1X17.
III.8. Материалы для изготовления стержневых стоматологических инструментов
К группе стержневых стоматологических инструментов относятся дрильборы, пульпоэкстракторы, каналонаполнители, буравы корневые, предназначенные для обработкиканала зуба. Эти инструментыработают как пружины под воздействием значительных изгибающих нагрузок, и Сталь для них должна обладать очень высоким сопротивлением малым и большим пластическим деформациям (высокими значениями пределовтекучести и прочности). Применяют пружинную проволоку I—III классов из углеродистых сталей.
111.9. Материалы для изготовления инструментов с особыми свойствами
Микроинструменты, независимо от назначения, характеризуются малыми размерами рабочих частей. Главное требование, предъявляемое к сталям и сплавам для изготовления микроинструментов,— обеспечение возможности формирования и сохранения в процессе изготовления тончайших рабочих частей. Вместе с этим Сталь для изготовления микроинструментов должна быть высокопрочной и коррозионно-стойкой. Этого можно достичь при использовании дисперсионно-твердеющих нержавеющих сталей, упрочняющихся примерно при 500°С, что уменьшает деформацию и глубину обезлегированного слоя при термообработке.
Наиболее рациональным является применение для этих целей высоколегированных коррозионно-стойких дисперснойио-твердеющих (мартенситно-стареющих) сталей. В ряде случаев используют также коррозионно-стойкие стали мартенситного класса — 20X13, 30X13 и аустенитного класса — 12X18Н9Т.
111.10. Углеродистые инструментальные стали
Для изготовления некоторых режущих инструментов (ножниц, ножей, долот, стержневых стоматологических инструментов и др.) применяют сталь, поставляемую по ГОСТ 1435-74 «Сталь инструментальная углеродистая». Для изготовления пружинных элементов используется сталь, поставляемая по ГОСТ 9389-75. Для производства медицинских инструментов применяют марки стали У7А (0,7% углерода), У8А (0,8% углерода), У10А (1% углерода), У12А (1,2% углерода). Для медицинских инструментовСталь применяется в упрочненном, т. с. в закаленном и отпущенном, состоянии. Закалка сталей осуществляется нагревом до 800—840°С с последующим охлаждением в воде, водном растворе соли, щелочи или масле. Отпускматериала проводится нагреванием до 140—200°С в зависимости от требуемой твердости.
Структура стали после закалки и отпуска — мартенсит и в избыточном количестве карбиды. Сталь получает высокую твердость, хорошую режущую способность и износостойкость. Углеродистая Сталь имеет низкую стоимость, не содержит остродефицитных легирующих элементов, обладает высокими технологическими показателями: невысокой твердостью, хорошей обрабатываемостью путем резания в отожженном состоянии. В результате большой пластической деформации из стали можно получать проволоку и ленту высокой прочности. Вместе с тем она имеет существенные недостатки. Прежде всего это ржавеющая сталь, легко поддающаяся коррозии в атмосфере и агрессивных средах*: Она имеет низкую про-каливаемость, что ограничивает ее применение для изготовления режущих инструментов. Б случаях, когда требуется высокая твердость сердцевины, инструменты из углеродистых инструментальных сталей не могут иметь толщину или диаметр рабочей части более 10—12 мм. Необходимость резкогоохлаждения такой стали при закалке усиливает деформацию и вызывает образование трещин. Сталь имеет недостаточно высокую прочность, пониженную вязкость и повышенную хрупкость. Низкая теплостойкость стали может приводить к недопустимо большому снижению твердости после переточки [Геллер Ю. А., 1975]. Эти недостатки углеродистых инструментальных сталей сокращают диапазон их применения для производства медицинских инструментов.
111.11. Легированные инструментальные стали
Из многочисленных марок легированных инструментальных сталей в медико-инструментальной промышленности находит применение для зубных боров Сталь ХВ5, поставляемая по ТУ 14-1-1428-73. В состав ее входят: 1,25—1,45% углерода; 4,0—5,0% вольфрама; 0,40—0,70% хрома; 0,15—0,30% ванадия.
Зубные боры, изготовленные из этой стали, подвергают закалке и отпуску до твердости HRC 60—65 ед. Закалку стали осуществляют нагревом до 820—840°С и последующим охлаждением в воде или нагревом до 840— 860°С и последующим охлаждением в масле. Отпускстали проводят путем нагрева до 150± 10°С.
Структура после закалки и низкого отпуска—мартенсит и в значительном количестве карбиды вольфрама. Сталь после закалки получает очень высокую твердость HRC 60—65 ед., режущую способность и износостойкость. Сталь поставляется в виде серебрянки — шлифованных прутков.
Из-за большого содержания польфрама Сталь дорога и дефицитна. Как и углеродистые инструментальные стали, Сталь ХБ5 имеет весьма низкую коррозионную стойкость, теплостойкость и прокаливаемость, склонна к образованию трещин и хрупкому разрушению.
Необходимость предотвращения образования газонасыщенного слоя на медицинских инструментахприводит к усложнению технологии их производства, причем в ряде случаев приходится отказываться от проведения технологических операций, связанных с высокотемпературным нагревом.
Титановые сплавы имеют тенденцию к перегреву при горячей обработкедавлением и термической обработке, причем последствия перегрева неустранимы. Трудоемок контрольсостояниясплава после термообработки. Сплавытитана дефицитны и дороги. Все это наметило некоторую специфику в использовании титановых сплавов в производстве медицинских инструментов. Наиболее целесообразно применять эти сплавы для изготовления хирургических имплантатов, микроинструментов, ультразвуковых инструментов.
111.13. Рекомендации по выбору сталей
Экономические аспекты применения металлических материалов определяются многими факторами. К их числу относятся:
1. Уровень функциональных свойств инструмента, достигаемый при применении конкретного материала.
2. Надежность и долговечность (срок службы инструмента, изготовленного из конкретного материала).
3. Химический состав, т. е. наличие остродефицитных легирующих элементов.
4. Состояние поставки проката (сортамент), точность изготовления, вид и качество поверхности, назначение, свойства, структура, упаковка и т. д.
5. Стоимость проката.
6. Уровень технологических свойствматериалов применительно к производственным возможностям завода.
7. Конструкция инструмента, объем его производства.
Учет основных факторов позволяет дать в общем виде экономически обоснованные рекомендации по выбору стали и сплавов для изготовления основных типов медицинских инструментов:
1. Для режущих и колющих хирургических инструментов: скальпелей и ножей целесообразно применять рекомендованную ИСО Сталь марки 50X14 МФ; ножниц— Сталь марки 50X14 МФ, Сталь марки 20X13, армированную стеллитом ВЗК; стоматологических инструментов — Сталь марки 40X13; щипцов костных — Сталь марки 40X13 или рекомендованную ИСО Сталь типа 45X13; игл инъекционных — Сталь марки 12Х18Н10Т; игл хирургических и атравматических— Сталь марки 12X13, 20X13.
2. В производстве зажимных инструментов целесообразно использовать для: зажимов — сталь марки 20X13; пинцетов —стали марок 12Х18Н10Т, 20X13; 20X13, армированную спеченным твердым сплавом типа
взк;
— иглодержателей, браншей — сталь марки 20X13;
— рабочих поверхностей зажимных инструментов — упрочнения коррозионно-стойким твердым сплавом СНГН;
— щипцов —сталь марки 20X13.
3. Для производства деталей, инструментов, приспособлений и принадлежностей целесообразно использовать Сталь марок 12X13 и 20X13.
4. Для изготовления хирургических имплантатов следует использовать титан, его сплавы, nbsp; сталь марки 03Х18Н13М3, сплавы кобальта.
5. Для производства зубных боров лучше применять спеченный твердый сплав марки ВК.6-ОМ, Сталь марки ХВ5 или стали с более низким содержанием вольфрама и упрочнением за счет хромирования.
6. Для изготовления зондирующих, оттесняющих и других подобных инструментов целесообразно использовать аустенитную сталь типа 12Х18Н10Т, ферритнуюСталь типа 08X17, Сталь марок 12X13 и 20X13.
7. Для производства микроинструментов подходят мартенситно-стареющие стали типа ЗЭ 90-ВИ, ЭП-853, сплавы титана, Сталь марки 20X13.
8. Для изготовления стержневых стоматологических инструментов целесообразно применять пружинную проволоку из углеродистой или аустенитной хромоникелевой стали.