Kein Wunder, dass vieles, was gut und teuer sein darf, aus Titan hergestellt wird. Bauteile für die Automobilindustrie, für Luft- und Raumfahrt, Implantate, Fahrräder, Schmuck und sogar Fassaden wie die am weltberühmten Guggenheim-Museum in Bilbao.
Die GfE Metalle und Materialien definiert sich selbst als einen der weltweit führenden Hersteller und Anbieter von Hochleistungsmetallen und -materialien. Im Geschäftsbereich Coating Materials werden mittels Pulvermetallurgie Sputter Targets, Arc-Kathoden und Bedampfungsmaterialien für die verschiedensten Beschichtungstechniken produziert. Eine der bekanntesten Anwendungen ist die Beschichtung von Werkzeugen aus Hartmetall für die spanende Bearbeitung, die aufgrund der oft nur wenige µm dicken Schichten härter und verschleißfester werden. In anderen Anwendungen werden Architekturgläser entspiegelt und vor Witterungseinflüssen geschützt, elektronische Geräte von elektrischen und magnetischen Feldern abgeschirmt, Leiterbahnen aufgebaut oder Implantate aus Kunststoff oder Metall erhalten die notwendige Bioverträglichkeit.
Unter anderem für die Fertigung von hochreinem Titanpulver, das in der Medizintechnik Verwendung findet, entwickelte die GfE die HDH-Technologie. HDH steht dabei für Hydrierung – Dehydrierung, das bedeutet, durch Zusatz von Wasserstoff versprödet der Ausgangsstoff und kann mechanisch zerkleinert werden. Nach diesem Prozessschritt wird das Material in einem thermischen Prozess unter Hochvakuum wieder in den Ursprungszustand zurückversetzt.
Da Titan, das in der Medizintechnik für Beschichtung und Implantate eingesetzt wird, keinerlei ferromagnetisches Material enthalten darf, werden die Chargen nun in einem Säurebeizbad von winzigen Eisenpartikeln, die während des Zerkleinerns von den Mahlkörpern abreiben, befreit und anschließend im Vakuumtrockenschrank getrocknet. Der Prozess muss im Vakuum erfolgen, da Titan eine große Bindungsbereitschaft mit Sauerstoff besitzt und die metallische Reinheit von 99,7% in einem herkömmlichen Trockenschrank nicht erzielt werden könnte. 12 bis 14 Stunden laufen die beiden Memmert-Geräte pro Tag und evakuieren je Trockenvorgang drei bis vier Liter Wasser. „Ein echter Knochenjob“, lacht Peter Muntau, Mitarbeiter in der Fertigung Titanpulver bei der GfE. „Wir können uns keine Fertigungsausfälle leisten, daher ist die Robustheit des Vakuumschranks ein unbedingtes Muss. Und für den notwendigen Austausch von Verschleißteilen an der Pumpe ist der technische Service von Memmert immer sofort zur Stelle.“ Die Trockenzeiten sind je nach Menge und Partikelgröße unterschiedlich, daher nutzen die Techniker bei der GfE gerne die Memmert Chipkarte zum einfachen Start der hinterlegten Programmabläufe.
Die HDH-Technologie ermöglicht es, die Morphologie, also die Form des Korns exakt zu definieren. Diese Eigenschaft machte sich unter anderem das Forschungszentrum Jülich zunutze, als es im Jahr 2002 ein Verfahren zur Herstellung hochporöser Titan-Formkörper für biomedizinische Anwendungen patentierte.
Mit dem Jülicher Verfahren wurde es möglich, eine Mischung aus dem GfE Titanpulver und einem geeigneten Platzhalter, in diesem Fall Natriumhydrogencarbonat, so fest zu verpressen, dass die gepressten Formkörper vor dem Sinterprozess mechanisch bearbeitet werden konnten. Beim Verpressen müssen die Titanpartikel miteinander verhaken, um die Stabilität des Presslings zu gewährleisten. Hierfür sind eckige, in Form und Größe exakt definierte Partikel erforderlich, kugelförmiges Titanpulver war hingegen nicht geeignet.
Nach der Formgebung wird der Platzhalter an der Luft bei Temperaturen von unter 100°C zersetzt und hinterlässt definierte Poren. Der resultierende poröse Titanformkörper erhält durch einen abschließenden Sinterprozess seine Stabilität. In den fertigen Implantaten ermöglicht die Porösität das Einwachsen des Knochens und gewährleistet so die Fixierung der Implantate im menschlichen Körper.
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Bildnachweis: Forschungszentrum Jülich, fetcaldu@sxc.hu, GfE Metalle und Materialien
