Keramische Prozesstechnik und Biowerkstoffe

Zur Darstellung keramischer Bauteile ist detailliertes Wissen in der Rohstoffsynthese und -aufbereitung und in der Prozesstechnologie notwendig. Thermische Prozesse schließen im Allgemeinen die Prozesskette ab und führen zu den gewünschten mechanischen Eigenschaften des Bauteils. Eine Nachbearbeitung zum Erreichen der endgültigen Bauteilgeometrie oder des Oberflächenfinish, z. B. durch Sägen, Schleifen oder Polieren, kann zusätzlich erforderlich sein. Entsprechend dem Einsatzgebiet des keramischen Bauteils können dichte oder poröse Strukturen gefordert sein.

Keramische Prozesstechnik

Als eine relativ junge Technologie hat sich die additive Fertigung zur Generierung von Bauteilen, auch aus keramischen Materialien, etabliert. Diese additiven Fertigungstechnologien sind besonders gut geeignet, komplexe Geometrien als Einzelstücke oder in Kleinserien zu fertigen, was sie besonders für die Darstellung von individuellen, strukturangepassten Knochenersatzbauteilen sogenannten Scaffolds eignet. Eine besondere Herausforderung stellt in diesem Zusammenhang die Tatsache dar, dass an Knochenersatzmaterialien vielfältige und hohe Ansprüche bzgl. ihrer Zuverlässigkeit und Biokompatibilität unter physiologischen Bedingungen gestellt werden.

Neben den mechanischen Eigenschaften selbst in nicht belasteten Knochendefekten ist insbesondere die Charakterisierung der Löslichkeit bzw. Stabilität der Implantate von Interesse. Durch die Überprüfung dieser Kennwerte, im Rahmen externer Kooperationen auch unter Bedingungen in vivo, können wir eine vernetzte problem- bzw. technologieorientierte Entwicklungs- und Prüfkompetenz für Biomaterialien und Implantate bereit stellen.

Technische Ausstattung und Methoden

• Synthese und Charakterisierung von Biomaterialien: Scaffolds, Zemente, Granulate als Knochenersatz, Schmelz- und Sinteranlagen, Lasersinteranlagen, Bestimmung der spezifischen Oberfläche mittels BET, chemisch Analyse mittels ICP, Pyknometer, thermische Analyse, Sprühtrocknung, Aufbaugranulierung
• Biokeramische Schichten, nach dem Salzbad-Verfahren bzw. der Sol-Gel-Synthese und prozessbegleitende Prüfungen: schutzgasgespülter Salzbadofen, Reaktor für hydrothermale Bedingungen
• Additive Fertigung von keramischen Bauteilen inklusive Verfahrensentwicklung: 3D-Drucken, selektives Lasersintern, werkstoffgradierte und poröse Strukturen

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