SB_16.933NLP

2 Problemstellungen
Den besonderen mechanischen Merkmalen und der Biokompatibilität von NiTi-FGL ist es zu
verdanken, dass die Anzahl der Anwendungen für diesen Werkstoff besonders in der Medizintechnik
in den letzten Jahren stark angestiegen ist (z.B. Stents, Implantate, Prothesen).
Die Formeinprägung („shape setting“) bei NiTi-FGL beruht auf einem geeigneten Wärmebehandlungsprozess,
bei dem das Halbzeug unter äußerem Zwang gehalten wird. Bei diesem
Prozess relaxieren die hohen inneren Spannungen durch Kriechprozesse im Werkstoff. Dabei
sind sowohl definierte Wärmebehandlungstemperaturen als auch Abkühlprozesse notwendig,
um die gewünschten Eigenschaften der FGL zu erreichen bzw. beizubehalten. Auf
Grund der bei der Abkühlung entstehenden spröden intermetallischen Phasen kann eine
Vielzahl der Formgedächtnislegierungen über Schmelzschweißverfahren nicht prozesssicher
gefügt werden. Deshalb werden heutzutage im Normalfall Klemmen, Nieten und/oder Crimpen
als Fügeverfahren angewendet.
Die Kenntnisse über das NiTi-Schweißen begrenzen sich in einem engen Verfahrensbereich,
in dem die Einflüsse auf die NiTi-Eigenschaften bis heute noch nicht klargestellt sind. Bisherige
Untersuchungen auf dem Gebiet ergaben sowohl Einschränkungen in den erreichbaren
Festigkeiten, als auch Probleme beim Erarbeiten eines geeigneten Prozessfensters. Die bis
heute unterschiedlichsten Ergebnisse der Arbeiten über das Schweißen von NiTi mit NiTi, als
auch von NiTi mit artfremden Werkstoffen zeigen, dass es sich weiterhin um eine anspruchsvolle
Aufgabe handelt, qualitativ hochwertige Schweißverbindungen mit NiTi herzustellen.
Eingesetzte Verbindungstechnologien wie Nieten, Klemmen oder Kleben können
nicht alle Anforderungen erfüllen. Verwendbare Ergebnisse wurden mit Reib-, Widerstandund
Laserschweißen erzielt. Obwohl die mit Widerstand- und Reibschweißen hergestellten
Verbindungen höhere Festigkeiten zeigten, hat sich die Lasertechnik beim Fügen von NiTi
aufgrund der besseren Handhabung, der gut fokussierbaren Energiequellen, des geringen
Bauraums sowie der spaltfreien Verbindung durchgesetzt. Mit der Laserstrahlung sind feinste
Strukturen zu fügen, zudem hat das Laserstrahlschweißen aufgrund der schmalen
Schweißnähte nur einen lokal sehr begrenzten Einfluss auf das Grundwerkstoffgefüge, damit
ist eine Änderung des Formgedächtniseffektes während des Prozesses nur lokal zu erwarten.
Alle diese Vorteile tragen dazu bei, dass sich das Laserstrahlschweißen gegenüber den
konventionellen Schmelzschweißverfahren als das flexibelste und insbesondere für die Medizintechnik
geeignetste innovative Verfahren etabliert hat.
Um das Potential von NiTi-FGL weitergehend auszunutzen und deren Anwendungsspektren
zu erweitern, fokussieren die aktuellen Aufgabenstellungen aus dem medizintechnischen
und medizinischen Umfeld auf die stoffschlüssige Anbindung von NiTi an artfremde Werkstoffe.
Bei artfremden Verbindungen, wie z.B. Nitinol mit Ta sollen vor allem die Röntgensichtbarkeit
von Implantaten durch das Ta verbessert werden. Hierzu werden meistens Ta-Kugeln auf ein
Implantat aus NiTi-FGL geschweißt. Durch die verbesserte Röntgensichtbarkeit können die
im Körper platzierten Stents sicherer und schneller lokalisiert werden. In der Literatur wurde
bereits über die Röntgensichtbarkeit des Tantals in verschiedenen Verfahren berichtet. Hier
wurden jedoch weder das Gefüge (Mikrostruktur) noch der Entstehungsmechanismus von
intermetallischen Phasen bei den Mischverbindungen NiTi/Ta ausreichend untersucht.
Das Fügen von NiTi mit Ta mittels Schmelzschweißverfahren stellt aufgrund der unterschiedlichen
Werkstoffeigenschaften eine Herausforderung dar. Dabei haben insbesondere thermisch-physikalische
Eigenschaften, die Gitterstruktur sowie das Materialverhalten bei der
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