Slitiny s tvarovou pamětí: Superelasticita, která zachraňuje život

16. únor 2017

Magazín Leonardo

Už po devatenácté se minulý týden rozdělovaly vědecké ceny Wernera von Siemense. Za nejvýznamnější výsledek základního výzkumu si odnesl cenu tým Petra Šittnera, vědce z Fyzikálního ústavu Akademie věd. Ten se zabývá studiem slitin s tvarovou pamětí a jejich technických aplikací pro průmyslové využití v medicíně, robotice, leteckém i automobilovém průmyslu.

„Jde o kov, který si pamatuje tvar, který jsme mu předtím vnutili,“ popsal v Magazínu Leonardo technolog.

Ten uvedl jednoduchý příklad, „Z drátu vyrobíte pružinku a natáhnete ji, až je z ní rovný drát, ale při ohřevu se vrátí zpátky do tvaru pružinky... Materiál, se kterým pracujeme, dokáže změknout, úplně změnit svůj tvar, a po zahřátí se vrátí do původního tvaru.“

V případě používané slitiny niklu a titanu vlastnosti velice závisí na přesném složení v rámci desetin procenta. „Z toho vyplývá náročnost technologie výroby takových materiálů, protože když se spletete jen o desetinu procenta v chemickém složení, slitina je nepoužitelná.“

„Vlastnost implantátu ze slitiny nikl-titan je ta, že když se po zavedení katetrem na místo určení ze zavaděče vysune, tak se vrátí zpátky do svého původního tvaru, a to je superelasticita, tedy návrat po odtížení do původního tvaru. To se využívá pro stenty, které dnes zachraňují život lidem trpícím poškozením cév, ale počet implantátů na tomto principu roste geometrickou řadou.“

„Jev tvarové paměti sám o osobě moc aplikací nenalezl. To, co našlo aplikace, je tzv. superelasticita, tedy že ten drátek můžete vzít a když má 10 centimetrů, tak ho o centimetr protáhnete, a on se zase zpátky vrátí, čili vratná deformace u kovu 10 %. Běžný kov se vratně deformuje do 0,5 %,“ vysvětlil Šittner.

První uplatnění tato vlastnost našla v lékařství, v mikroinvazivních operacích, kdy je potřeba do těla dopravit například implantát na konkrétní místo, aniž by muselo dojí k otevření pacienta.

„Nepřišlo to samo od sebe, stálo to 20 let úsilí zvláště v Americe. Protože se slitiny odlévají a z nečistot v nich vznikají inkluze, které jsou pak nežádoucím zdrojem porušení, jde o to, jak vyrobit materiály, kde tyto inkluze nejsou,“ objasnil náročnost procesu výroby slitin vědec.

Také proto materiály dnes lékařským firmám dodávají tři společnosti, a i ty používají ingoty připravené jedním výrobcem.

„Jeden z výzkumů, kterými se zabýváme ve Fyzikálním ústavu, je jak upravit povrch, a tím míním několik nanometrů tenkou oxidickou vrstvičku na povrchu tohoto kovu, kterou očima nevidíte, ale má obrovský vliv na mechanické vlastnosti,“ shrnul snahy svého týmu o zlepšení paměťových slitin Petr Šittner.