Estructuras de titanio porosas. Fabricación y caracterización.

Abstract

It was studied the space particles process to obtain porous titanium structures, that consist in mixing the powders to be sintered with a component that volatilizes at low temperatures. In this case it was used the acid ammonium carbonate, which leaves gaps (pores) in the structure as it sublimates. There were obtained titanium compacts with open porosity between 35 % and 72 % and pore size between 200 mm and 300 mm. Moreover, there were performed initial studies to obtain titanium compacts with porosity gradient using sequential compaction, to obtain differentiated values of the elasticity modulus between the surface and the center, comparable to those observed in bone. The porous compacts obtained were characterized by optical and electron microscopy to evaluate the microstructure, and compression tests were performed to determine the values of yield strength and elastic modulus. The influence of the main process parameters were determined; percentage and size of the spacer particles, compaction pressure, sintering temperature and time, the values of elasticity modulus, yield strength and microstructure. The results indicates that it is possible to adjust the values of elastic modulus and yield strength of porous titanium compacts produced, so that resemble those with both trabecular and cortical bone. Additionally, it can be adjust the porosity achieved, to the values given in the literature as such as those that meet the needs of vascularization and transport of metabolic products that are critical in the formation of bone tissue. The pore size range reached is within the recommended values for a correct integration of the porous material in the bone, allowing good cell adhesion and migration.Para la obtención de estructuras de titanio porosas se estudió el proceso de partículas espaciadoras, que consiste en mezclar los polvos a sinterizar con un componente que volatiliza a bajas temperaturas, en este caso el carbonato ácido de amonio, y que al hacerlo deja espacios vacíos (poros) en la estructura. Se obtuvieron compactos de titanio con porosidad abierta entre 35 % y 72 % y tamaño de poro entre 200 mm y 300 mm. Además, se efectuaron estudios iniciales de fabricación de compactos de titanio con gradiente de porosidad mediante compactación secuencial, a fin de obtener valores de módulo de elasticidad diferenciado entre la superficie y el centro comparables a los que se observan en los huesos. Se caracterizaron los compactos porosos obtenidos mediante microscopía óptica y electrónica para evaluar la microestructura y a través de ensayos de compresión para determinar los valores de límite de fluencia y módulo de elasticidad. Se determinó la influencia de los principales parámetros del proceso; porcentaje y granulometría de las partículas espaciadoras, presión de compactación, temperatura y tiempo de sinterización, sobre los valores de módulo de elasticidad, límite de fluencia y microestructura. Los resultados obtenidos indican que es posible ajustar los valores de módulo de elasticidad y límite de fluencia de los compactos porosos de titanio producidos, de manera que se asemejen a los que poseen tanto los huesos trabeculares como corticales. Además, se pueden adecuar las porosidades alcanzadas, a los valores indicados en la bibliografía, como aquellos que satisfacen las necesidades de vascularización y transporte de productos metabólicos que son fundamentales en la formación del tejido óseo. El rango de tamaño de poro alcanzado se encuentra dentro de los valores recomendados, para una correcta integración del material poroso con el hueso alojante ya que permiten una buena migración y adhesión celular.