Folia tytanowa ma niezastąpione zastosowania w przemyśle lotniczym i medycznym ze względu na wysoką wytrzymałość, lekką wagę, odporność na korozję i doskonałą biokompatibilność.Poniżej przedstawiono szczegółowe scenariusze zastosowania, wymagania techniczne i typowe przypadki w dwóch głównych dziedzinach:
一Obszar lotniczy: kluczowe materiały w ekstremalnych warunkach
Płytka tytanowajest stosowany głównie w przemyśle lotniczym do redukcji masy konstrukcyjnej, komponentów odpornych na wysoką temperaturę/korozję, osłony sprzętu elektronicznego i innych scenariuszy,i muszą spełniać rygorystyczne wymagania dotyczące właściwości mechanicznych i zdolności adaptacji do środowiska.
1Komponenty konstrukcyjne i ochrona termiczna
Scenariusze zastosowań:
Używanie lekkich części konstrukcyjnych, takich jak skórki samolotów, ramki skrzydeł i przegrody przedziału silnikao pojemności nieprzekraczającej 50 lwysoki stosunek wytrzymałości do masy, aby zmniejszyć masę całej maszyny (takie jak Boeing 787 kadłub stopu tytanu stanowi 15%).
dyszki silników rakietowych, warstwy ochrony termicznej statków kosmicznych,do odporności na wysokie temperatury (> 600°C) i wysokiego ciśnienia w procesie czyszczenia gazu (np. folia z stopów tytanu do izolacji silnika rakietowego SpaceX Falcon).
Wymagania techniczne:
Wytrzymałość na rozciąganie ≥ 800 MPa, wydłużenie ≥ 10% i muszą przejść badania zmęczenia (symulujące dziesiątki tysięcy cykli startu i lądowania/lotów).
Wysoka odporność na utlenianie w temperaturze: długotrwała eksploatacja w temperaturze 500 °C, grubość warstwy oksydu powierzchniowego < 5 μm.
2. Sprzęt elektroniczny i osłona elektromagnetyczna
Scenariusze zastosowań:
Electromagnetic shielding covers of satellite communication equipment and radar systems use the conductivity of titanium foil (electrical conductivity is about 18% of copper) to block external interference.
Substrat rozpraszania ciepła w sprzęcie avioniki łączyfolia tytanowaz materiałami kompozytowymi z ceramiki/metalu w celu osiągnięcia wysokiej przewodności cieplnej (przewodność cieplna ≈15 W/m・K) i kompatybilności izolacyjnej.
Wymagania techniczne:
Tolerancja grubości folii ± 2% (np. tolerancja folii tytanowej o grubości 0,1 mm ≤ ± 0,002 mm), szorstkość powierzchni Ra≤ 0,8 μm w celu zapewnienia precyzyjnego obróbki.
3. Ekstremalne środowisko uszczelnienie i połączenie
Scenariusze zastosowań:
Szczeliny uszczelniające systemów paliwowych silników lotniczych, odporne na korozję i wibracje związane z naftą lotniczą; szczeliny uszczelniające paski foliowe w próżniowych włazach statków kosmicznych w celu zapobiegania wyciekom gazu.
Przewiertki anty-rozluźniające przy złączach śrutowych wykorzystują efekt pamięcifolia tytanowa(trzymanie wstępnego obciążenia po niewielkim odkształceniu plastycznym).
Typowy przypadek:
Planowane przez Airbus A350 XWB uszczelnienie folii z stopem tytanu zmniejsza wskaźnik wycieków z układu paliwowego o ponad 90%.
二Obszar medyczny: podwójne kryteria bezpieczeństwa i skuteczności
W dziedzinie medycyny folia tytanowa koncentruje się na urządzeniach wszczepialnych, precyzyjnych narzędziach chirurgicznych i sprzęcie in vitro.odporność na korozję płynów ciała, i dokładność przetwarzania.
1. Implantacyjne wyroby medyczne
Scenariusze zastosowań:
Implanty ortopedyczne: np. sieć tytanowa do naprawy czaszki i urządzeń fuzji kręgosłupa (folia tytanowa jest wciskana w porowatą strukturę w celu promowania wzrostu komórek kostnych),wykorzystując osteokondukcyjność tytanu (silność wiązania z ludzkimi kośćmi jest większa niż 30MPa).
Stent sercowy: ultracienka folia tytanowa (gęstość 0,05 - 0,1 mm) jest cięta laserowo w strukturę siatkową w celu wspierania naczyń krwionośnych i utrzymania elastyczności (siła wsparcia promieniowego ≥ 5N/mm).
Standardy techniczne:
Musi być zgodny z normą ISO 5832-2 (titan i stopy tytanu do implantów chirurgicznych), czystość ≥ 99,5%, zawartość zanieczyszczeń (takich jak Fe, C, N) ≤ 0,3%.
Powierzchnia musi być elektropolitykowana (roughness Ra ≤ 0,2μm) i poddana obróbce plazmowej w celu zwiększenia adhezji komórek.
2Precyzyjne instrumenty chirurgiczne.
Scenariusze zastosowań:
Ostrza mikroskopowe (gęstość ≤ 0, 02 mm), kleszcze biopsji endoskopowej, z wykorzystaniem wysokiej twardości (HV ≥ 200) i odporności na zmęczenie folii tytanowej (powtórne otwieranie i zamykanie 100,000 razy bez deformacji).
Części do podłączenia podstawy implantu stomatologicznego, folia tytanowa jest wytłoczona w nitki na poziomie mikronowym, z dokładnością dopasowania ± 5 μm.
Trudności z przetwarzaniem:
W celu uniknięcia pogorszenia wydajności w wyniku przegrzania materiału wymagana jest technologia mikrostampingowania (dokładność formy ± 1 μm) i obróbka elektrosparką.
3. Sprzęt medyczny in vitro
Scenariusze zastosowań:
folia elektrodowa przenośnego glukometru krwi, pokryta platyną/irydem na powierzchni folii tytanowej,poprawa stabilności elektrochemicznej (rozpad prądu < 5% po 500 cyklach badania z cykliczną voltametrią).
Obudowa z stopów tytanu dializatora jest odporna na dezynfekcję roztworem hipochloritu sodu (prędkość korozji < 0,001 mm/rok w stężeniu 2000 ppm).
Typowy przypadek:
Zastosowane przez firmę Medtronic zawory sercowe z transkatetrem CoreValvefolia tytanowaw celu wykonania ramy stentu, a wskaźnik przepuszczalności wynosi ponad 95% 10 lat po operacji.
三Podstawowe wyzwania technologiczne i trendy rozwoju
1- W dziedzinie lotnictwa.
Wyzwania:
Jednorodność walcowania ultracienkiej folii tytanowej (<0,05 mm): proces smarowania na poziomie nano (np. smarowanie płynami jonowymi) musi zostać opracowany w celu zmniejszenia wahań grubości.
Powłoka antyoksydacyjna w środowisku o wysokiej temperaturze: Badania nad powłoką złożoną z azotynu tytanu (TiN) / tlenku aluminium (Al2O3) w celu zwiększenia granicy odporności na temperaturę do ponad 800°C.
Trend:
Drukowanie 3D struktur laminowanych z folii tytanowej (takie jak technologia stopienia wiązki elektronów) w celu wytwarzania komponentów do zarządzania cieplnym dla złożonych jam.
2- W medycynie.
Wyzwania:
Modyfikacja antybakteryjna folii tytanowej: poprzez przeszczepianie powierzchni jonami srebra/nano tlenkiem cynku wskaźnik antybakteryjności w ciągu 24 godzin wynosi > 99%.
Opracowanie degradacyjnej folii tytanowej: Badania nad stopem tytanu, magnezu i wapnia, kontrolowanie szybkości degradacji na poziomie 0,01-0,1 mm/rok, odpowiednie do tymczasowych urządzeń podtrzymujących.
Trend:
Folia tytanowa składa się z materiałów bioaktywnych (takich jak hydroksyapatyt), aby zbudować bioniczny interfejs kości i skrócić cykl gojenia implantów.
Podsumowanie
Zastosowanie folii tytanowej w przemyśle lotniczym i medycznym jest zasadniczo precyzyjnym dopasowaniem między właściwościami materiału a wymaganiami scenariusza:W dziedzinie lotnictwa i kosmicznego koncentruje się na niezawodności w ekstremalnych warunkachWraz z postępem technologii nano-przetwarzania i inżynierii powierzchniowejfolia tytanowa otworzy nowe możliwości w najnowocześniejszych dziedzinach, takich jak wielokrotne statki kosmiczne i degradacyjne implanty medyczne.
Folia tytanowa ma niezastąpione zastosowania w przemyśle lotniczym i medycznym ze względu na wysoką wytrzymałość, lekką wagę, odporność na korozję i doskonałą biokompatibilność.Poniżej przedstawiono szczegółowe scenariusze zastosowania, wymagania techniczne i typowe przypadki w dwóch głównych dziedzinach:
一Obszar lotniczy: kluczowe materiały w ekstremalnych warunkach
Płytka tytanowajest stosowany głównie w przemyśle lotniczym do redukcji masy konstrukcyjnej, komponentów odpornych na wysoką temperaturę/korozję, osłony sprzętu elektronicznego i innych scenariuszy,i muszą spełniać rygorystyczne wymagania dotyczące właściwości mechanicznych i zdolności adaptacji do środowiska.
1Komponenty konstrukcyjne i ochrona termiczna
Scenariusze zastosowań:
Używanie lekkich części konstrukcyjnych, takich jak skórki samolotów, ramki skrzydeł i przegrody przedziału silnikao pojemności nieprzekraczającej 50 lwysoki stosunek wytrzymałości do masy, aby zmniejszyć masę całej maszyny (takie jak Boeing 787 kadłub stopu tytanu stanowi 15%).
dyszki silników rakietowych, warstwy ochrony termicznej statków kosmicznych,do odporności na wysokie temperatury (> 600°C) i wysokiego ciśnienia w procesie czyszczenia gazu (np. folia z stopów tytanu do izolacji silnika rakietowego SpaceX Falcon).
Wymagania techniczne:
Wytrzymałość na rozciąganie ≥ 800 MPa, wydłużenie ≥ 10% i muszą przejść badania zmęczenia (symulujące dziesiątki tysięcy cykli startu i lądowania/lotów).
Wysoka odporność na utlenianie w temperaturze: długotrwała eksploatacja w temperaturze 500 °C, grubość warstwy oksydu powierzchniowego < 5 μm.
2. Sprzęt elektroniczny i osłona elektromagnetyczna
Scenariusze zastosowań:
Electromagnetic shielding covers of satellite communication equipment and radar systems use the conductivity of titanium foil (electrical conductivity is about 18% of copper) to block external interference.
Substrat rozpraszania ciepła w sprzęcie avioniki łączyfolia tytanowaz materiałami kompozytowymi z ceramiki/metalu w celu osiągnięcia wysokiej przewodności cieplnej (przewodność cieplna ≈15 W/m・K) i kompatybilności izolacyjnej.
Wymagania techniczne:
Tolerancja grubości folii ± 2% (np. tolerancja folii tytanowej o grubości 0,1 mm ≤ ± 0,002 mm), szorstkość powierzchni Ra≤ 0,8 μm w celu zapewnienia precyzyjnego obróbki.
3. Ekstremalne środowisko uszczelnienie i połączenie
Scenariusze zastosowań:
Szczeliny uszczelniające systemów paliwowych silników lotniczych, odporne na korozję i wibracje związane z naftą lotniczą; szczeliny uszczelniające paski foliowe w próżniowych włazach statków kosmicznych w celu zapobiegania wyciekom gazu.
Przewiertki anty-rozluźniające przy złączach śrutowych wykorzystują efekt pamięcifolia tytanowa(trzymanie wstępnego obciążenia po niewielkim odkształceniu plastycznym).
Typowy przypadek:
Planowane przez Airbus A350 XWB uszczelnienie folii z stopem tytanu zmniejsza wskaźnik wycieków z układu paliwowego o ponad 90%.
二Obszar medyczny: podwójne kryteria bezpieczeństwa i skuteczności
W dziedzinie medycyny folia tytanowa koncentruje się na urządzeniach wszczepialnych, precyzyjnych narzędziach chirurgicznych i sprzęcie in vitro.odporność na korozję płynów ciała, i dokładność przetwarzania.
1. Implantacyjne wyroby medyczne
Scenariusze zastosowań:
Implanty ortopedyczne: np. sieć tytanowa do naprawy czaszki i urządzeń fuzji kręgosłupa (folia tytanowa jest wciskana w porowatą strukturę w celu promowania wzrostu komórek kostnych),wykorzystując osteokondukcyjność tytanu (silność wiązania z ludzkimi kośćmi jest większa niż 30MPa).
Stent sercowy: ultracienka folia tytanowa (gęstość 0,05 - 0,1 mm) jest cięta laserowo w strukturę siatkową w celu wspierania naczyń krwionośnych i utrzymania elastyczności (siła wsparcia promieniowego ≥ 5N/mm).
Standardy techniczne:
Musi być zgodny z normą ISO 5832-2 (titan i stopy tytanu do implantów chirurgicznych), czystość ≥ 99,5%, zawartość zanieczyszczeń (takich jak Fe, C, N) ≤ 0,3%.
Powierzchnia musi być elektropolitykowana (roughness Ra ≤ 0,2μm) i poddana obróbce plazmowej w celu zwiększenia adhezji komórek.
2Precyzyjne instrumenty chirurgiczne.
Scenariusze zastosowań:
Ostrza mikroskopowe (gęstość ≤ 0, 02 mm), kleszcze biopsji endoskopowej, z wykorzystaniem wysokiej twardości (HV ≥ 200) i odporności na zmęczenie folii tytanowej (powtórne otwieranie i zamykanie 100,000 razy bez deformacji).
Części do podłączenia podstawy implantu stomatologicznego, folia tytanowa jest wytłoczona w nitki na poziomie mikronowym, z dokładnością dopasowania ± 5 μm.
Trudności z przetwarzaniem:
W celu uniknięcia pogorszenia wydajności w wyniku przegrzania materiału wymagana jest technologia mikrostampingowania (dokładność formy ± 1 μm) i obróbka elektrosparką.
3. Sprzęt medyczny in vitro
Scenariusze zastosowań:
folia elektrodowa przenośnego glukometru krwi, pokryta platyną/irydem na powierzchni folii tytanowej,poprawa stabilności elektrochemicznej (rozpad prądu < 5% po 500 cyklach badania z cykliczną voltametrią).
Obudowa z stopów tytanu dializatora jest odporna na dezynfekcję roztworem hipochloritu sodu (prędkość korozji < 0,001 mm/rok w stężeniu 2000 ppm).
Typowy przypadek:
Zastosowane przez firmę Medtronic zawory sercowe z transkatetrem CoreValvefolia tytanowaw celu wykonania ramy stentu, a wskaźnik przepuszczalności wynosi ponad 95% 10 lat po operacji.
三Podstawowe wyzwania technologiczne i trendy rozwoju
1- W dziedzinie lotnictwa.
Wyzwania:
Jednorodność walcowania ultracienkiej folii tytanowej (<0,05 mm): proces smarowania na poziomie nano (np. smarowanie płynami jonowymi) musi zostać opracowany w celu zmniejszenia wahań grubości.
Powłoka antyoksydacyjna w środowisku o wysokiej temperaturze: Badania nad powłoką złożoną z azotynu tytanu (TiN) / tlenku aluminium (Al2O3) w celu zwiększenia granicy odporności na temperaturę do ponad 800°C.
Trend:
Drukowanie 3D struktur laminowanych z folii tytanowej (takie jak technologia stopienia wiązki elektronów) w celu wytwarzania komponentów do zarządzania cieplnym dla złożonych jam.
2- W medycynie.
Wyzwania:
Modyfikacja antybakteryjna folii tytanowej: poprzez przeszczepianie powierzchni jonami srebra/nano tlenkiem cynku wskaźnik antybakteryjności w ciągu 24 godzin wynosi > 99%.
Opracowanie degradacyjnej folii tytanowej: Badania nad stopem tytanu, magnezu i wapnia, kontrolowanie szybkości degradacji na poziomie 0,01-0,1 mm/rok, odpowiednie do tymczasowych urządzeń podtrzymujących.
Trend:
Folia tytanowa składa się z materiałów bioaktywnych (takich jak hydroksyapatyt), aby zbudować bioniczny interfejs kości i skrócić cykl gojenia implantów.
Podsumowanie
Zastosowanie folii tytanowej w przemyśle lotniczym i medycznym jest zasadniczo precyzyjnym dopasowaniem między właściwościami materiału a wymaganiami scenariusza:W dziedzinie lotnictwa i kosmicznego koncentruje się na niezawodności w ekstremalnych warunkachWraz z postępem technologii nano-przetwarzania i inżynierii powierzchniowejfolia tytanowa otworzy nowe możliwości w najnowocześniejszych dziedzinach, takich jak wielokrotne statki kosmiczne i degradacyjne implanty medyczne.
