Biokeramische Schichten auf Implantaten durch thermokinetische Beschichtungsverfahren

Keramische Schichten gewinnen aufgrund ihrer besonderen Oberflächen-funktionalität in der biomedizinischen Technik zunehmend an Bedeutung. Dabei spielen die chemische Zusammensetzung und Kristallstruktur, die Phasen-zustände, die Morphologie und Oberflächenstruktur sowie schließlich die Porosität eine wichtige Rolle. Während man früher hauptsächlich auf biokompatible aber im Wesentlichen chemisch und strukturell dauerhaft stabile Schichtsysteme setzte, gewinnen heute auch Schichtsysteme und Grenzflächenvorgänge, die partielle Löse- und Ausscheidemechanismen von biokeramischen Spezies beinhalten, zunehmend an Bedeutung. Dies gilt insbesondere für die sog. Phosphat-keramiken (Hydroxylapatit HAp, Tricalciumphosphat TCP und Tetracalcium-phosphat TTCP), deren Zusammensetzung dem natürlichen Knochen sehr ähnlich ist. Eine effiziente Methode, solche biokeramischen Schichten auf metallischen und keramischen Substraten, z. B. in der Prothetik, abzuscheiden, stellen die Verfahren des thermischen Spritzens dar. Im Vergleich zu anderen Verfahren ist die Beschichtung durch thermisches Spritzen durch einen intensiven Wärme- und Stoffübergang und in zahlreichen Fällen auch durch einen starken Impuls-austausch zwischen dem heißen Gas-Partikel-Strom und der Werkstück-oberfläche gekennzeichnet. Die Herstellung von Schichten durch thermo-kinetische Verfahren weist ferner eine hohe Komplexität durch die Vielzahl sich gegenseitig beeinflussender Parameter und die hohe Prozessgeschwindigkeit auf. Neue Ansätze ergeben sich durch Verfahren aus dem Bereich der Nano-technologie, wie dem Hochgeschwindigkeitssuspensionsflammspritzen HVSFS mit nanokeramischen Suspensionen als Ausgangsstoffen. In der vorliegenden Arbeit werden zwei unterschiedliche Ansätze zur Beschichtung von Implantatkörpern verfolgt, erstens die fertigungstechnische Anwendbarkeit und Weiterentwicklung des HVSFS-Verfahrens im Bereich der Prothetik. Durch die hergestellten biokonduktiven Beschichtungen aus z. B. Calciumphosphat (Hydroxylapatit, Tricalciumphosphat) und Bioglas soll eine Beschleunigung der knöchernen Integration und ein direkter bindegewebsfreier Kontakt zwischen metallischem Implantat und Knochen erzielt werden. Der zweite Ansatz zielt auf neue Anwendungen des APS-Verfahrens im Bereich der Implantologie durch bioinerte Beschichtungen mit rauer oder poröser Oberfläche auf keramischen Werkstoffen, um eine dauerhafte Verbindung zwischen Knochengewebe und Keramik-Implantat zu gewährleisten. Durch das HVSFS-Verfahren konnten ferner erstmals thermisch gespritzte Bioglasschichten mit homogenen Schichteigenschaften erzeugt werden.