Contribution au développement de nouveaux alliages biocompatibles de base de titane

par Erwann Delvat

Thèse de doctorat en Sciences de matériaux. Métallurgie

Sous la direction de Gloriant, Thierry.

Soutenue en 2006

à Rennes, INSA , en partenariat avec laboratoire Sciences Chimiques de Rennes, équipe Chimie-Métallurgie (laboratoire) .

mots clés

• Titane -- Fer -- Métallurgie -- Ondes -- Diffraction -- Diffraction -- Microscopie

Résumé

L’objectif de ce travail de thèse est de contribuer à la conception de nouveaux biomatériaux à base de titane en portant une attention plus particulière à l’amélioration de leurs propriétés (chimique, structurale, mécanique et de biocompatibilité) vis à vis d’une implantation durable dans le corps humain. Dans le cadre de cette étude, nous avons développé des alliages à base de titane fortement allié à des éléments comme le tantale et le molybdène (éléments parfaitement biocompatibles) mais aussi tenté d’incorporer dans la masse des éléments bioactifs comme le calcium et le phosphore. Ces alliages ont été réalisés par frittage de poudres mais aussi par fusion en semi-lévitation qui permet une élaboration dans des conditions ultra propres (pas de réaction avec le creuset) ce qui est idéal pour la synthèse d’alliages biocompatibles à haut point de fusion. Les caractérisations microstructurales et mécaniques des alliages ainsi obtenues ont été effectuées à l’aide de différentes techniques telles que la microscopie optique ou électronique à balayage, la diffraction des rayons X, la microsonde de Castaing, les tests de dureté Vickers, les essais de compression. . . Des tests de biocompatibilité sur les différents alliages élaborés ont également été effectués grâce à la mise en place de collaborations avec des équipes de recherche spécialisées dans ce domaine.

Titre traduit

Contribution to the development of new biocompatible titanium-based alloys

Résumé

The aim of this work is to contribute to the design of new titanium based biomaterials with improved properties (chemical, structural, mechanical and of biocompatibility) in regard with a durable implantation in a human body. For this study, we developed titanium based alloys with high concentration of alloying element like tantalum or molybdenum (perfectly biocompatible elements) and tried to fix in the volume bioactive elements like calcium or phosphorus. Those alloys were elaborated by powder metallurgy and by semi levitation melting that permits elaboration under ultra clean conditions (no reaction with the copper crucible), what is ideal for the synthesis of high melting point biocompatible alloys. The microstructural and mechanical properties of these alloys were carried by differents techniques as optical microscopy, SEM (pictures and spectroscopy), XRD, EPMA, Vickers hardness, compression testing… The biocompatibility on the elaborated alloys were tested thanks to collaborations with others research teams.