Нитинол

Нитинол (англ. nitinol, никелид титана) — сплав титана и никеля.

Происхождение термина

Англ. nitinol (NiTiNOL) — сочетание первых букв названий элементов, из которых получен материал: Ni — никель + Ti — титан + NOL — лаборатория артиллерии военно-морских сил США (Naval Ordnance Laboratory).

Общая информация

Большинство металлических материалов демонстрируют упругое поведение, при котором, в определенных пределах, вызванная деформация прямо пропорциональна приложенной силе.

Если приложенная сила превышает определенный предел, она вызывает необратимую деформацию материала (пластическую деформацию). Любая деформация выше этого предела будет постоянной. Однако никель-титановые сплавы могут быть деформированы до 8% сверх предела упругости без остаточной деформации. Их свойство восстанавливать свою первоначальную форму после снятия нагрузки, даже если они деформированы сверх предела упругости, называют псевдоупругостью.

Другим важным свойством для никель-титановых сплавов является эффект памяти формы, который представляет собой способность сплава, после деформирования, полностью восстанавливать свою первоначальную форму (полученную в аустенитном состоянии) при нагревании выше температуры превращения мартенсита в аустенит

История создания

Исторически впервые эффект памяти формы у сплава кадмий-золото наблюдался в 1932 учёным Олландером.

В 1938 году подобное поведение сплава Cu-Zn наблюдалось Гренингером и Мурадяном.

В 1948 году этот эффект был теоретически обоснован российскими учёными Г. В. Курдюмовым и Л. Г. Хандросом и в 1949 году продемонстрирован для сплава на основе алюминиевой бронзы (83% меди, 14% алюминия и 3% кобальта).

Сплав с названием «нитинол» был создан в 1962 (по другим источникам, в 1961, по третьим — в 1963, по четвёртым — в 1959) году специалистами NASA Уильямом Бюлером и Фредериком Вангом.

Впоследствии были созданы сплавы с эффектом памяти формы также на основе Cu-Zn, Cu-Zn-Al, Cu-Zn-Si, Cu-Zn-Sn, Cu-Al, Cu-Al-Ni, Mn-Cu, Fe-Mn-Si, Ni-Al и др.

В стоматологии

Классификация

Сплавы NiTi, используемые для эндодонтических инструментов, можно разделить на:

• в основном содержащие аустенитную фазу (аустенитные: обычный NiTi, M-Wire, R-Phase)
• в основном содержащие мартенситную фазу (мартенситные: проволока CM; NiTi, подвергнутый термообработке — Gold и Blue).

Эндодонтические инструменты, изготовленные из аустенитных сплавов, обладают сверхэластичными свойствами из-за вызванного напряжением мартенситного превращения и имеют тенденцию возвращаться к своей первоначальной форме после деформации.

Мартенситные инструменты могут легко деформироваться, проявляют эффект памяти формы при нагревании, более гибки и обладают повышенной циклической усталостной прочностью.

Термомеханически обработанные сплавы NiTi более гибкие с улучшенной циклической усталостной прочностью и большим углом отклонения при отказе по сравнению с обычным NiTi.

История

В стоматологии нитинол был впервые использован в 1971 году Andreasen и Hilleman, при изготовлении ортодонтических проволок.

В 1975 году Цивьян и его команда первыми разработали концепцию изготовления эндодонтических инструментов из сплава NiTi.

В 1988 году Walia, Brantley и Gerstein представили первые ручные эндодонтические инструменты из NiTi, изготовленные путем обработки ортодонтической проволоки.

В 1992 году доктором John McSpadden были разработаны первые никель-титановые ротационные инструменты с конусом .02 по стандарту ISO.

В 1994 году доктор Johnson представил ротационные никель-титановые системы ProFile .04 и Profile .06 (с конструкцией, аналогичной инструментам из нержавеющей стали системы Canal Master U, разработанной доктором Steve Senia в 1988 году).

Также в начале 90-х была представлена ротационная система LightSpeed NiTi, созданная доктором Steve Senia и доктором William Wildey.

В 1994 годубыла представлена система Greater Taper (GT), разработанная доктором Steve Buchanan.

В конце 1990-х годов доктор John McSpadden представил ротационную систему Quantec NiTi.

В 1999 году компанией FKG для инструментов Race (с треугольным сечением и режущими кромками, расположенными попеременно относительно оси инструмента в продольном и косом направлениях) была введена электрополировка (электрохимическая обработка поверхности).

Развитием Quantec стала, выпущенная в 2001 году, система K3 (с тремя режущими гранями, положительным углом наклона и асимметричными радиальными поверхностями).

Также в 2001 году была представлена система ProTaper (с треугольным сечением и прогрессивными конусами вдоль режущих бороздок инструмента).

В 2003 году была выпущена система Mtwo (с S-образной формой поперечного сечения).

В 2006 году была выпущена система ProTaper Universal, явившаяся усовершенствованием системы ProTaper.

В 2007 году компания Tulsa Dental разработала новый сплав NiTi, известный как M-Wire (впоследствии использованный для ProFile GT Series X, ProFile Vortex, ProTaper Next, Path Files, WaveOne и Reciproc).

В 2008 году компания Sybron Endo представила серию механических NiTi инструментов, подвергнутых специальной термической обработке — Twisted File (TF) (изготовленные методом пластической деформации и подвергнутые электрохимической обработке).

В 2009 году

• была выпущена система EndoSequence, также подвергаемая электрохимической обработке.
• была выпущена система ProFile Vortex (из сплава M-Wire)

В 2010 году компанией DS Dental были представлены экспериментальные инструменты, изготовленные с применением технологии термической обработки CM-Wire — позволяет предварительно сгибать инструменты (впоследствии использована для Hyflex CM, Hyflex EDM и Typhoon Infinite Flex NiTi).

В 2011 году

• была выпущена система One Shape (инновационная концепция однофайлового препарирования каналов, имела симметричный дизайн кромки и электролитическую обработку поверхности, три угла режущей кромки на кончике, в середине инструмента переход к двум углам режущей кромки).
• была выпущена система K3XF (имеет переменный шаг, который становится глубже по мере увеличения диаметра файла и специальную термическую обработку)
• была выпущена система Hyflex CM с инструментами из CM-Wire
• была выпущена система Typhoon с инструментами из CM-Wire

В 2012 году подразделение Dentsply Tulsa Dental компания Dentsply Sirona внедрила новый процесс термообработки для NiTi CM-сплавов, при котором инструменты подвергаются многократной термообработке и затем охлаждаются, в результате чего цвет поверхности соответствует толщине слоя оксида титана (в сплаве NiTi Blue Wire толщина слоя оксида титана составляет 60-80 нм, в сплаве NiTi Gold эта толщина составляет 100—140 нм). Такая термообработка впоследствии была использована для систем Vortex Blue, Sequence Rotary File, X1 Blue File, Reciproc Blue, ProTaper Gold и WaveOne Gold (первые голубые инструменты (ProFile Vortex Blue) были выпущены в 2012 году, первые золотые — в 2014 году).

В 2013 году была выпущена система ProTaper NEXT, представленная в качестве преемника ProTaper Universal (изготовлены из сплава M-Wire, сечение инструмента изменено на четырехгранное со смещением).

В 2014 году:

• была выпущена система BT-Race (имеют нережущий «бустерный наконечник» (BT) с шестью режущими кромками и уменьшенным диаметром).
• были выпущены системы ProDesign Logic и ProDesign R (изготовленные из CM-Wire, имеющие S-образное поперечное сечение, неактивный наконечник и переменные спиральные углы с двумя режущими кромками)

В 2015 году были выпущены инструменты семейства XP-endo, изготавливаемые из специально разработанного сплава MaxWire (Martensite-Austenite Electropolishing-Flex), при температуре, равной или превышающей 35 °C переходящего из мартенситной фазы в аустенитную, что придаёт инструменту полукруглую форму.

В 2016 году была выпущена система Hyflex EDM, изготовленная из сплава группы CM, но произведенная по технологии искровой эрозии.