Гибкий проводник имплантируемого электростимулятора, способ его изготовления и заготовка для его изготовления

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

<щ997102

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 230580 (21) 2930249/22-02 с присоединением заявки Нов

Р М К,1 з

Н 01 В 1/02

В 21 С 23/22

В 21 С 1/00

С 22 С 1/09 (23) Приоритет —

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий

Опубликовано 150283 Бюллетень Моб

Дата опубликования описания 1502,83 (53) УДК 621. 315. . 5 (088. 8) r .Ъ

Б.Д. Копыский, И.С. Зонненберг, М.В. Я орягнн.,", и Н.Л. Правоверов г .;"-.,- р !

Ф

Всесоюзный заочный машиностроительный институт (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) ГИБКИЙ ПРОВОДНИК ИМПЛАНТИРУЕМОГО

ЭЛЕКТРОСТИМУЛЯТОРА, СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЗАГОТОВКА ДЛЯ ЕГО

ИЗГОТОВЛЕНИЯ

Изобретение относится к технике создания электродов для имплантируеьых стимуляторов тканей и органов.

Наиболее соответственным элементом конструкции электрода является гибкий проводник электрического тока, имеющий вид цилиндрической пружины.

Согласно техническим условиям к указанной детали предъявляются следующие требования: высокая прочность, удовлетворительная коррозионная стойкость в среде живого организма, нетоксичность и высокая электропроводность. Последнее позволяет максимально сократить электрические потери в проводнике и тем самым повысить срок службы и надежность источника питания и всего имплантируемого стимулятора.

Наиболее близкими по технической сущности являются следующие технические решения.

Гибкий проводник имплантируемого электростимулятора, изготовленный в виде композиционного материала волокнисто-сотового строения, содержащий матрицу из высокопрочных коррозионностойких нетоксичных материалов, например нержавеющих сталей или ко- бальтовых сплавов, и волокна из высокоэлектропроводного металла или сплава, например серебра или меди 1), Способ изготовления композицион- ной, проволоки, включающий сборку заготовки из волокон.и матрицы, изотермическое прессование (экструзию). и волочейие заготовки, причем материалом матрицы служат алюминиевые сплавы, а волокна изготавливаются из нержавеющей стали 2 ).

Заготовка для получения гибкого проводнйка имплантируемого электростимулятора, состоящая из расположенных концентрическими рядами трубчатых элементов, образующих соты, заключенные в монтажную оболочку из того же материала. Волокна проходят сквозь систему названных сот (1$.

Как видно, материалы матрицы прототипа не обладают комплексом свойств, обеспечивающих высокую технологичность изготовления гибкого проводника и его более высокие эксплуатационные параметры. По этой причине применение изотермического деформирования для обработки заготовки известной конструкции рассматриваемого изделия оказывается безуспешным: высокое сопротивление деЗО Формированию нержавеющих сталей и

997102 кобальтовых сплавов не позволяет производить формоиэменение с большими вытяжками; низкая чувствительность укаэанного сопротивления .названных материалов к скорости деформи- . рования обуславливает возможность реализации этого процесса лишь при очень высокой длительности обработки, т.е. при низкой производительности и в.условиях интенсивной циклической полэучести инструмента, существенно снижающей. долговечность последнего; ограниченная пластичность указанных материалов приводит к разрушению матрицы гибкого провод« ника в процессе его формообразования (под влиянием растягивающих напряжений со стороны волокон, особенно при большой разнице в прочностных свойствах компонентов заготовки).

Недостатками известного гибкого проводника имплантируемого электростимулятора являются высокий вес и низкая удельная прочность. Применение в качестве матрицы нержавеющих сталей и кобальтовых сплавов не пбзволяет применять наиболее прогрессивные методы получения композиционных материалов, например изотермическое прессование.

Цель изобретения — повышение технологичности изготовления гибкого 30 проводника электростимулятора методом прессования.

Цель достигается тем, что матрицу в гибком проводнике имплантируемого электростимулятора, содержащем 35 волокна из высокоэлектропровоцного материала и матрицу из высокопрочного корроэионностойкого нетоксичного сплава, выполняют из титановых сплавов. 40

Применение в качестве матрицы гибкого проводника титановых сплавов позволяет усовершенствовать его способ изготовления и повысить технологичность процесса.

Способ включает сборку заготовки иэ волокон и матрицы, изотермическое прессование и волочение заготовки, причем заготовку помещают в технологическую оболочку более мягкую, чем волокна, в процессе прессования и более мягкую, чем матрица, в процессе волочения, прессование заготовки. осуществляют при температуре на 50100 С ниже температуры образования эвтектики в системе материал волок- 55 на -. материал матрицы при скорости деформации 10 4- 10 с-".

Реализация способа для изготовления гибкого проводника имплантируемого электростимулятора возмож- Щ на только при применении особой конструкции заготовки и подбора материалов отдельных элементов заготовки.

Заготовка для изготовления проводника содержит волокна, размещенные у внутри полых элементов иэ материала матрицы, установленных в монтажной оболочке, причем полые элементы выполнены из материала матрицы, имеющего сопротивление деформации в процессе изотермического прессования выше в центре и ниже по периферии заготовки, а волокна расположены также и в промежутках между полыми элементами.

Изготовление такого гибкого проводника представляется возможным на основе совершенствования как способа изготовления рассматриваемого изделия, так и его конструкции, которая в свою очередь определяется строением обрабатываемой заготовки.Причем задача совершенствования сводится к интенсификации процесса совместного пластического течения всех компонентов составной заготовки, в том числе и на контактных поверхностях между ними. Последнее способствует образованию прочного соединения этих элементов в единое тело.

Наиболее интенсивное развитие указанного процесса происходит в условиях высокотемпературной изотермиче- ской деформации, особенно при обработке в состоянии ползучести при всестороннем сжатии, в частности при иэотермическом прессовании, которое позволяет обеспечить максимальную степень формоизменения заготовки на первой операции, благодаря чему значительно сокращается количество переходов при последующем волочении; установить оптимальные (с точки зрения.максимального использования эффекта ползучести материалов) температурно-временные режимы обработки.

Особенно высокий эффект от реализации изотермического деформирования в данном случае достигается, если наиболее прочный и занимающий основную часть объема заготовки материал, т.е. матрица, обладает невысоким (как по абсолютной величине, так и в сопоставлении с материалом волокон) сопротивлением деформации и повышенной чувствительностью этого сопротивления к скорости обработки.

Указанными свойствами в условиях высокотемпературной обработки отличаются титановые сплавы. Целесообразность применения этих материалов в рассматриваемом случае объясняется и рядом других их ценных свойств: высокой пластичностью, повышенной корроэионной стойкостью; низкой токсичностью, обусловившей им особое предпочтение для использования в медицинской технике, высокой удельной (ïo отношению к весу) прочностью, что особенно важно для снижения веса прибора, имплантируемого в живой организм.

997102

Одной из наиболее сложных задач при прессовании композиционных материалов, состоящих иэ разнопрочных металлов, является выравнивание скоростей истечения всех компонентов, поскольку мягкие составляющие обычно

5 опережают более прочные, вызывая опасность наруше ния оплошности последних, (под влиянием растягивающих напряжений ) или создания неравномерности деформаций по длине изделия.

В условиях иэотермического прессования отмеченная неравномерность истечения определяется в основном кон-. струкцией заготовки: величиной и соотношением указанных выше физико- 1 5 механических свойств у отдельных ее компонентов, их геометрическими параметрами и. взаимным расположением.

В частности, она -может быть снижена благодаря увеличению доли 20 мягких компонентов (т.е. материала .волокон) в общем, объеме заготовки, что, как отмечалось, выше, полезно также и для увеличения омического сопротивления гибкого проводника. 25

Это можно обеспечить как за счет сокращения толщины перемычек между волокнами, так и введением дополнительных волокон между трубчатыми элементами сборной матрицы, образу- 30 ющими соты. Указанные мягкие компоненты заготовки своим опережающим течением с помощью межконтактных сил трения заволакивают в очко формообразующего инструмента более прочный металл матрицы гибкого проводника. Рассматриваемый процесс оказывается тем эффективнее, чем тоньше перемычки сот и меньше сопротивленйе деформа; ции их материала, чем выше его плас- 40 тичность

Другая возможность выравнивания скоростей истечения отдельных ком-. понентов заготовки связана с рациональным расположением в сечении последней материалов различной прочности. Оно должно быть таким, чтобы центральная эона, где скорость деформации обычно наибольшая, затормаживалась, а периферия, сдерживаемая силами трения о контейнер, наоборот ускорялась. Для этого сопротивление деформации титановых сплавов в процессе изотермического прессования должно быть наиболее высоким в центре и постепенно понижаться. в сторону монтажной оболочки. Еще лучше, если поверх монтажной оболочки имеет.ся технологический слой из металла, который в процессе прессования мяг- 60 че материала волокон, а в процессе последующей операции волочения не тверже матричного материала. Тогда при прессовании этот слой совместно с другими мягкими компонентами заготовки силами трения заволакивает составную матрицу в очко формообразующего инструмента; при волочении он играет роль твердой смазки,,которая путем травления может быть удалена перед финишными проходами.

Указанная неравномерность распределения сопротивления деформации по сечению матрицы гибкого проводника обеспечивается соответствующим подбором титановых сплавов различной прочности: наиболее прочные металлы располагают в центральной зоне, а менее прочные - по периферии. Самое низкое, сопротивление деформации среди элементов матрицы имеет в таком случае монтажная оболочка, которая однако должна быть прочнее, чем окружающее.ее технологическое покрытие

Отмеченное повышение прочности элементов матрицЫ в центральной зоне имеет и другую полезную особенность: увеличение гидростатического давления и составляющей тензора деформаций, связанной с изменением объема металла в пластической зоне, благодаря чему происходит более ин, тенсивное сглаживание микровыступов на контактных поверхностях сопрягаемых элементов матрицы гибкого про-. водника (с образованием дополнительных очагов сварки). Скорость истечения материала заготовки в т асом случае становится не только более равномерной, но и пониженной. Указанные факторы способствуют увеличению прочности связей между элементами, расположенными в очаге дефор; мации. Это происходит, в частности, благодаря тому, что при однородном поле скоростей не происходит paspyшения образовавшихся мостиков сварки.

Существенным барьером к получению качественных изделий иэ титановых сплавов является появление на их поверхности окисных пленок, что в данном случае препятствует образованию прочного соединения свариваеьых элементов и повышает твердость на- . ружной поверхности полуфабриката; последнее снижает стойкость инструмента при последующем волочении. Поскольку титановые сплавы относятся к числу термодинамически неустойчивых металлов, избавиться от этой пленки путем предварительной очистки невозможно. Полное удаление окислов с поверхности достигается лишь в процессе совместной пластической деформации металлов при наличии вакуума. Причем особенно эффективным оказывается использование свойства автовакуумирования титановых сплавов: поглощение их поверхностью газа из окружающей атмосферы со значительным снижением при этом остаточного давления и растворением окис997102 и ной пленки в металле, для чего необходимы герметизация внутренней полости заготовки при ограничении доступа воздуха иэ .вне. Обычно при

800-850 С скорость растворения окисной пленки в металле становится настолько высокой, что превышает скорость образования новых пленок.

В рассматриваемом случае реализовать отмеченное положительное свойство титановых сплавов можно благодаря наличию укаэанной выше мягкой технологической оболочки, которая. совместно с пресс-штемпелем и прессовой матрицей ограничивает доступ воздуха к расположенной между ними части заготовки (после распрессовки последней в контейнере) .

Очевидно, температура и длительность (скорость) процесса изотермического прессования должны выбираться с учетом кинетики растворения существующих и образования новых окислов на поверхности титана, что легко контролируется по состоянию наружной поверхности монтажной оболочки после стравливания с нее технологического покрытия. Указанную температуру следует устанавливать также и с учетом взаимодействий между материалами матрицы и волокна, ибо при значительном нагреве возможно образование легкоплавких соединений между этими материалами, что может вызвать снижение эксплуатационных свойств изделия. Поскольку процесс изотермического прессования осуществляют обычно на гидравлических прессах, длительность обработки определяется величиной рабочего давления.

Последнее выбирается из расчета, что процесс истечения; металла и процесс сварки элементов матрицы гибкого проводника происходит в условиях автовакуумирования и ползучести всех в том числе и наиболее прочных, материалов заготовки.

При мер

1. Из бронзы ОЦС 6-6-3 вытачивают втулку ф 34,5/1,2 мм для техноло.— гической оболочки заготовки.

2. От трубы ф 6/0,6 мм титаново, го сплава ПТ-ЗВ отрезают семь втулок длиной 70 мм (одна для сердцевины и шесть для первого внутреннего ряда сот сборной матрицы заготовки) .

3. От трубы 6 6/0,6 мм титанового сплава ПТ-7М отрезают двенадцать втулок длиной- 70 мм для внешнего ряда сот сборной матрицы, 4. От трубы ф 32/30 титанового сплава ВТ-Т-00 отрезают втулку длиной 70 мм для монтажной оболочки сборной матрицы.

5. Из указанных в пп,2 - 4 детале ,собирают сборную матрицу заготовки и вставляют ее в технологическую оболочку.

6. Иэ меди MI ф 4,75 мм нарезают девятнадцать прутков длиной 70 мм для волокон сборной заготовки и вставляют их в соты сборной матрицы.

7. Из медной круглой и трехгранной проволоки (медь МХ ) нарезают прутки длиной 70 мм и плотно заполняют ими все свободное пространство между полыми элементами матрицы сборной заготовки.

l0 8. Торцы деталей со свободной посадкой раскернивают (для обеспечения неразъемности соединения).

9. Заготовку смазывают графитомасляной эмульсией, укладывают в на15 гретый до 830О C контейнер установки для изотермического прессования (диаметр контейнера 35 мм).

10. Поверх заготовки помещают защитную шайбу ф 34,8 мм.

20 11. После нагрева заготовки до

830 >С производится изотермическое прессование через коническую матрицу Ф 10 мм с полууглом.конусной воронки 45 (средняя вытяжка в очаге деформации равна 12,25). При этом наибольшее сопротивление деформации имеет титановый сплав ПТ-38 (в цент ральной зоне)..Несколько меньше со, противление деформации среди элеменЗО тов матрицы имеет монтажная оболоч,ка их титанового сплава ВТ-I-OO, а в сборной заготовке — технологическая оболочка. Течение мягких компонентов заготовки (технологической оболочки и волокон) силами трения заволакивает в очко формообразующего инструмента расположенные между ними более прочные металлы (элементы сборной матрицы) . При деформирбвании первой заготовки определяют давление на пресс-штампе в начальной стадии установившегося процесса прессования (при скорости деформирования

100 мм/мин чему соотв тствует скоl рость деформации металла в пластиче45 ской зоне 1 ° 10 с-"), Деформирование всех остальных заготовок производят при той же начальной скорости пресса, однако при более низком давлении, величину которого ограничи50 вают с помощью электроконтактного манометра, но не более, чем вдвое.

12. Прессованный пруток путем многократного волочения протягивается на размер ф 0,2 мм. При этом в качестве смазки используется указанное выше технологическое покрытие, которое удаляют перед двумя последними проходами (стравливанием).

13. Из полученной проволоки навивают винтовую пружину, служащую гибким проводником имплантируемого электростимулятора.

Формула изобретения

1. Гибкий проводник имплантиру65 емого электростимулятора, содержа97102

Составитель E. Перекатова

Редактор И. Дылын Техред N.Tenep .Корректор И. Коста

Заказ 944/70 . Тираж 701 Подписное. ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

9 9

% щий волокна из высокоэлектропроводного материала и матрицу из высокопрочного коррозионностойкого нетоксичного сплава, о т л и ч а ю— шийся .тем, что, с целью повышения технологичности его изготов-. ления, в качестве матрицы он содержит титановые сплавы. ,2 ° Способ изготовления композиционного материала, преимущественно. гибкого проводника имплантируемого электростимулятора, включающий сборку заготовки из волокон и матрицы, изотермическое- прессование и волочение. заготовки, о т л и ч а ю— . шийся тем, что, с целью повышения технологичности процесса; за-. готовку помещают в технологическую .оболочку более мягкую, чем волокна, в процессе прессования и более мягкую,.чем матрица, в процессе волочения прессование заготовки осущеВ

О ствляют при температуре на 50-100 С ниже температуры образования эвтек. тики в системе материал волокна - материал матрицы при скорости де. формации 10 - 10с

3. Заготовка для изготовления гибкого проводника имплантируемого электростимулятора, содержащая волокна, размещенные внутри полых элементов из материала матрицы, уста-новленных в монтажной оболочке, о т л и ч ..а ю щ а, я с я тем, что, с целью повышения технологичности изготовления проводника, полые эле-.. менты выполнены из материала матрицы, имеющего сопротивление деформации в процессе изотермического прессования выше в:центре и ниже по пе-.

15 риферии заготовки, а .волокна.расположены. также и в промежутках между полыми элементами. .Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

2Q 1.. Авторское свидетельство СССР по заявке Р 2474б1б/13, :кл. A. 61 и 1/04, 1977.

2. Патент ГДР Р 137731,. кл. С 22 С 1/09, 1979.