CN104055586B - 一种镶嵌细小银颗粒的金属丝及制备 - Google Patents
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Abstract
一种镶嵌细小银颗粒的金属丝制备，1)选择不锈钢丝或钛镍合金丝成品；2)产生一种气相飞行的细小含Ag银颗粒，并对其进行电离，之后汇聚成一束含Ag银颗粒离子束；3)将待处理矫形丝清洗烘干置于工件台上，并抽真空使得背景真空达到10‑2Pa以上；4)含Ag银颗粒离子的能量达到1eV:电子伏以上，其离子流I达到1费安/cm2以上，并将离子引到待处理矫形丝处进行处理，并计时达到108～11/I后停止处理；含Ag银颗粒离子的能量采用离子光学的方法施加，也可以采用空气动力学的方法施加；5)之后选择在200‑320℃以上的真空环境下退火10分钟以上进一步提高矫形丝的性能；得到表面镶嵌含Ag或银合金细小银颗粒的金属丝。
Description
一、技术领域
本发明涉及口腔医学中应用的金属牙齿矫形丝或植入用金属丝，提出一种银颗粒镶嵌结构的(尤其是镍钛合金丝)矫形丝及其制工艺、尤其是基于银颗粒束流技术制备，该材料可以实现明显优越的抗菌性能。
二、背景技术
错合牙畸形不仅是一种常见的口腔疾病，而且近年来随着人民生活质量的提高，由于其对面部美观的影响也成为医学美容的关注热点，我国每年大量的青少年接受口腔正畸的治疗。目前口腔正畸主要采用安装口腔正畸器的方法，也即戴牙套，通过长时间的应力条件约束引导制约牙齿生长达到正畸的目的。众所周知，人类牙齿硬度很高，所以长时间的正畸过程中牙套的应力很大，一般采用不锈钢等材料进行固定约束，这些不锈钢材料的处理一直受到人们的关注。
比如CN90219653中就提到采用钛钢组合弓丝的结构来进行矫形固定。CN92221550提出采用记忆合金开展牙齿矫形工作。CN001236075则进一步提出，采用记忆合金丝作为植入体与牙齿矫形丝。CN2004100139则关注矫形丝生物相容性及其对牙齿美观带来的影响，提出在矫形丝上增加一层生物兼容性较好的羟基磷灰石过渡以改善矫形丝对牙齿美观带来的影响。一种实用新型CN2462878还公布了一种牙齿本色的矫形丝，并提出这具有显著的商业价值。
近年来，医用材料的长效抗菌性能逐渐受到人们的关注。在正畸过程中，矫形丝长期在口腔中使用，环境温湿，易于滋生多种细菌，所以矫形丝的抗菌处理也受到了人们的关注。发明申请CN201110045101.7就公布了一种抗菌植入体与牙齿矫形丝的制备方法，其采用熔炼、粉末烧结等方法制造一种含Ag银颗粒的抗菌植入体与牙齿矫形丝，由于Ag银颗粒的存在，这一矫形丝具有了长效抗菌性能，避免患者长期使用漱口水的麻烦，从而具有商业价值。其意义在于钛镍合金丝体内分布银颗粒状的银，并且银的含量在0.1％-20％，钛镍的质量比接近1:1。该发明还严格规定了银的精确含量，并提出这些精确的含量对最终性能是重要的。
但是，该发明形成了三元合金，根据合金学的知识我们知道这样的三元合金化很容易导致材料性能的下降，而钛镍合金的硬度、熔点对矫形丝的使用极为重要(比如硬度下降可能导致矫形丝断裂，失去约束效果)，而且钛镍合金熔点很高，烧熔重新掺入Ag的工艺非常繁琐，这限制了这一发明的实用价值。另一方面，人们也意识到表面镀银也是为矫形丝引入抗菌性能的途径，但是表面Ag成膜后硬度远低于牙齿，在使用过程中容易被牙齿巨大的压力挤压剥落，不但失去了抗菌效果，还影响美观。近来有很多化学方法制备Ag银颗粒涂敷在矫形丝上的工作都受到了这一硬度不足的限制。而且Ag银颗粒含量过高也实际影响患者的健康。
三、发明内容：
本发明目的是提出一种在金属丝或矫形丝表面镶嵌含Ag(可为Ag，也可为AgCu、AgAu、AgPd等合金)细小银颗粒的方法，这一结构的特征是该银颗粒特别细小，通常小于1000个原子，这些细小Ag银颗粒通过特别的工艺在不锈钢矫形丝上形成纳米级坑洞，并自身钉扎进去形成牢固的化学键合，从而既保持了含Ag银颗粒的结构稳定性，也保持了矫形丝整体的硬度。这些含Ag银颗粒在表面分布的面密度实际上达到了可以抗菌的体浓度，具有抗菌效果。这一结构的制备工艺也是独特的，技术方案如下。
本发明的技术方案是：一种镶嵌细小银颗粒的金属丝，包括不锈钢丝或镍钛合金丝，尤其是矫形丝，制备表面镶嵌含Ag的方法如下，1)选择不锈钢丝或钛镍合金丝成品；2)产生一种气相飞行的细小含Ag银颗粒，并对其进行电离，之后汇聚成一束含Ag银颗粒离子束；3)将待处理矫形丝清洗烘干置于工件台上，并抽真空使得背景真空达到10-2Pa以上；4)含Ag银颗粒离子的能量达到10xN(1eV:电子伏)以上，其离子流I(单位为费安)达到1费安/cm2以上，并将离子引到待处理矫形丝处进行处理，并计时达到108～11/I后停止处理；这一能量可以采用离子光学的方法施加，也可以采用空气动力学的方法施加；5)之后选择在200-320℃以上的真空环境下退火10分钟以上进一步提高矫形丝的性能；得到表面镶嵌(钉扎)含Ag或银合金细小银颗粒的牙齿正畸矫形丝。
进一步的，气相飞行的细小含Ag或Ag合金银颗粒，利用质谱方法确定其原子数N，对其进行电离的方法是磁控溅射、热蒸发甚至激光烧熔银或银合金的靶材，电离采用激光或者电子束轰击，或利用磁控溅射的等离子体。N可以有一定的分布。气相飞行的细小含Ag或Ag合金银颗粒，利用质谱方法确定其原子数N，对其进行电离的方法是磁控溅射、热蒸发甚至激光烧熔银或银合金的靶材，电离采用激光或者电子束轰击，或利用磁控溅射的等离子体。
得到的镶嵌细小银颗粒的金属丝，为口腔科常用的矫形用合金丝或记忆合金植入金属丝，金属丝表面包含小于一个单层的含Ag纳米银颗粒，该银颗粒镶嵌在金属丝表面，每个银颗粒有一半原子落入钢丝表面内部。
金属丝材料具有疏水性，抑制或抵抗微生物和病毒的滋生，且布氏硬度高于300。镶嵌在表面的含Ag或Ag合金银颗粒，每个银颗粒包含的原子数N必须小于1000，其分布小于20％。
本发明的有益效果：对比本工艺处理前后，处理后的不锈钢(镍钛)等矫形丝或植入丝呈现抑菌性能，大肠杆菌生长被抑制90％。本发明得到的材料具有明显的优势：在耗银较少不破坏硬度的前提下，利用新结构实现了与之前公布方法相同的抗菌效果明显；2)材料表面具有疏水性，可以抑制各种微生物和病毒的滋生；3)处理过后的不锈钢丝布氏硬度在300以上；4)把银银颗粒镶嵌在不锈钢丝表面，且每个银颗粒至少有一半原子落在纳米坑洞中。
四、具体实施方式
我们将不锈钢或镍钛合金丝清洗烘干后放于工件台上。采用磁控溅射的方法产生Ag的纳米粒子，并采用飞行时间质谱的方法选择一种100-1000个Ag原子的纳米银颗粒(可能是几纳米级的颗粒)，采用离子光学透镜的方法聚焦，并采用静电加速到5k-50keV的能量，在1nA的束流下轰击10分钟，之后在200-320摄氏度下退火20分钟，不同的合金的退火温度略有不同，即可获得期待的表面钆扎银的矫形不锈钢丝。
Claims (1)
1.一种镶嵌细小银颗粒的金属丝制备方法，其特征是 1) 选择不锈钢丝或钛镍合金丝成品 ； 2) 产生一种气相飞行的细小含 Ag 银颗粒，并对其进行电离，之后汇聚成一束含Ag 银颗粒离子束； 3)将待处理矫形丝清洗烘干置于工件台上，并抽真空使得背景真空达到10-2Pa 以上； 4) 含 Ag 银颗粒离子的能量达到1eV: 电子伏以上，其离子流I达到1 费安 /cm2 以上， 并将离子引到待处理矫形丝处进行处理，并计时达到 108 ～ 11/I 后停止处理；含Ag银颗粒离子的能量采用离子光学的方法施加，或采用空气动力学的方法施加；5)之后选择在 200-320℃以上的真空环境下退火10 分钟以上进一步提高矫形丝的性能；得到表面镶嵌含 Ag 或银合金细小银颗粒的金属丝；气相飞行的细小含 Ag颗粒，利用质谱方法确定其原子数N，对其进行电离的方法是磁控溅射、热蒸发或激光烧熔银的靶材，电离采用激光或者电子束轰击或利用磁控溅射的等离子体。
2. 根据权利要求 1所述的方法制备镶嵌细小银颗粒的金属丝，其特征是镶嵌细小银颗粒的金属丝，为口腔科常用的矫形用合金丝或记忆合金植入金属丝，金属丝表面包含小于一个单层的含 Ag 纳米银颗粒，该银颗粒镶嵌在金属丝表面，每个银颗粒有一半原子落入金属丝表面内部。
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| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20160226 Address after: 212310 science and Technology Pioneer Park, No. 19 Qi Lu Road, Danyang Development Zone, Zhenjiang, Jiangsu, 206, A Applicant after: DANYANG NARUIKANG NANO TECHNOLOGY CO., LTD. Address before: 210022, room 2, building 2, 205 Shuanglong street, Qinhuai District, Jiangsu, Nanjing, China Applicant before: Nanjing Na Ruikang nanosecond science and technology company limited |
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20211009 Address after: 210000 building 12-513, No. 29, buyue Road, Qiaolin street, Pukou District, Nanjing, Jiangsu Province Patentee after: Actinide molybdenum Technology (Nanjing) Co., Ltd Address before: 212310 206, block a, science and technology entrepreneurship Park, No. 19, Qiliang Road, Danyang Development Zone, Zhenjiang City, Jiangsu Province Patentee before: Danyang narikon Nano Technology Co., Ltd |
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| TR01 | Transfer of patent right | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: A metal wire embedded with fine silver particles and its preparation method Effective date of registration: 20211118 Granted publication date: 20170125 Pledgee: Bank of Jiangsu Co., Ltd. Nanjing Jiangbei new area sub branch Pledgor: Actinide molybdenum Technology (Nanjing) Co.,Ltd. Registration number: Y2021980012773 |
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |