CN201019805Y - 纳米金刚石镀层手术刀 - Google Patents

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本实用新型涉及一种纳米金刚石镀层手术刀，包括合金材料的手术刀基体，该基体包括一刃口部。刃口部沉积一层纳米金刚石薄膜；在手术刀基体与纳米金刚石薄膜之间有金刚石镀膜成核层或强度中间层。纳米金刚石膜可以为金刚石薄膜或类金刚石碳膜。本实用新型可显著提高手术刀之抗腐性、硬度及使用寿命。采用金属手术刀件的表面改性技术，方法是将金属手术刀件的表面预处理后，由化学气相蒸镀法或物理气相蒸镀法使纳米金刚石薄膜涂镀在金属手术刀的表面提高了手术刀的化学稳定性、锐利度、硬度，并增加了使用寿命，成为理想的手术刀器件。

Description

纳米金刚石镀层手术刀
技术领域
本实用新型涉及手术器械，具体涉及一种纳米金刚石镀层手术刀。
背景技术
一般的金属手术刀件大多采用不锈钢为制造材料，这类材料使手术刀具上显现出若干缺点。首先，上述不锈钢手术刀硬度大约是50-60HRC，硬度与锐利度不够。二是不锈钢手术刀在酸碱及化学药剂消毒的过程中，表面会造成材料腐蚀破坏的现象。三是不锈钢手术刀的锋利度有极限性，在治疗眼球结膜较为柔硬的组织时会产生困难度，此为目前的技术瓶颈。
发明内容
本实用新型的目的，在于克服上述不足，提供一种更高性能的纳米金刚石镀层手术刀。
本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的。
一种纳米金刚石手术刀，其制作是将金属手术刀具的刃部沉积一层纳米金刚石膜，以提高抗化学腐蚀性、增加硬度及使用寿命。具体工艺为：将手术刀刃部表面预先处理后，经化学气相蒸镀法或物理气相蒸镀方法生成生成纳米金刚石薄膜或类金刚石碳膜，蒸镀時手术刀刃部与蒸镀离子的撞击方向呈特定角度处理，该金刚石薄膜或类金刚石碳膜再经表面研磨处理，使手术刀刃部形成厚度为100nm～4μm，刃口部半径小于0.5μm的金刚石镀膜手术刀。
该金刚石镀膜之手术刀具可使用不锈钢、碳化钨、钼、钛及相关合金等材料，该成形的手术刀具的规格，配合加工成形尺寸的变化制作。
该刀刃部需表面预先处理，可使用酸或碱溶液处理，为增加生长初期的成核密度，由粒径30μm微粒金刚石悬浮液400W超声波振荡清洗20min，及0.3μm纳米金刚石悬浮液做两段式超声波振荡处理20min后清洗吹干备用，化学气相沉积控制负偏压(Bias)值于100-280V，及反应气体压力为1.0-3.0Kpa。
该化学气相蒸镀法指利用热丝化学气相沉积法(HFCVD)、直流等离子体化学气相沉积法(DCPCVD)、直流等离子体喷涂法、射频等离子体气相沉积法(RFPCVD)、高频等离子体气相沉积法、直流电弧放电法、微波等离子体化学气相沉积法(MWPCVD)、离子束沉积法IBD或低压化学气相沉积(LPCVD)等相关制程生长，厚度低于4μm的金刚石纳米膜镀层。
使用0.1～3.0％的CH4、20～70％的Ar2及79.9～27％的H2混合气体，在500～2100℃的等离子体环境下生长，为含量高于70％的SP3碳原子键结构的纳米聚晶金刚石膜。
蒸镀法指利用蒸镀(Evaporation Deposition)方式、离子镀(Ion Plating)方式或溅镀(Sputtering Deposition)方式等相关制程生成，使得镀膜达到无氢的类金刚石碳膜沉积，实现低针孔率的纳米级镀膜，该膜为含量低于70％的SP3碳原子键结构物。
先使用金属为靶材，在物理气相蒸镀环境下生成低于10nm的中间层，再使用石墨靶材为原料，在物理气相蒸镀环境下生成厚度低于1μm的类金刚石碳膜镀层。
所述的特定角度物理气相蒸镀法，其制造过程中蒸镀的离子沉积方向，經调整手术刀刃部与蒸镀离子的撞击方向α夹角成30～90度，手术刀平面与蒸镀离子的撞击方向β夹角成15～80度，进行刀具两平面金刚石膜沉积。
研磨处理使手术刀刃部的金刚石薄膜形成厚度为100nm～4μm，刃口部半径小于0.5μm，表面粗糙度小于40nm，薄膜晶粒大小约为10～500nm。
由于金刚石膜具有良好生物相容性、化学稳定性，且摩擦系数小，硬度高，耐磨损。因此将纳米金刚石薄膜涂镀在金属手术刀的表面，增加了手术刀件的使用寿命及性能。
有关金属手术刀件的表面改性技术，方法是：将金属手术刀件表面预先处理后，由化学气相蒸镀法或物理气相蒸镀法处理，使纳米金刚石薄膜涂镀在金属手术刀表面，薄膜生長過程经特定角度蒸镀方法生成厚度为100nm～4μm的金刚石膜，以提高化学稳定性、锐利度、硬度及增加使用寿命，成为理想的手术刀器件。
附图说明
图1为纳米金刚石镀层手术刀的横向剖面图；
图2为物理气相蒸镀的离子沉积方向与手术刀器件位置的夹角图。图中：1、合金材料基体，2、金刚石镀膜成核层或强度中间层，3、纳米金刚石薄膜，4、刃口部，5、膜刃口部，6、蒸镀离子的撞击方向，7、手术刀平面。
具体实施方式
参照附图，纳米金刚石镀层手术刀，包括合金材料的手术刀基体1，该手术刀基体1包括一刃口部4，刃口部4沉积一层可提高手术刀之抗腐性、硬度及使用寿命的纳米金刚石薄膜3；手术刀基体1与纳米金刚石薄膜3之间夹有金刚石镀膜成核层或强度中间层2。纳米金刚石膜3可以为金刚石薄膜或类金刚石碳膜；纳米金刚石薄膜3的厚度为100nm～4μm；所述刃口部的半径小于0.5μm。制作手术刀的合金材料包括不锈钢、碳化钨、钼、钛。纳米金刚石薄膜3的晶粒大小约为10～500nm。
纳米金刚石被镀膜材料，可使用不锈钢、碳化钨、钼、钛及相关合金之手术刀具1等材料。该未镀膜之手术刀具，使用已成形的刃口部4，依规格配合实际加工成形时的尺寸变化制作。为提高金刚石镀膜或类金刚石碳镀膜结合强度，未镀膜之手术刀具表面需预先使用酸或碱溶液处理，再经由微粒金刚石悬浮液超声波振荡处理后，最后用丙酮超声波方式清洗后吹干备用。
金刚石镀膜分为两种方式，如下述。
第一种，指含SP3碳原子键结构高于70％含量的纳米聚晶金刚石膜制作，该纳米金刚石镀膜为增加成核(2)密度大于109cm-1，控制负偏压(Bias)值于100～280V及反应气体压力为1.0～3.0Kpa。使用0.1～3.0％的CH4、20～70％的Ar2及79.9～27％的H2混合气体，在500～2100℃的化学气相蒸镀法的等离子体环境下镀膜。此化学气相蒸镀法可利用下列方法获得，热丝化学气相沉积法(HFCVD)、直流等离子体化学气相沉积法(DCPCVD)、直流等离子体喷涂法、射频等离子体气相沉积法(RFPCVD)、高频等离子体气相沉积法、直流电弧放电法、微波等离子体化学气相沉积法(MWPCVD)、离子束沉积法(IBD)或低压化学气相沉积(LPCVD)等相关设备制成。製造過程中蒸镀的离子沉积方向，經调整手术刀刃部与蒸镀离子的撞击方向α夹角成30～90度，手术刀平面与蒸镀离子的撞击方向β夹角成15～80度，详细如图2，进行刀具两平面金刚石膜沉积，厚度低于4μm的金刚石纳米膜镀层3。
第二种，指含SP3的碳原子键结构低于70％含量的纳米类金刚石碳(DLC)膜制作，该类金刚石碳膜使用石墨靶材为原料，生成厚度低于1μm的类金刚石碳膜。以物理气相蒸镀法制造，该蒸镀法指利用蒸镀(Evaporation Deposition)方式、离子镀(IonPlating)方式或溅镀(Sputtering Deposition)方式等相关设备，所述的特定角度物理气相蒸镀法，其特征在于，依物理气相蒸镀的离子沉积方向，调整手术刀刃部与蒸镀离子的撞击方向α夹角成30～90度，手术刀平面与蒸镀离子的撞击方向β夹角成15~80度，详细如图2，进行刀具两平面金刚石膜沉积。制成厚度低于1μm，无氢含量的类金刚石碳膜沉积，实现低针孔率的纳米级类金刚石碳(DLC)膜镀层。製造過程中蒸镀的离子沉积方向，經调整手术刀刃部与蒸镀离子的撞击方向α夹角成30-90度，手术刀平面与蒸镀离子的撞击方向β夹角成15-80度，详细如图2，进行刀具两平面金刚石膜沉积，厚度低于1μm的类金刚石膜镀层3。
上述纳米金刚石碳膜的制作完成后，为提高锐利度以成为理想的手术刀件材，需经过后表面研磨处理，处理方式是指以所述的金刚石镀膜手术刀表面研磨，使手术刀刃部的纳米金刚石薄膜形成厚度为100nm～4μm，刃口部半径小于0.5μm，表面粗糙度小于40nm，薄膜晶粒大小约为3～500nm。
实施例1：指含SP3碳原子键结构高于70％含量的纳米聚晶金刚石膜，涂镀在金属手术刀表面的制作工艺。所述的纳米金刚石被镀膜材料，可使用不锈钢、碳化钨、钼、钛及相关合金之手术刀具等材料。该未镀膜之手术刀具1，使用已成形的物件，依规格配合实际加工成形时的尺寸变化制作。为提高纳米金刚石镀膜结合强度，未镀膜之手术刀具表面预先使用硝酸溶液处理，再经由粒径30μm微粒及0.3μm金刚石悬浮液做两段式超声波振荡处理后，最后用丙酮超声波方式清洗后吹干备用。该纳米金刚石镀膜为增加成核层2的密度大于109cm-1，控制负偏压(Bias)值于100～280V及反应气体压力为1.0～3.0Kpa。使用0.1～3.0％的CH4、20～70％的Ar2及79.9～27％的H2混合气体，在700～900℃的化学气相蒸镀法的等离子体环境下镀膜。微波等离子体化学气相沉积法(MWPCVD)、设备制成。製造過程中蒸镀的离子沉积方向，經调整手术刀刃部与蒸镀离子的撞击方向α夹角成30～90度，手术刀平面与蒸镀离子的撞击方向β夹角成15～80度，详细如图2，进行刀具两平面金刚石膜沉积，厚度低于4μm的金刚石纳米膜镀层3。
为提高手术刀件材的锐利度性能，该完成纳米金刚石的刀件需经过后表面研磨处理，研磨处理使手术刀刃部形成厚度为1μm～4μm，刃口部5的半径小于0.5μm，表面粗糙度小于40nm，薄膜晶粒大小约为30～500nm的纳米金刚石薄膜。
实施例2：指含SP3碳原子键结构低于70％含量的纳米类金刚石碳(DLC)膜，涂镀在金属手术刀表面的制作工艺。所述的纳米类金刚石碳(DLC)膜的被镀膜材料，可使用不锈钢、碳化钨、钼、钛及相关合金之手术刀具等材料。该未镀膜之手术刀具1，使用已成形的物件，依规格配合实际加工成形时的尺寸变化制作。为提高类金刚石碳镀膜结合强度，清洗后未镀膜之手术刀具表面需预先处理，先使用金属为靶材，在物理气相蒸镀环境下生成低于10nm的中间层2。
纳米类金刚石碳(DLC)膜的制作，使用石墨靶材微原料，以物理气相蒸镀法制造，该蒸镀法指利用蒸镀(Evaporation Deposition)方式、离子镀(Ion Plating)方式或溅镀(Sputtering Deposition)方式等相关设备，制成厚度低于1μm，无氢含量的类金刚石碳膜(3)沉积，实现低针孔率的纳米级类金刚石碳(DLC)膜镀层。製造過程中蒸镀的离子沉积方向，經调整手术刀刃部与蒸镀离子的撞击方向α夹角成30～90度，手术刀平面与蒸镀离子的撞击方向β夹角成15～80度，详细如图2，进行刀具两平面金刚石膜沉积，厚度低于4μm的金刚石纳米膜镀层3。
为提高手术刀件材的锐利度性能，该完成类金刚石碳(DLC)镀膜的刀件需经过后表面研磨处理，研磨处理使手术刀刃部形成厚度为100nm～1μm，刃口部5)的半径小于0.5μm，表面粗糙度小于30nm，薄膜晶粒大小约为3～30nm的纳米金刚石薄膜。

Claims (6)

1.一种纳米金刚石镀层手术刀，包括合金材料的手术刀基体(1)，该手术刀基体(1)包括一刃口部(4)，其特征在于：所述的刃口部(4)沉积有一层可提高手术刀之抗腐性、硬度及使用寿命的纳米金刚石薄膜(3)；在手术刀基体(1)与纳米金刚石薄膜(3)之间夹有金刚石镀膜成核层或强度中间层(2)。
2.根据权利要求1所述的纳米金刚石镀层手术刀，其特征在于：所述的纳米金刚石膜(3)可以为金刚石薄膜或类金刚石碳膜。
3.根据权利要求1所述的纳米金刚石镀层手术刀，其特征在于：所述的纳米金刚石薄膜(3)的厚度为100nm～4μm。
4.根据权利要求1所述的纳米金刚石镀层手术刀，其特征在于：所述刃口部的半径小于0.5μm。
5.根据权利要求1所述的纳米金刚石镀层手术刀，其特征在于：所述制作手术刀的合金材料包括不锈钢、碳化钨、钼、钛。
6.根据权利要求1所述的纳米金刚石镀层手术刀，其特征在于：所述纳米金刚石薄膜(3)的晶粒大小约为10～500nm。
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