PL239495B1 - Sposób wytwarzania powłoki węglowej domieszkowanej tytanem i tlenem - Google Patents
Sposób wytwarzania powłoki węglowej domieszkowanej tytanem i tlenem Download PDFInfo
- Publication number
- PL239495B1 PL239495B1 PL425014A PL42501418A PL239495B1 PL 239495 B1 PL239495 B1 PL 239495B1 PL 425014 A PL425014 A PL 425014A PL 42501418 A PL42501418 A PL 42501418A PL 239495 B1 PL239495 B1 PL 239495B1
- Authority
- PL
- Poland
- Prior art keywords
- titanium
- oxygen
- carbon
- coating
- reactor
- Prior art date
Links
- 238000000576 coating method Methods 0.000 title claims abstract description 66
- 239000010936 titanium Substances 0.000 title claims abstract description 55
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 54
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 50
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 title claims abstract description 49
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 44
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 42
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 41
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 39
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 title claims abstract description 39
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 49
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 26
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- 239000007943 implant Substances 0.000 claims abstract description 12
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims abstract description 9
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims abstract description 8
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 7
- 238000000623 plasma-assisted chemical vapour deposition Methods 0.000 claims abstract description 7
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 6
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 claims abstract description 3
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 20
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 claims description 10
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 9
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910001069 Ti alloy Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims description 6
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 5
- JMXKSZRRTHPKDL-UHFFFAOYSA-N titanium ethoxide Chemical compound [Ti+4].CC[O-].CC[O-].CC[O-].CC[O-] JMXKSZRRTHPKDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 claims description 3
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 claims description 3
- OVSGBKZKXUMMHS-VGKOASNMSA-L (z)-4-oxopent-2-en-2-olate;propan-2-olate;titanium(4+) Chemical compound [Ti+4].CC(C)[O-].CC(C)[O-].C\C([O-])=C\C(C)=O.C\C([O-])=C\C(C)=O OVSGBKZKXUMMHS-VGKOASNMSA-L 0.000 claims description 2
- NDSXSCFKIAPKJG-UHFFFAOYSA-N CC(C)O[Ti] Chemical compound CC(C)O[Ti] NDSXSCFKIAPKJG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N alpha-acetylene Natural products C#C HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 2
- 125000002534 ethynyl group Chemical group [H]C#C* 0.000 claims description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 2
- HKJYVRJHDIPMQB-UHFFFAOYSA-N propan-1-olate;titanium(4+) Chemical compound CCCO[Ti](OCCC)(OCCC)OCCC HKJYVRJHDIPMQB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- FIPWRIJSWJWJAI-UHFFFAOYSA-N Butyl carbitol 6-propylpiperonyl ether Chemical compound C1=C(CCC)C(COCCOCCOCCCC)=CC2=C1OCO2 FIPWRIJSWJWJAI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- LCKIEQZJEYYRIY-UHFFFAOYSA-N Titanium ion Chemical compound [Ti+4] LCKIEQZJEYYRIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 229960005235 piperonyl butoxide Drugs 0.000 claims 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 9
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 8
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 7
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 7
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 description 6
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 5
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 4
- 238000001157 Fourier transform infrared spectrum Methods 0.000 description 3
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 3
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 3
- 239000002114 nanocomposite Substances 0.000 description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 3
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 3
- 238000007669 thermal treatment Methods 0.000 description 3
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 206010061218 Inflammation Diseases 0.000 description 2
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 2
- 230000001580 bacterial effect Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 2
- UQEAIHBTYFGYIE-UHFFFAOYSA-N hexamethyldisiloxane Chemical compound C[Si](C)(C)O[Si](C)(C)C UQEAIHBTYFGYIE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000004054 inflammatory process Effects 0.000 description 2
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 2
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 2
- MNWRORMXBIWXCI-UHFFFAOYSA-N tetrakis(dimethylamido)titanium Chemical compound CN(C)[Ti](N(C)C)(N(C)C)N(C)C MNWRORMXBIWXCI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 206010020751 Hypersensitivity Diseases 0.000 description 1
- 238000004566 IR spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 229910052774 Proactinium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000883 Ti6Al4V Inorganic materials 0.000 description 1
- NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N Titanium nitride Chemical compound [Ti]#N NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000000217 alkyl group Chemical group 0.000 description 1
- 230000007815 allergy Effects 0.000 description 1
- 229910003481 amorphous carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 1
- 230000000844 anti-bacterial effect Effects 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- FPCJKVGGYOAWIZ-UHFFFAOYSA-N butan-1-ol;titanium Chemical compound [Ti].CCCCO.CCCCO.CCCCO.CCCCO FPCJKVGGYOAWIZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 description 1
- 239000007833 carbon precursor Substances 0.000 description 1
- 239000012707 chemical precursor Substances 0.000 description 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000035876 healing Effects 0.000 description 1
- 238000002513 implantation Methods 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 238000000608 laser ablation Methods 0.000 description 1
- 239000012705 liquid precursor Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000002524 organometallic group Chemical group 0.000 description 1
- 150000003961 organosilicon compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001699 photocatalysis Effects 0.000 description 1
- 238000005036 potential barrier Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000011477 surgical intervention Methods 0.000 description 1
- 238000001356 surgical procedure Methods 0.000 description 1
- CZDYPVPMEAXLPK-UHFFFAOYSA-N tetramethylsilane Chemical compound C[Si](C)(C)C CZDYPVPMEAXLPK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Landscapes
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
- Materials For Medical Uses (AREA)
Abstract
Przedmiotem zgłoszenia jest sposób wytwarzania warstwy węglowej domieszkowanej tytanem i tlenem na powierzchniach metalicznych, zwłaszcza na powierzchni implantów medycznych oraz weterynaryjnych, z wykorzystaniem nanoszenia powłoki w procesie RF PACVD polegający na umieszczeniu pokrywanego elementu na spolaryzowanej ujemnie elektrodzie roboczej reaktora plazmo-chemicznego i w pierwszej kolejności trawieniu powierzchni argonem, w obecności niskociśnieniowej plazmy wyładowania o częstotliwości radiowej, a następnie, po odcięciu dopływu argonu, wprowadzeniu do komory reaktora gazu węglonośnego oraz par prekursora charakteryzujący się tym, że stosuje się prekursor tlenu i tytanu, przy czym nanoszenie powłoki węglowej zawierającej tlen i tytan w procesie RF PACVD prowadzi się przy ujemnym potencjale elektrody roboczej równym 200 – 1200 V, zaś gaz węglonośny oraz prekursor tlenu i tytanu wprowadza się jednocześnie w takiej ilości aby ciśnienie w reaktorze było równe 6 - 60 Pa, w czasie uzależnionym od wymaganej grubości powłoki.
Description
Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania powłoki węglowej domieszkowanej tytanem i tlenem na powierzchniach metalicznych, zwłaszcza na powierzchni implantów znajdujących zastosowanie w medycynie implantacyjnej oraz weterynarii.
Znany jest z opisu patentowego PAT.216437 sposób wytwarzania powłoki węglowej o strukturze diamentopodobnej otrzymywanej w procesie rozpylania jonowego lub ablacji laserowej grafitowej katody w warunkach wysokiej próżni 10'6 mbar, która następnie domieszkowana jest co najmniej dwoma metalami, korzystnie srebrem i/lub złotem i/lub tytanem, wprowadzanymi za pośrednictwem wiązki jonów lub atomów tworząc obszary domieszkowane.
W zgłoszeniu patentowym P.388281 opisano sposób nanoszenia na powierzchnie implantów pozostających w bezpośrednim kontakcie z tkanką pacjenta, nanowarstwy węglowej, korzystnie diamentopodobnej (DLC) w warunkach wysokiej próżni, korzystnie 10'4 Pa, a następnie domieszkowanie lokalne tej warstwy poprzez bombardowanie powierzchni mieszaniną cząstek co najmniej dwóch metali, korzystnie srebra (Ag) i tytanu (Ti), uzyskanych w wyniku rozpylania tarczy wykonanej z mieszaniny Ag i Ti, przy czym energia cząstek bombardujących musi być poniżej bariery potencjału węgla, tj. około 50 eV, a stosunek koncentracji metalu szlachetnego Nmi do koncentracji Nm2 innego metalu z szeregu elektrochemicznego na powierzchni implantu powinien spełniać warunek określony wzorem A
0.5S^-S1.0
Nmi wzór A gdzie Nmi i Nm2 oznaczają koncentracje najkorzystniej Ag i Ti.
W opisie zgłoszenia nr P. 398452 przedstawiono metodę wytwarzania warstwy węglowej zawierającej krzem na metalicznych implantach medycznych, w której powłokę otrzymuje się metodą chemicznego osadzania z fazy gazowej w polu elektrycznym częstotliwości radiowej, z mieszaniny metanu oraz wprowadzanych podciśnieniowo par lotnych związków krzemoorganicznych, korzystnie tetrametylosilanu (TMS) lub heksametylodisiloksanu (HMDSO).
Znany jest też ze zgłoszenia patentowego nr P. 401955 sposób wytwarzania na powierzchniach metalicznych, zwłaszcza na powierzchni implantów medycznych, nanokompozytowej warstwy węglowej domieszkowanej srebrem, w którym to sposobie przy obniżonym ciśnieniu, korzystnie 13-20 Pa z atmosfery węglonośnej, korzystnie metanu, metodą plazmową wytwarza się powłokę węglową, która jednocześnie domieszkowana jest srebrem pozyskiwanym w wyniku rozpylania magnetronowego katody zawierającej srebro w atmosferze argonu i metanu.
Z czasopisma Thin Solid Films 473 (2005) 252-258 znane są techniki wytwarzania powłok węglowych domieszkowanych tytanem z atmosfery roboczej zawierającej metan, argon i TDMAT (tetrakis(dimethylamino)titanium) przy wykorzystaniu metody plazmowej, które charakteryzują się nanokompozytową strukturą złożoną z nanokrystalicznych wydzieleń azotku tytanu (TiN) rozmieszczonych w amorficznej, uwodornionej osnowie węglowej DLC.
Powszechnie znane są również techniki otrzymywania powłok węglowych domieszkowanych tytanem, otrzymywanych metodami rozpylania magnetronowego i/lub katodowego odparowania łukowego metalicznej katody tytanowej oraz katody grafitowej, korzystnie jednej katody stanowiącej mieszaninę tytanu i węgla.
Z publikacji w czasopiśmie Inżynieria Materiałowa, 2013 jest znane wytwarzanie powłok domieszkowanych krzemem i tlenem metodą RF PACVD. Wytworzone powłoki nie wykazują właściwości antybakteryjnych oraz powierzchniowej aktywności pomagającej w zwalczaniu biofilmu bakteryjnego powodującego reakcje zapalne.
Z artykułu w czasopiśmie Tribology Letters 33:193-197, 2009 jest znana technologia wytwarzania powłok węglowych DLC na podłożu tytanowym, czyli klasycznej powłoki z prekursora węglowego, o zastosowaniu medycznym. Wytworzona powłoka na powierzchni nie zawiera domieszki tytanu. Tytan stanowi tylko podłoże, którego atomy nie biorą udziału w procesie nanoszenia. Cienka warstwa T1O2 powstaje w sposób samoistny na powierzchni tytanu w wyniku reakcji utleniania i nie występuje w powłoce naniesionej na tę powierzchnię.
PL 239 495 B1
W opisie zgłoszenia patentowego EP 2330109 ujawniono sposób wytwarzania powłok do zastosowania w elektronice, z ciekłych prekursorów na bazie metali z czwartej grupy układu okresowego pierwiastków. Powłoki te nie nadają się do zastosowania w medycynie.
W dokumencie EP 2196557 ujawniono sposób wytwarzania powłok dla potrzeb elektroniki, głównie tlenkowych, o składzie chemicznym i właściwościach mechanicznych różniących się zasadniczo od składu chemicznego i właściwości mechanicznych stawianych powłokom dla potrzeb medycyny. W dokumencie tym do wytwarzania powłok wykorzystuje się metaloorganiczne prekursory chemiczne na bazie metali z czwartej grupy układu okresowego pierwiastków oraz grup alkilowych o różnej zawartości atomów węgla.
Z opisu zgłoszenia patentowego US 20150240944 są znane powłoki DLC o nanokompozytowej strukturze, przeznaczone dla przemysłu motoryzacyjnego, wytwarzane w wieloetapowym procesie, który ma zapewnić odpowiednie właściwości tribologiczne tych warstw z jednoczesnym obniżeniem w nich poziomu naprężeń. Powłoki te składają się z kilku międzywarstw i nie są do mieszkowane tytanem i tlenem, a warstwa finalna jest określona jako „niedomieszkowana metalem”.
Celem wynalazku jest opracowanie sposobu wytwarzania powłoki węglowej domieszkowanej zarówno tytanem jak i tlenem, zwłaszcza na implantach medycznych i weterynaryjnych.
Sposób wytwarzania warstwy węglowej domieszkowanej tytanem i tlenem na powierzchniach metalicznych, zwłaszcza na powierzchni implantów medycznych oraz weterynaryjnych, z wykorzystaniem nanoszenia powłoki w procesie RF PACVD, polegający na umieszczeniu pokrywanego elementu na spolaryzowanej ujemnie elektrodzie roboczej reaktora plazmo-chemicznego i w pierwszej kolejności trawieniu powierzchni argonem, w obecności niskociśnieniowej plazmy wyładowania o częstotliwości radiowej, a następnie, po odcięciu dopływu argonu, wprowadzeniu do komory reaktora gazu węglonośnego oraz par prekursora, według wynalazku polega na tym, że stosuje się prekursor tlenu i tytanu w postaci związku z grupy obejmującej izopropoksytytan (TIP), butanolan tytanu (IV), propanolan tytanu(IV), etanolan tytanu(IV), bis(acetyloacetonian) diizopropanolan tytanu (IV). Nanoszenie powłoki węglowej zawierającej tlen i tytan w procesie RF PACVD prowadzi się przy ujemnym potencjale elektrody roboczej równym 200-1200 V, zaś gaz węglonośny w postaci metanu lub acetylenu oraz prekursor tlenu i tytanu wprowadza się jednocześnie w takiej ilości aby ciśnienie w reaktorze było równe 6-60 Pa, w czasie uzależnionym od wymaganej grubości powłoki, przy czym przed nanoszeniem powłoki węglowej zawierającej tlen i tytan na wytrawioną powierzchnię nanosi się międzywarstwę na bazie pierwiastków z 4, 5 i 6 grupy pobocznej oraz krzemu, korzystnie ich węglików lub azotków. Korzystnie, powłoka nanoszona jest na element wykonany ze stopu tytanu, szczególnie korzystnie Ti6AI7Nb. Korzystnie powłoka nanoszona jest na element wykonany ze stali austenitycznej, szczególnie korzystnie stali AISI 316L. Korzystnie po wykonaniu powłoki węglowej zawierającej tlen i tytan, pokrywany element poddaje się procesowi wygrzewania w temperaturze 300-600°C w celu uzyskania krystalicznej formy tlenku tytanu w osnowie powłoki DLC. Tak uzyskana powłoka charakteryzuje się wzmożonym efektem fotokatalitycznym oraz innymi właściwościami nieosiągalnymi dla powłok DLC oraz TO2 stosowanych osobno.
Naniesienie na wytrawioną powierzchnię międzywarstwy na bazie pierwiastków z 4, 5 i 6 grupy pobocznej oraz krzemu, korzystnie ich węglików lub azotków, poprawia adhezję wytworzonej powłoki. Powłoki uzyskane sposobem według wynalazku, dzięki obecności tytanu i tlenu, wykazują powierzchniową aktywność pomagającą w zwalczaniu biofilmu bakteryjnego powodującego reakcje zapalne, prowadzące do utrudnionego procesu gojenia ran pooperacyjnych, konieczności ponownej ingerencji chirurgicznej bądź w szczególnych przypadkach całkowitego odrzucenia implantu. Zaletą sposobu według wynalazku jest uzyskanie na powierzchni diamentopodobnej powłoki DLC charakteryzującej się w swoim przekroju poprzecznym stałą lub zmienną koncentracją tytanu i tlenu. Stwarza to szerokie możliwości kształtowania struktury uzyskiwanych powłok, która może być konstytuowana przez amorficzną mieszaninę węgla, tlenu i tytanu, jak również amorficznych i/lub krystalicznych wydzieleń tlenku tytanu rozmieszczonych w amorficznej osnowie węglowej. Kombinacja taka pozwala wykorzystać ogół bardzo dobrych właściwości użytkowych powłok węglowych, które mogą być wzbogacone o szereg innych, nieosiągalnych w przypadku niedomieszkowanej powłoki na bazie węgla. Należą do nich m.in. możliwość kształtowania swobodnej energii powierzchniowej, uzyskanie powłok charakteryzujących się wysoką biozgodnością oraz odpornością korozyjną, co w przypadku medycyny implantacyjnej stanowi wysoce efektywną barierę dla dyfuzji jonów metali z podłoża do organizmu, skutecznie zabezpieczającą biorcę przed występowaniem ewentualnych alergii, których efektem może być całkowite odrzucenie implantu. Poprzez zmianę udziału gazu węglonośnego oraz źródła tlenu i tytanu w atmosferze roboczej
PL 239 495 B1 reaktora, a także poprzez zmianę parametrów procesu wytwarzania powłok takich jak: wartość ujemnego potencjału autopolaryzacji, zawierającą się w zakresie 200-1200 V, oraz wartość ciśnienia w komorze reaktora, zawierającą się w zakresie 6-60 Pa, istnieje możliwość kontroli składu chemicznego otrzymywanych warstw.
Sposób według wynalazku ilustrują poniższe przykłady wykonania oraz rysunek, na którym fig. 1 przedstawia widmo fourierowskiej spektroskopii w podczerwieni (FTIR) powłoki węglowej domieszkowanej tytanem i tlenem, wytworzonej w przykładzie I, fig. 2 przedstawia widmo FTIR powłoki węglowej domieszkowanej tytanem i tlenem, wytworzonej w przykładzie II, fig. 3 przedstawia przykład dyfraktogramu powłoki DLC domieszkowanej tytanem i tlenem, poddanej procesowi wygrzewania w temperaturze 400°C według przykładu IV.
P r z y k ł a d I
Element wykonany ze stopu tytanu Ti6AI4V umieszczony na elektrodzie roboczej reaktora poddano trwającemu 10 minut procesowi trawienia w plazmie argonowej wyładowania częstotliwości radiowej (13,56 MHz), z zastosowaniem potencjału autopolaryzacji wynoszącego - 800 V. Następnie do komory reaktora wprowadzono metan oraz izopropoksytytan - (TIP). Ciśnienie wynosiło 20 Pa, przy czym stosunek ciśnienia parcjalnego TIP do całkowitego ciśnienia w komorze wynosił 0.05. Potencjał autopolaryzacji ustalono na - 400 V.
Po 2 minutach proces przerwano. Na powierzchni podłoża uzyskano zawierającą tlen oraz tytan powłokę węglową o grubości 142 nm i twardości 14,5 GPa. Koncentracja tytanu i tlenu wynosiła odpowiednio około 1,8% at. oraz 2,2% at. w całym przekroju otrzymanej powłoki. Na fig. 1 rysunku zamieszczono przykładowe widmo FTIR otrzymanej powłoki.
P r z y k ł a d II
Element wykonany ze stali austenitycznej AISI 316L umieszczony na elektrodzie roboczej reaktora poddano procesowi trawienia, jak w przykładzie I. Następnie do komory reaktora wprowadzono metan oraz izopropoksytytan (TIP). Ciśnienie wynosiło 20 Pa, przy czym stosunek ciśnienia parcjalnego TIP do całkowitego ciśnienia w komorze wynosił 0.21. Potencjał autopolaryzacji ustalono na - 400 V.
Po 2 minutach proces przerwano. Na powierzchni podłoża uzyskano zawierającą tlen oraz tytan powłokę węglową o grubości 99,3 nm i twardości 5,5 GPa. Koncentracja tytanu i tlenu wynosiła odpowiednio około 10,3% at. oraz 22,2% at. w całym przekroju otrzymanej powłoki. Na fig. 2 rysunku zamieszczono przykładowe widmo FTIR otrzymanej powłoki.
P r z y k ł a d III
Element wykonany ze stopu tytanu Ti6AI4V umieszczony na elektrodzie roboczej reaktora poddano 10 minutowemu procesowi trawienia jak w przykładzie I. Następnie do komory reaktora wprowadzono metan oraz izopropoksytytan (TIP) w stosunku ciśnień parcjalnych i sumarycznym ciśnieniu roboczym tak jak w przykładzie I. Natomiast potencjał autopolaryzacji ustalono na - 800 V. Po 2 minutach proces przerwano. Na powierzchni podłoża uzyskano powłokę węglową o grubości 120 nm, zawierającą 1,1% at. tytanu oraz 0,8% at. tlenu w całym jej przekroju.
P r z y k ł a d IV
Element wykonany ze stali AISI 316L pokrytej powłoką DLC domieszkowaną Ti oraz O, o grubości 200 nm i zawartości domieszek odpowiednio 5,9% at. oraz 11,1% at., poddany został procesowi obróbki termicznej w temperaturze 400°C, przez 1 godzinę, w atmosferze powietrza. Po 1 godzinie obróbki termicznej na powierzchni podłoża otrzymano powłokę węglową zawierającą tlenek tytanu w postaci anatazu, co potwierdziło badanie przeprowadzone za pomocą dyfraktometru rentgenowskiej (XRD). Przykład dyfraktogramu powłoki DLC domieszkowanej Ti oraz O po procesie obróbki termicznej (próbka analizowana była w odstępach 10 minutowych), zamieszczono na fig. 3 rysunku.
P r z y k ł a d V
Element wykonany ze stopu tytanu Ti6AI4V umieszczony na elektrodzie roboczej reaktora poddano trwającemu 10 minut procesowi trawienia w plazmie argonowej wyładowania częstotliwości radiowej (13,56 MHz), z zastosowaniem potencjału autopolaryzacji wynoszącego - 800 V. Następnie, nie zmieniając prędkości przepływu argonu, metodą rozpylania magnetronowego wytworzono międzywarstwę tytanową przy zastosowaniu potencjału autopolaryzacji - 300 V; mocy wydzielonej na targecie tytanowym równej 2 kW, oraz ciśnieniu równemu 0,5 Pa. Czas nanoszenia międzywarstwy wynosił 12 minut. Grubość tak wytworzonej międzywarstwy wynosiła około 130 nm. W dalszej kolejności, po zakończeniu procesu rozpylania magnetronowego, przystąpiono do wytworzenia powłoki DLC domieszkowanej tytanem oraz tlenem. Parametry procesu ustalono tak jak w przykładzie I. Po 15 minutach proces przerwano. Na powierzchni podłoża uzyskano zawierającą tlen oraz tytan powłokę węglową
PL 239 495 B1 o grubości 1200 nm i twardości 14,5 GPa. Koncentracja tytanu i tlenu wynosiła odpowiednio około 1,8% at. oraz 2,2% at. w całym przekroju powłoki.
P r z y k ł a d VI
Element wykonany ze stopu tytanu Ti6Al4V umieszczony na elektrodzie roboczej reaktora poddano trwającemu 10 minut procesowi trawienia argonem w plazmie wyładowania częstotliwości radiowej (13,56 MHz), z zastosowaniem potencjału autopolaryzacji wynoszącego - 800 V. Następnie, nie zmieniając prędkości przepływu argonu, metodą rozpylania magnetronowego wytworzono międzywarstwę o charakterze gradientowym Ti-TixCy w następujący sposób. Przy zastosowaniu potencjału autopolaryzacji - 300 V, mocy wydzielonej na targecie równej 2,2 kW, oraz ciśnieniu równemu 0,5 Pa rozpoczęto proces rozpylania targetu tytanowego. Po 8 minutach procesu, w odstępach 30 s wprowadzano metan począwszy od prędkości przepływu 2 ml/minutę, skończywszy na 6 ml/minutę. Jednocześnie, w ciągu dwóch ostatnich minut zmniejszano moc wydzieloną na targecie do wartości 1,9 kW. Łączny czas nanoszenia międzywarstwy Ti-TixCy wynosił 12 minut. Grubość tak wytworzonej międzywarstwy wynosiła 150 nm. W dalszej kolejności, po zakończeniu procesu rozpylania magnetronowego, przystąpiono do wytwarzania powłoki DLC domieszkowanej tytanem oraz tlenem. Parametry procesu ustalono jak w przykładzie II. Po 15 minutach proces przerwano. Na powierzchni podłoża uzyskano zawierającą tlen oraz tytan powłokę węglową o grubości 900 nm i twardości ok. 5 GPa. Koncentracja tytanu i tlenu wynosiła odpowiednio około 10,5% at. oraz 22,1% at. w całym przekroju powłoki.
Zastrzeżenia patentowe
Claims (4)
- Zastrzeżenia patentowe1. Sposób wytwarzania warstwy węglowej domieszkowanej tytanem i tlenem na powierzchniach metalicznych, zwłaszcza na powierzchni implantów medycznych oraz weterynaryjnych, z wykorzystaniem nanoszenia powłoki w procesie RF PACVD, polegający na umieszczeniu pokrywanego elementu na spolaryzowanej ujemnie elektrodzie roboczej reaktora plazmo-chemicznego i w pierwszej kolejności trawieniu powierzchni argonem, w obecności niskociśnieniowej plazmy wyładowania o częstotliwości radiowej, a następnie, po odcięciu dopływu argonu, wprowadzeniu do komory reaktora gazu węglonośnego oraz par prekursora znamienny tym, że stosuje się prekursor tlenu i tytanu w postaci związku z grupy obejmującej izopropoksytytan (TIP), butanolan tytanu (IV), propanolan tytanu(IV), etanolan tytanu(IV), bis(acetyloacetonian) diizopropanolan tytanu (IV), nanoszenie powłoki węglowej zawierającej tlen i tytan w procesie RF PACVD prowadzi się przy ujemnym potencjale elektrody roboczej równym 200-1200 V, zaś gaz węglonośny w postaci metanu lub acetylenu oraz prekursor tlenu i tytanu wprowadza się jednocześnie w takiej ilości aby ciśnienie w reaktorze było równe 6-60 Pa, w czasie uzależnionym od wymaganej grubości powłoki, przy czym przed nanoszeniem powłoki węglowej zawierającej tlen i tytan na wytrawioną powierzchnię nanosi się międzywarstwę na bazie pierwiastków z 4, 5 i 6 grupy pobocznej oraz krzemu, korzystnie ich węglików lub azotków.
- 2. Sposób według dowolnego z zastrz. 1, znamienny tym, że po wykonaniu powłoki węglowej zawierającej tlen i tytan, pokrywany element poddaje się procesowi wygrzewania, w temperaturze 300-600°C.
- 3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że powłoka nanoszona jest na element wykonany ze stopu tytanu korzystnie Ti6AI7Nb.
- 4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że powłoka nanoszona jest na element wykonany ze stali austenitycznej korzystnie stali AISI 316L.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL425014A PL239495B1 (pl) | 2018-03-26 | 2018-03-26 | Sposób wytwarzania powłoki węglowej domieszkowanej tytanem i tlenem |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL425014A PL239495B1 (pl) | 2018-03-26 | 2018-03-26 | Sposób wytwarzania powłoki węglowej domieszkowanej tytanem i tlenem |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| PL425014A1 PL425014A1 (pl) | 2019-10-07 |
| PL239495B1 true PL239495B1 (pl) | 2021-12-06 |
Family
ID=68099318
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PL425014A PL239495B1 (pl) | 2018-03-26 | 2018-03-26 | Sposób wytwarzania powłoki węglowej domieszkowanej tytanem i tlenem |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| PL (1) | PL239495B1 (pl) |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE60035103T2 (de) * | 1999-04-15 | 2008-02-07 | Nobel Biocare Ab | Mit diamantähnlichem kohlenstoff überzogene zahnärztliche halterungschraube |
| US8471049B2 (en) * | 2008-12-10 | 2013-06-25 | Air Product And Chemicals, Inc. | Precursors for depositing group 4 metal-containing films |
| US8592606B2 (en) * | 2009-12-07 | 2013-11-26 | Air Products And Chemicals, Inc. | Liquid precursor for depositing group 4 metal containing films |
| DE102012214284B4 (de) * | 2012-08-10 | 2014-03-13 | Federal-Mogul Burscheid Gmbh | Gleitelement, insbesondere Kolbenring, mit einer widerstandsfähigen Beschichtung |
| CN106282935A (zh) * | 2015-05-15 | 2017-01-04 | 新科实业有限公司 | 具有类金刚石涂层的材料及其制备方法 |
-
2018
- 2018-03-26 PL PL425014A patent/PL239495B1/pl unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| PL425014A1 (pl) | 2019-10-07 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Kazemi et al. | Investigation on the corrosion behavior and biocompatibility of Ti-6Al-4V implant coated with HA/TiN dual layer for medical applications | |
| EP1272683B2 (de) | Dlc-schichtsystem sowie verfahren zur herstellung eines derartigen schichtsystems | |
| Chen et al. | Phase transformation of diamond-like carbon/silver composite films by sputtering deposition | |
| Ueda et al. | Improvements of plasma immersion ion implantation (PIII) and deposition (PIII&D) processing for materials surface modification | |
| CN104583446A (zh) | 长效抗菌金属表面及其制备方法 | |
| Kaindl et al. | Atomic layer deposition of oxide coatings on porous metal and polymer structures fabricated by additive manufacturing methods (laser-based powder bed fusion, material extrusion, material jetting) | |
| Abreu et al. | Synthesis of TiN and TiO2 thin films by cathodic cage plasma deposition: a brief review | |
| Marcinauskas et al. | Structural and optical properties of doped amorphous carbon films deposited by magnetron sputtering | |
| Lopes et al. | TiO2 anti-corrosive thin films on duplex stainless steel grown using cathodic cage plasma deposition | |
| Jastrzębski et al. | A review of mechanical properties of diamond-like carbon coatings with various dopants as candidates for biomedical applications | |
| Büyüksağiş et al. | HAP coatings for biomedical applications: biocompatibility and surface protection against corrosion of Ti, Ti6Al4V and AISI 316L SS | |
| Nemati et al. | Hydrogen-free Cu: amorphous-C: N coating on TC4 titanium alloy: the role of gas ratio on mechanical and antibacterial potency | |
| Lenka et al. | Surface modification: carbide-, silicide-, nitride-based surface | |
| PL239495B1 (pl) | Sposób wytwarzania powłoki węglowej domieszkowanej tytanem i tlenem | |
| Fawey et al. | Effect of triple treatment on the surface structure and hardness of 304 austenitic stainless steel | |
| Oladijo et al. | An Overview of Sputtering Hydroxyapatite for BiomedicalApplication | |
| Ullah et al. | Effect of methane concentration on surface properties of cathodic cage plasma nitrocarburized AISI-304 | |
| Berezhnaya et al. | Effect of high-temperature annealing on solid-state reactions in hydroxyapatite/TiO2 films on titanium substrates | |
| Ghorbani et al. | Pulsed DC-plasma assisted chemical vapor deposition of α-rich nanostructured tantalum film: Synthesis and characterization | |
| PL214958B1 (pl) | Sposób modyfikacji warstwy wierzchniej tytanu i jego stopów fosforem lub wapniem i fosforem metodą elektrochemicznego utleniania plazmowego | |
| Salek Rahimi et al. | DPF-produced TiN coatings on NiTi: biological and mechanical properties | |
| US20200392616A1 (en) | THIN FILMS OF NICKEL-COPPER BINARY OXYNITRIDE (NICUOxNy) AND THE CONDITIONS FOR THE PRODUCTION THEREOF | |
| Yang et al. | ECR-MPCVD fabricated nitrogen doped DLC films for potential biomedical application | |
| Kostrin et al. | Application of a vacuum-arc discharge for the production of biocompatible coatings | |
| Kostrin et al. | Ion-plasma methods of receiving biocompatible coatings |