Mikrostruktura oraz własności mechaniczne biozgodnych powłok formowanych metodami jonowymi na bazie węgla oraz tytanu

• Autorzy: Rajchel B. , Lekka M. , Wesełucha-Birczyńska A. , Proniewicz L. M.

Warianty tytułu

EN

Microstructure and mechanical properties of biocompatible coating layers based on carbon and titanium and created by ionic methods

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Tytan oraz jego stopy (np. Ti-6Al-4V) są biozgodne i ze względu na swoje własności fizyczne, chemiczne oraz mechaniczne zostały akceptowane jako materiały między innymi do produkcji endoprotez stawu biodrowego. Niestety w trakcie pracy protez wykonanych na bazie tych materiałów, małe cząstki metali wycierane z pracujących powierzchni protezy mogą przedostawać się do ludzkiego organizmu. Ze względu na szkodliwe oddziaływanie cząstek metalu z organizmem człowieka lub na mechaniczne zużycie endoproteza musi być wymieniana. Proces degradacji metalicznych fragmentów endoprotezy może być zredukowany cienką powłoką węglową uformowaną na pracujących powierzchniach protezy. Powłoki węglowe powinny charakteryzować się dużą twardością oraz odpornością chemiczną na działanie płynów ustrojowych. Taka warstwa węglowa może być stosowana do zabezpieczenia zarówno gałki jak i panewki protezy. Własności fizyczne, chemiczne oraz mechaniczne powłoki silnie zależą od metody stosowanej do jej formowania. Obecnie do formowania powłok węglowych najczęściej stosowane są metody CVD (Chemical Vapour Deposition). Uzyskiwane metodami CVD powłoki węglowe o strukturze DLC (Diamond Like Coatings) lub NCD (Nano-Crystalline Diamond) cechują się wysoką biozgodnością, twardością oraz odpornością korozyjną. Niestety wadą ich jest mała adhezja do podłoża. Alternatywną grupą metod do CVD są techniki jonowe, a w szczególności dwuwiązkowa metoda Ion Beam Assisted Deposition (DB IBAD). Metoda ta pozwala formować powłoki wielowarstwowe z szeroką warstwą przejściową do podłoża. Zarówno gradienty koncentracji pierwiastków w powłoce jak i grubość warstwy przejściowej są łatwo kontrolowane. W prezentowanej pracy badano wielowarstwowe powłoki węgiel-tytan formowane dwuwiązkową metodą IBAD. Powłoki te mogą być zastosowane do zabezpieczania ceramicznych elementów protez. Do badania powłok zastosowano mikroskopię sił atomowych (AFM), mikro spektroskopię ramanowską, a także metodę spektroskopii wstecznie rozproszonych naładowanych cząstek (RBS). Badano również własności mechaniczne uformowanych powłok. Stwierdzono wysoką gładkość uzyskiwanych powłok oraz ich wysoką trwałość, elastyczność oraz adhezję. Określano stosunek wiązań sp2/sp3.

EN

Titanium and Ti-6Al-4V alloy are know as good biocompatible materials and due to physical, chemical and mechanical properties are accepted for production of hip joint endoprosthesis. Unfortunately, many small metallic particles can go out from the working surface of the prosthesis (based on titanium or his alloy) and may enter into human body. Due to toxic interaction of metallic particles with human body or due to the mechanical wear the endoprosthesis must be removed. This process of degradation of metallic parts can be stopped or reduced by thin hard carbon coating layer. The carbon protective layer must be hard with good chemical resistance. This carbon coating can be applied for protection of the head and the cup of the metallic prosthesis. The final physical, chemical and mechanical properties of the coating layer are strongly determined by a method used for formation of this layer. Presently, by using of the CVD (Chemical Vapour Deposition) techniques, the DLC (Diamond Like Coatings) or NCD (Nano Crystalline Diamond) carbon layers are created. The CVD carbon coating layers are very hard and biocompatible but with poor adhesion to substrate. As alternative way of the carbon coating formation the dual beam Ion Beam Assisted Deposition (DB IBAD) technique can be used. By using of the IBAD technique a complex multilayer can be formed. The gradient of concentration of elements and thickness of interface sublayer can be controlled. In presented work the carbon-titanium multiplayer were investigated. The carbon-titanium layer can be used for protection of ceramic parts of endoprosthesis. For creation of the carbon-titanium systems the middle energy DB IBAD technique was applied. For investigation the AFM microscopy, micro-Raman spectroscopy and Rutherford Backscattering Spectroscopy (RBS) were used. All carbon-titanium multiplayer were flat and very hard with good elasticity and adhesion to substrate. The sp2/sp3 ratio were determined.

Słowa kluczowe

PL

biozgodność; mikrostruktura; właściwości mechaniczne; powłoki

EN

biocompatibility; microstructure; mechanical properties; layers

• Wydawca: Polskie Stowarzyszenie Biomateriałów
• Czasopismo: Inżynieria Biomateriałów
• Rocznik: 2002
• Tom: R. 5, nr 23-25
• Strony: 87--88

Twórcy

autor

Rajchel B.

• Instytut Fizyki Jądrowej im. H. Niewodniczańskiego, Kraków

autor

Lekka M.

• Instytut Fizyki Jądrowej im. H. Niewodniczańskiego, Kraków

autor

Wesełucha-Birczyńska A.

• Środowiskowe Labolatorium Analiz Fizykochemicznych Badań Strukturalnych UJ, Kraków

autor

Proniewicz L. M.

• Wydział Chemii Uniwersytetu Jagiellońskiego, Kraków