Wstępna analiza właściwości powłok węglowych wytwarzanych za pomocą metody MW/RF na powierzchni pirolitycznego węgla

• Autorzy: Król A. , Kaźmierczak T. , Kaczorowski W.

Warianty tytułu

EN

Properties of carbon coatings deposited on pyrolytic carbon using MW/RF method - preliminary analysis

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W prezentowanej pracy przedstawiono wstępną analizę możliwości wytwarzania powłok węglowych z wykorzystaniem metody MW/RF PACVD na powierzchni pirolitycznego węgla (PyC). Modyfikacja tego materiału ma wpłynąć na poprawę jego biokompatybilności, a także zagwarantować jak najlepsze właściwości fizyko-mechaniczne. Oceny wytworzonych powłok dokonano z wykorzystaniem skaningowej mikroskopii elektronowej, urządzenia do pomiaru kąta zwilżania oraz tribotestera. Procesy modyfikacji próbek z PyC przeprowadzone zostały ze zmiennym czasem wytwarzania (5 lub 30 min), a szczególną uwagę zwrócono na wpływ ujemnego potencjału autopolaryzacji. Zaprezentowane wyniki pokazały wpływ czasu procesów modyfikacji na uzyskiwaną morfologię powierzchni. Okazało się, że najkrótsze procesy umożliwiają uzyskanie najmniej rozwiniętej powierzchni, natomiast przy dłuższych procesach morfologia powierzchni była zbliżona do powierzchni próbek PyC bez modyfikacji. Każda z zastosowanych modyfikacji wpłynęła na zmianę kąta zwilżania oraz wartości swobodnej energii powierzchniowej (SEP). Dla krótkich procesów wartości SEP wynosiły około 45 mJ/m2 a w przypadku długich procesów parametr ten ulegał nieznacznemu obniżeniu do wartości około 43 mJ/m2. Wytworzone powłoki węglowe w większości gwarantowały obniżenie współczynnika tarcia, najniższe jego wartości (około 0,12) uzyskano dla procesów pięciominutowych. Na podstawie zaprezentowanych wyników można wywnioskować, że najbardziej obiecujące są modyfikacje PyC z zastosowaniem krótkich czasów wytwarzania przy ujemnym potencjale autopolaryzacji około -500 V. Aktualnie trwają dalsze prace mające na celu optymalizację powłok węglowych na podłożu pirolitycznego węgla.

EN

In this paper a preliminary analysis of deposition of carbon coatings on the surface of pyrolytic carbon using MW/RF PACVD method is presented. Modification of this material is intended to improve its biocompatibility and provide good physical and mechanical properties. Evaluation of deposited films was performed using scanning electron microscopy, wettability angle measuring device and tribotester. Deposition processes were focused on the influence of bias voltage, conducted using two deposition times (5 and 30 minutes). Results showed the influence of deposition time on samples surface morphology. Less extended surfaces were obtained during short time of deposition process. 30 minute processes resulted in surface morphology similar to unmodified PyC. Each modification influenced changes in wettability angles and the value of surface free energy (SFE). After short plasma processes SFE was around 45 mJ/m2, in the case of longer processes this value decreased slightly to 43 mJ/m2. Most of the samples showed lower friction coefficient (CoF) compared to unmodified pyrolytic carbon. Lowest CoF values (about 0.12) were obtained during 5 minutes processes. On the basis of shown research it can be concluded that most promising are short time modifications of PyC using -500 V bias voltage. Further research is currently taking place, which is meant to improve carbon films deposited on pyrolytic carbon substrate.

Słowa kluczowe

PL

PyC; MW/RF; powłoki węglowe; plazma; zwilżalność

EN

PyC; MW/RF; carbon coatings; plasma; wettability

• Wydawca: Polish Society for Biomaterials in Cracow
• Czasopismo: Engineering of Biomaterials
• Rocznik: 2011
• Tom: Vol. 14, no. 105
• Strony: 13--19
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Król A.

• Instytut Inżynierii Materiałowej, Politechnika Łódzka ul. Stefanowskiego 1/15, 90-924 Łódź

autor

Kaźmierczak T.

• Instytut Inżynierii Materiałowej, Politechnika Łódzka ul. Stefanowskiego 1/15, 90-924 Łódź

autor

Kaczorowski W.

• Instytut Inżynierii Materiałowej, Politechnika Łódzka ul. Stefanowskiego 1/15, 90-924 Łódź

Bibliografia

• [1] H. Zhang, X Deng, T. F. Cianciulli, Z Zhang. D. Chappard, J. A. Lax, M. C. Saccheri, H. J. Redruello, J. L. Jordana, H. A. Prezioso, M. King, R. Guidoin: Clinical Device-Related Article Pivoting System Fracture in a Bileaflet Mechanical Valve: A Case Report, Journal of Biomedical Materials Research Part B: Applied Biometerials. Vol. 90B, 2 (2009) 952-961.
• [2] R. O. Ritchie, R. H. Dauskardt, Weikang Yu and A. M. Brendzel: Cyclic fatigue-crack propagation, stress-corrosion, and fracture-toughnes behavior in pyrolytic carbon-coated graphite for prosthetic heart valve applications. Journal of Biomedical Materials Research, Vol. 24, 2 (1990) 189-206.
• [3] S. L. Goodman, K. S. Tweden, R.M. Albrecht: Plateled interaction with pyrolitic carbon heart-valve leaflets. Journal of Biomedical Materials Research, Vol. 32, 2 (1996) 249-258.
• [4] Vyarahare et al.: Vascular biomaterials devices and methods, Clemson University, Clemson, Unites States Patent, No. 6837903, published on 4.01.2005.
• [5] P. Favia, E.Sardella, R. Gristina, R. d’Agostino: Novel plasma processes for biomaterials: micro-scale patterning of biomedical polymers. Surface And Coatings Technology, Vol. 169-170 (2003) 707-711.
• [6] P. K. Chu: Plasma surface treatment of artificial orthopedic and cardiovascular biomaterials. Surface & Coatings Technology Vol. 201, 9-11 (2007), 5601-5606.
• [7] R. K. Roya, H. W. Choia, J. W. Yia, M. W. Moona, K. R. Leea, D. K. Hanb, J. H. Shinc, A. Kamijod, T. Hasebee: Hemocompatibility of surface-modified, silicon-incorporated, diamond-like carbon films. Acta Biomaterialia Vol. 5, 1 (2009) 249-256.
• [8] S. Mantero, D. Piuri, F. M. Montavecchi, S. Vesentini, F. Ganazzoli, G. Raffaini: Albumin adsorption onto pyrolytic carbon: A molecular mechanics. Journal of Biomedical Materials Research, Vol. 59, 2 (2002) 329-339.
• [9] I.B. Leonor, R.L. Reis: An innovative auto-catalytic deposition route to produce calcium-phosphate coatings on polymeric biomaterials, Journal of Materials Science: Materials in Medicine, Vol. 14, 5 (2003) 435-441.
• [10] K. Kirchhof, K. Hristova, K. Kamelia, N. Krasteva, G. Altankov, T. Groth: Multilayer coatings on biomaterials for control of MG-63 osteoblast adhesion and growth. Journal of Materials Science: Materials in Mecicine, Vol. 20, 4 (2009) 897-907.
• [11] J.M. Lackner, W. Waldhauser: Diamond and Diamond-like Carbon Coated Surfaces as Biomaterials, BHM Berg- und Huttenmannische Monatshefte, Vol. 155, 11 (2010) 528-533.
• [12] M. J. Papo, S.A. Catledge, Y.K. Vohra, C. Machado: Mechanical wear behavior of nanocrystalline and multilayer diamond coatings on temporomandibular joint implants. Journal of Materials Science: Materials in Medicine, Vol. 15, 7 (2004) 774-777.
• [13] W. Kaczorowski, P. Niedzielski: Morphology and Growth Process of Carbon Films Prepared by Microwave/Radio Frequency Plasma Assisted CVD. Advanced Engineering Materials, Vol. 10, 7 (2008) 651-656.
• [14] Y. Kousar, N. Ali, VF Neto, Sen Mei, J. Gracio: Deposition of nanocrystalline diamond and titanium oxide coatings ontopyrolytic carbon using CVD and sol-gel techniques. Diamond and Related Materials 13 (2004) 638-642.
• [15] E. Lopez-Honorato, P.J. Meadows, P. Xiao: Fuidized bed chemical vapor deposition of pyrolitic carbon – I. Effect of deposition conditions on microstructure. Carbon 27 (2009) 396-410.
• [16] P. Litzler, L. Bernard, N. Barbier-Frebourg, S. Vilain, T. Jouenne, E. Beucher, C. Bunel, J. F. Lemeland, J.P.Bessou: Biofilm formation of pyrolitic carbon heart values: Influence of surface free energy, roughness, and bacterial species. The Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery, Vol. 134, 4 (2007) 1025-1032.