Synteza i właściwości warstw węgloazotku krzemu na polieteroeteroketonie

• Autorzy: Małek A. , Konefał-Góral J. , Kluska S. , Tkacz-Śmiech K. , Jonas S. , Wierzchoń T.

Warianty tytułu

EN

Synthesis and properties of silicon carbonitride layers on polyetheretherketone

• Języki publikacji: PL EN

Abstrakty

PL

Warstwy węgloazotku krzemu posiadają szereg interesujących właściwości, w tym mechanicznych i biologicznych. Jednak synteza tego typu warstw na podłożach polimerowych jest bardzo trudnym zadaniem, ze względu na niską energię powierzchniową polimerów oraz ich wrażliwość na działanie podwyższonych temperatur. W tej pracy pokazujemy, że jest to możliwe poprzez zastosowaniem metody chemicznego osadzania z fazy gazowej ze wspomaganiem plazmy generowanej falami o częstości radiowej (RFPACVD, 13,56 MHz, 400 W). Strukturę otrzymanych warstw analizowano przy użyciu spektroskopii w podczerwieni z transformatą Fouriera (FTIR). Wykazano obecność ugrupowań typu Si-C, Si-N, C-N, C=N, C=C, C=N, Si-H i C-H. Badania tribologiczne i biologiczne pokazały, że warstwa SiCxNy(H) ma dobre właściwości ślizgowe, a otrzymany materiał kompozytowy, podłoże PEEK-warstwa a-C:N:H/SiCxNy(H), charakteryzuje się niższym współczynnikiem tarcia, wyższą odpornością na zużycie oraz lepszą biozgodnością w porównaniu do niemodyfikowanego polieteroeteroketonu. Wysoką adhezję warstwy do podłoża uzyskano poprzez odpowiednie przygotowanie osadzanej powierzchni na drodze trawienia w plazmie argonowej. Trawienie jonowe powoduje bowiem wzrost chropowatości oraz energii powierzchniowej modyfikowanych podłoży. Również wytworzenie warstwy pośredniej, nie zawierającej krzemu (a-C:N:H), przyczyniło się do osiągnięcia wysokiej adhezji pomiędzy warstwą a-SiCxN(H) a polimerowym podłożem.

EN

Silicon carbonitride layers have many interesting properties, including mechanical and biological ones. However obtaining such layers on polymeric substrate is very difficult due to low surface energy of polymers and their sensivity to elevated temperatures. In this work it is shown that it is possible by application of plasma assisted chemical vapour deposition, where plasma is generated by radiowaves (RF PACVD, 13.56 MHz, 400 W). The structure of the layers was analyzed by Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR). The presence of Si-C, Si-N, C-N, C=N, C=C, C=N, Si-H and C-H bonds was shown. Tribological and biological studies revealed that the SiCxNy(H) layer has good sliding properties and obtained composite material PEEK/a-C:N:H/SiCxNy(H) exhibits lower friction coefficient, higher wear resistance and better biocompatibility compared to the unmodified polyetheretherketone. Good adhesion between the layer and the substrate has been achieved by a proper preparation of the substrate surface by subjecting it to the Ar plasma etching. Such pre-treatment caused increasement of surface energy and roughness parameters of modified polymers. Formation of the intermediate carbon nitride layer also contributed to ensuring high adhesion between a-SiCxNy(H) layer and polymeric substrate.

Słowa kluczowe

PL

warstwy SiCxNy(H); polieteroeteroketon; PACVD; biomateriały

EN

SiCxNy(H) layers; polyetheretherketone; PACVD; biomaterials

• Wydawca: Polish Society for Biomaterials in Cracow
• Czasopismo: Engineering of Biomaterials
• Rocznik: 2013
• Tom: Vol. 16, no. 119
• Strony: 40--44
• Opis fizyczny: Bibliogr. 11 poz., tab., wykr.

Twórcy

autor

Małek A.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki, Al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

autor

Konefał-Góral J.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki, Al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

autor

Kluska S.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki, Al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

autor

Tkacz-Śmiech K.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki, Al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

autor

Jonas S.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki, Al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

autor

Wierzchoń T.

• Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Materiałowej, ul. Wołoska 141, 02-507 Warszawa

Bibliografia

• [1] Ikada Y.: Surface modification of polymers for medical applications. Biomaterials 15 (1994) 725-736.
• [2] Ohgoe Y., Hirakuri K. K., Tsuchimoto K., Friedbacher G., Miyashita O.: Uniform deposition of diamond-like carbon films on polymeric materials for biomedical applications. Surface and Coatings Technology 184 (2004) 263-269.
• [3] Kubova O., Svorcik V., Heitz j., Moritz S., Romanin Ch., Matejka P., Mackova A.: Characterization and cytocompatibility of carbon layers prepared by photo - induced chemical vapor deposition. Thin Solid Films 515 (2007) 6765-6772.
• [4] Dearnaley G., Arps J. H.: Biomedical applications of diamond-like carbon (DLC) coatings: A review, Surface and Coatings Technology 200 (2005) 2518-2524.
• [5] Nurdin N., Francois P., Mugnier Y., Krumeich J., Moret M., Aronsson B.-O., Descouts P.: Heamocompatibility evaluation of DLC- and SiC-coated surface. European Cells and Materials 5 (2003) 17-28.
• [6] Zou J.W., Reichelt K., Schmidt K., Dischler B.: The deposition and study of hard carbon films. Journal of Applied Physics 65 (1989) 3914-3918.
• [7] Grill A., Patel V.: Stresses in diamond-like carbon films. Diamond & Related Materials 2 (1993) 1519-1524.
• [8] Fernandez-Ramos C., Sanchez-Lopez J.C., Belin M., Donnet C., Ponsonnet L., Fernandez A.: Tribological behavior and chemical characterization of Si-free and Si-containing carbon nitride coatings. Diamond & Related Materials 11 (2002) 169-175.
• [9] www.arlab.cl/productos/pdf/probio.pdf
• [10] Okpalugo T.I.T., Ogwu A.A., Maguire P.D., McLaughlin J.A.D.: Platet adhesion on silicon modified hydrogenated amorphous carbon films. Biomaterials 25 (2004) 239-245.
• [11] Nowak R.M., Jonas S., Zimowski S., Tkacz-Śmiech K.: Amorphous carbon layers on polymeric substrates. Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering 25 (2007) 23-26.