Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Porównanie właściwości tribologicznych warstw węglowych nanoszonych za pomocą różnych technologii plazmowych

Piątkowska A., Dudek M., Cłapa M.

Inżynieria Materiałowa

|

2013

|

Vol. 34, nr 5

534--537

PL

Warstwy węglowe dzięki swoim właściwościom ﬁzykochemicznym znajdują coraz szersze zastosowanie w wielu dziedzinach życia. Jedną z najistotniejszych cech charakteryzujących ich przydatność są właściwości tribologiczne. W pracy przedstawiono wyniki prób tribologicznych w tarciu ślizgowym z węzłem tarcia kula-powierzchnia płaska z warstwą węglową wytworzoną różnymi technologiami plazmowymi. Warstwy węglowe na podłożach krzemowych, stalowych (AISI 316L) i ze stopu tytanu (Ti6Al4V) były wytwarzane w procesach chemicznego osadzania z fazy gazowej wspomaganych plazmą częstotliwości radiowej (RF PECVD), plazmą dwóch częstotliwości (mikrofalową i częstości radiowej - MW/RF PECVD) oraz w procesie MS/RF PECVD - plazma wspomagana rozpylaniem magnetronowym w celu wytworzenia gradientowej warstwy Ti:C. Podstawowym kryterium preparatyki próbek w każdej z metod było uzyskanie warstwy o jak największej grubości przy zachowaniu dobrej adhezji do podłoża. Grubość warstw węglowych określono na przekrojach wykonanych metodą FIB (Focused Ion Beam) z użyciem jonów galu na elektronowym mikroskopie skaningowym AURIGA. Grubość warstw węglowych wykonanych metodą RF PECVD, MW/RF PECVD oraz MS/RF PACVD wynosiła odpowiednio: 450 nm, 100÷200 nm i 1600 nm. Badania tribologiczne przeprowadzono z użyciem testera z mikrosondą pod obciążeniem 0,8 N i 2,4 N. Warstwy bardzo odporne na zużycie zostały dodatkowo zbadane pod obciążeniami 10 N i 20 N. Ślady tarcia zobrazowano mikroskopowo i wykonano ich częściowe przekroje przedstawiające uszkodzenia warstwy i materiału podłoża. Właściwości tribologiczne warstw węglowych porównano według metody jej nałożenia oraz rodzaju podłoża. Warstwa gradientowa na podłożu Ti6Al4V wykazała największą odporność na zużycie cierne.

EN

Carbon layers due to their physicochemical properties are increasingly used in many areas of life. One of the most important characteristics of their usefulness, are the tribological properties. This paper presents the results of tribological tests of carbon layers produced by different plasma technologies which were performed during sliding friction with “ball-plan” friction node. Carbon layers on silicon, steel (AISI 316) and titanium alloy (Ti6Al4V) substrates were produced in the processes of radio frequency plasma-assisted chemical vapour deposition (RF PECVD), microwave and radio frequency CVD (MW/RF PECVD) and in the magnetron plasma assisted atomization (MS/RF PECVD) to produce a gradient layer Ti:C. The basic criterion for preparation of samples in each of the methods was to obtain a layer with as great thickness as possible. The thickness of the carbon layers was determined by performing cross-sections by Focused Ion Beam (FIB) method with gallium ions using the scanning electron microscope AURIGA (Zeiss). The thickness of the carbon layers deposited by RF PECVD, MW/RF PECVD and MS/RF PACVD methods Were as follows: 450 nm, 100÷200 nm and 1600 nm. The friction tests were performed using the microprobe tester, with the load of 0.8 N and 2.4 N. The layers with high resistance were further examined under the loads of 10 N and 20 N. Traces of friction were visualized microscopically. Their partial cross sections showing damage of both the layer and the substrate material were made. Tribological properties of carbon layers were compared according to the method of their deposition and the type of substrate used. The gradient layer on Ti6Al4V substrate showed the strongest resistance against abrasive wear.

2

Fizykochemiczne właściwości stopu Ti6Al4V modyﬁkowanego metodami PACVD

Jonas S., Konefał-Góral J., Małek A., Januś M., Grzesik Z.

Inżynieria Materiałowa

|

2013

|

Vol. 34, nr 5

467--471

PL

W pracy powierzchnię Ti6Al4V modyﬁkowano przez osadzenie amorﬁcznych warstw węglowych (a-C:H), węglowych dotowanych azotem (a-C:N:H) oraz warstw węgloazotku krzemu (Si:C:N:H). Przeprowadzone eksperymenty obejmowały wytworzenie serii układów metal-warstwa metodami chemicznego osadzania z fazy gazowej wspomaganego plazmą PA- CVD. Warstwy węglowe i węglowe dotowane azotem otrzymano techniką RFCVD (l3,56 MHZ, 400 W), w której reakcja jest aktywowana plazmą radiofalową, natomiast węgloazotek krzemu techniką MWCVD (2,45 GHZ, 2 kW) z zastosowaniem wyładowania o częstości mikrofalowej. W procesie osadzania zastosowano odpowiednie reaktywne mieszaniny gazowe CH4, NZ, NH3, SiH4, HZ, Ar wprowadzane do reaktora w różnych proporcjach. Układy z otrzymanymi warstwami były poddane badaniom współczynnika tarcia podczas ślizgania w ruchu obrotowym oraz odporności na zużycie przez tarcie. Badania wykonano na sucho w styku kula-płaszczyzna zgodnie z wymaganiami określonymi w normach ASTM G 99-05, ISO 2080822004. Odporność korozyjną zmodyﬁkowanego stopu w roztworze Ringera oraz w sztucznej ślinie oceniono na podstawie przyspieszonych technik polaryzacyjnych. Techniką atomowej spektroskopii masowej z plazmą wzbudzoną indukcyjnie, ICP MS, oceniono zmiany składu chemicznego roztworów po ekspozycji próbek badając ilość pierwiastków z podłoża metalicznego, odpowiednio tytanu, wanadu oraz glinu w roztworze ,,pokorozyjnym”. Przeanalizowano parametry chropowatości przed procesami korozji w sztucznych płynach biologicznych w odniesieniu do parametrów układów bezpośrednio po modyﬁkacji. Wykazano, że najlepszą pod względem właściwości tribologicznych i korozyjnych jest powierzchnia z warstwą węgloazotku krzemu.

EN

In this paper Ti6Al4V surfaces were modified by deposition of amorphous carbon layers(a-C:H), carbon layers doper by nitrogen (a-C:N:H) and silicon carbonitride layers (Si:C:N:H). Experiments consist obtaining series layer- metal systems using Plasma Assisted Chemical Vapour Deposition methods (PACVD). Carbon and carbon doped by nitrogen layers were obtained by RFCVD (13.56 MHZ, 400 W) with radio frequency plasma. With application of microwave MWCVD (2,45 GHz, 2 kW) the SiCxNy(H) layers were deposited on Ti6Al4V. In the deposition process, reactive gas mixture containing CH4, NZ, NH3, SiH4, HZ, Ar Were introduced into the reactor in different proportions. Tribological investigations were performed to determine the friction coefﬁcient and wear resistance of layer/titanium systems in sliding contact. Tribological tests in a rotation of sample was carried out in dry condition with the use of ball-on-disc tribotester, in accordance with the ASTM G 99-05 and ISO 20808 standards. Corrosion resistance of the synergic systems with application accelerated polarization techniques were deﬁned in two environments: Ringer” solution and artiﬁcial Saliva. In ICP MS analysis of “post corrosion” solution volume of titanium, vanadium and aluminum in solution after exposure in simulated biological ﬂuid was deﬁned. Roughness parameters measured after corrosion processes in artiﬁcial environment compared with parameters measured for surface after the deposition process. It has been shown that the best tribological and corrosion properties have surface with a silicon carbonitride layer.

3

Numerical analysis of thermal stresses in carbon films obtained by the RF PECVD method on the surface of a cannulated screw

Sawicki J., Dudek M., Kaczmarek Ł., Więcek B., Świątczak T., Olbrycht R.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2013

|

Vol. 58, iss. 1

77-81

EN

For many years, research on carbon films has been stimulated by the need to simultaneously optimize their biological and mechanical properties and by the challenges related to their deposition on medical implants. The residual mechanical stress occurring inside deposited films is the most important mechanical parameter which leads to the total destruction of these films by cracking and peeling. In the present work, we systematically studied the effect of ion bombardment during the process of radio frequency plasma enhanced chemical vapor deposition (RF PECVD) by monitoring the temperature distribution on a cannulated screw using the infrared technique. The obtained experimental and finite element modeling (FEM) results show that stresses in carbon films deposited on a cannulated screw are quite inhomogeneous and depend on the geometry of the sample and the relative position of the studied contact area between the substrate/film interface and the surface of the film.

PL

Od wielu lat prowadzone są badania mające na celu zredukowanie naprężeń, w węglowych warstwach stosowanych na implanty medyczne, bez pogorszenia własności mechanicznych i biologicznych. Niemniej jednak poznanie mechanizmów wywołujących naprężenia wymaga szczegółowej analizy numerycznej. Wysoka wartość naprężeń mechanicznych występujących w osadzanych warstwach prowadzi poprzez pękanie i odwarstwienie do ich całkowitego zniszczenia, co znacząco organiczna praktyczne wykorzystanie warstw węglowych. W prezentowanej pracy, przeanalizowano wpływ bombardowania jonów podczas procesu plazmochemicznego (RF PECVD) na rozkład temperatury na powierzchni śruby ortopedycznej przy użyciu kamery termowizyjnej. Przeprowadzone eksperymenty i uzyskane rezultaty modelowania (MES) pokazały, ze naprężenia w warstwach węglowych osadzonych na śrubie ortopedycznej sa niejednorodne i zależą od rzeczywistej powierzchni styku pomiędzy podłożem a powłoka jak i geometrii samej próbki.

4

Modyfikacja powierzchni polimerów przez osadzanie warstw węglowych i ceramicznych

Małek A., Konefał-Góral J., Kluska S., Tkacz-Śmiech K., Jonas S.

Inżynieria Materiałowa

|

2012

|

Vol. 33, nr 6

560--564

PL

Tematyka pracy jest związana z badaniami, których celem jest zapewnienie optymalnych właściwości tworzyw polimerowych, które obecnie w coraz większym stopniu zastępują w technice metale i ich stopy oraz szkło i ceramikę. Istotnym walorem w tych zastosowaniach jest ich mały ciężar właściwy, dobra odporność na korozję, możliwość precyzyjnego i taniego formowania elementów mechanicznych. Wykonuje się z nich uszczelki, amortyzatory, elementy stosowane w lotnictwie, przemyśle chemicznym, elektrycznym i samochodowym. Pewne ograniczenia w stosowaniu wynikają z ich słabych właściwości powierzchniowych, takich jak mała twardość, mała odporność na ścieranie i zarysowanie. Skutecznym sposobem poprawy tych właściwości jest osadzanie odpowiednich warstw metodami zapewniającymi dobrą przyczepność do podłoża w temperaturze nie przekraczającej temperatury mięknięcia polimeru. W pracy przedstawiono wyniki badań nad otrzymywaniem i charakterystyką warstw węglowych typu a-C:H, a-C:N:H oraz hybrydowych a-C:N:H/SiCxNy(H) na poliwęglanie, poliuretanie oraz polieteroeteroketonie metodą RFCVD. Warstwy szczelnie maskują powierzchnie polimerów i są dobrze przyczepne do podłoża dzięki wytworzeniu przed procesem osadzania międzywarstwy przez trawienie powierzchni Ar+ lub w postaci a-C:N:H. Wszystkie pierwiastki tworzące poszczególne warstwy występują w postaci związanej w ugrupowaniach węgiel-wodór, węgiel-azot, węgiel-węgiel, azot-wodór, węgiel-wodór, a w a-C:N:H/SiCxNy(H) dodatkowo krzem-węgiel, krzem- -azot, krzem-wodór. Modyfikacja prowadzi do znaczącej poprawy właściwości mechanicznych polimerów. Najlepsze efekty osiąga się w przypadku warstw zawierających krzem.

EN

Topics of this work is to determine the operational properties of polymers, a group of materials which are currently replacing in technique metals and its alloys, glass and ceramics. An important advantage of this materials in these applications is their low specific weight, corrosion resistance, the ability to easy and low cost forming for example mechanical components. Polymers are good materials on seals, shock absorbers, components used in aerospace, chemical, electrical and automotive industries. Certain restrictions on its use due to their poor surface properties such as low hardness, low resistance to abrasion and scratching. An effective way to improve insufficient properties is deposition on their surface layer with good adhesion to the substrate at temperatures not exceeding the softening temperature of the polymer. The paper presents results of research on obtaining and characterization of carbon layers a-C:H, a-C:N:H and hybrid a-C:N:H/SiCxNy(H) on polycarbonate, polyurethane and polieteroeteroketonie by RFCVD. The layers obtained in this process tightly covered polymers and are well adhesive to the substrate because of formation interlayer during etching by Ar+ ions or in the form of a-C:N:H. All the elements forming the individual layers are bonded in groupings of carbon-hydrogen, carbon-nitrogen, carboncarbon, nitrogen, hydrogen, carbon-hydrogen and in a-C:N:H/SiCxNy(H) additional silicon-carbon, silicon, nitrogen, silicon-hydrogen. The modification leads to significant improvement in mechanical properties of polymers, with the best results are achieved in the case of layer containing silicon.

5

Kształtowanie właściwości warstw NCD z zastosowaniem trawienia jonowego jako obróbki wstępnej w metodzie RF PACVD

Grabarczyk J.

Engineering of Biomaterials

|

2012

|

Vol. 15, no. 112

36-41

PL

W pracy przedstawiono wpływ obróbki wstępnej, polegającej na trawieniu jonowym powierzchni, na aktywną zmianę struktury warstw węglowych syntetyzowanych w metodzie plazmy wysokiej częstotliwości (RF PACVD). W badaniach warstwa węglowa osadzana była na powierzchni stali medycznej (AISI 316L) w plazmie metanowej. Podczas obróbki wstępnej, trawienia jonowego, zmieniano negatywny potencjał polaryzacji elektrody w granicach od 1000 V do 1600 V. Te zmiany prowadziły do obserwowanych różnic w strukturze, chropowatości, grubości i właściwościach tribologicznych warstw węglowych. Wykazano, iż wyższe parametry trawienia jonowego, poprzez zwiększenie energii bombardowania jonowego prowadzącego do intensywniejszego nagrzewania podłoża, powodują silne zmiany w strukturze powstającej warstwy. Ma to istotny wpływ na właściwości warstwy, a zwłaszcza jej odporność korozyjną i twardość.

EN

Here is presented evidence of how ion etching pre-treatment in the radio frequency plasma-assisted chemical vapour deposition (RF PACVD) method produces an active change in the substrate's surface and forms an interlayer between the surface and the carbon coating, thus creating the best conditions to deposit the coating onto the substrate. In this method, a film is deposited onto the surface of a medical steel (AISI 316L) sample in methane plasma. During the ion etching pre-treatment, the negative bias voltage parameters are changed from 1000 V to 1600 V. These changes lead to observed differences in the structure, roughness, thickness, and tribological properties of the carbon films. High ion etching causes an increase in the temperature of the surface and can compromise the surface and interlayer integrity, causing changes in the corrosion resistance and hardness of the carbon coating.

6

Biologiczna ocena warstw węglowych domieszkowanych srebrem

Jakubowski W., Komorowski P., Bociaga D., Batory D., Niedzielski P., Walkowiak B.

Engineering of Biomaterials

|

2012

|

Vol. 15, no. 116-117 spec. iss.

89

PL

Postęp w naukach biologicznych i medycznych jest obecnie coraz silniej uzależniony od gromadzenia i poddawania analizie informacji o wzajemnych relacjach między komórkami żywych organizmów a powierzchniami materiałów abiotycznych. Szczególnie istotne jest to w dziedzinach związanych z wykorzystaniem biomateriałów, ale taka zależność jest też silnie widoczna w obszarze obejmującym przemysł przetwórczo-spożywczy. Oddziaływania materiał - komórka żywa, w znacznej mierze wykraczają poza dotychczas postrzegany zakres standardowego wykorzystania biomateriałów, a odkrycia na polu interakcji powierzchni materiałów z komórkami mają coraz większe znaczenie w prawidłowym użytkowaniu nowoczesnych systemów dystrybucji wody pitnej, a także przemysłowych systemów chłodzenia i obiegu cieczy. Wspomniany postęp stawia kolejne wyzwania przed inżynierią materiałową, która odpowiada za opracowywanie nowych technologii i materiałów mających spełniać coraz bardziej rygorystyczne oczekiwania użytkowników. Lepsze zrozumienie zależności w jakich pozostaje układ środowisko - organizmy żywe - materiał inżynierski prowadzą do wyeliminowania materiałów stwarzających potencjalnie zagrożenie, z jednoczesnym wprowadzeniem nowych materiałów, lepiej spełniających swoje funkcje. W procesie opracowania materiałów o wysokiej biozgodności uwagę naukowców w dużej mierze skupia grupa problemów związanych z zasiedlaniem powierzchni abiotycznych przez mikroorganizmy. Ograniczenie lub wyeliminowanie procesu kolonizacja powierzchni biomateriałów, zwykle prowadzącego do rozwinięcia się trudno zwalczanego biofilmu, stanowi istotne wyzwanie dla nowoopracowywanych biomateriałów. W literaturze fachowej dostrzegane są niekorzystne efekty, obserwowane przede wszystkim w praktyce klinicznej, do jakich doprowadza rozwiniecie się biofilmu na powierzchniach implantów. Opisywany jest także efekt wzrostu oporności takich kolonii bakteryjnych na działania układu immunologicznego oraz farmakoterapię. Jedną z możliwych modyfikacji powierzchni, pozwalających na ograniczenie zasiedlania ich przez mikroorganizmy, jest wprowadzenie elementów o działaniu bakterio- i grzybobójczym. W Instytucie Inżynierii Materiałowej opracowany został materiał, wytwarzany metodą hybrydową RF PACVD/MS, łączący bioinertny charakter warstw węglowych z bakteriobójczymi właściwościami jonów srebra. Powłoka tego typu pozwala na znaczące ograniczenie adhezji bakterii prowadzącej do rozwoju biofilmu na powierzchni materiału, przy jednoczesnej znikomej cytotoksyczności dla komórek organizmów wyższych. Wyniki eksperymentów prowadzonych z wykorzystaniem modelowych hodowli bakterii E.coli (DH5a) oraz komórek ludzkich osteoblastów (Saos 2) i komórek śródbłonka (EA.hy 926) w pełni potwierdziły zakładane właściwości nowego materiału.

EN

Progress in biological sciences and medicine is today increasingly dependent on collecting and examining information on the relationship between the cells of living organisms and abiotic surfaces of different materials. This is especially important in areas related to the use of biomaterials, and this dependence is particularly evident in certain areas such as the food industry. Interactions between material - living cells, has until recently been largely considered outside the scope of the standard use of biomaterials. The discovery of cell interactions with material surfaces are of growing importance in the proper use of modern drinking water distribution systems, industrial cooling systems and fluid circulation. This progress poses new challenges for materials engineering, which is responsible for the development of new technologies and materials that must meet increasingly stringent standards. With a better understanding of relationships present in such a system: environment - living cells - material engineering, it will be possible to eliminate any materials that poses a potential threat, and introduce new materials, that perform their functions more efficiently. In the process of developing materials with high a degree of biocompatibility, much of the research has focused on the problem of abiotic surface colonization by different microorganisms. One of the most significant challenges in developing new biomaterials is the reduction or elimination of biomaterial surface colonization, which usually leads to the development of a biofilm. In the literature the adverse effects of such interactions have been observed, primarily in clinical practice and the development of biofilms on the surface of implants. Increased resistance of these bacterial colonies to the human immune system and drug therapy has also been described. One possible material surface modification, which could reduce microorganism colonization, is the introduction of elements that exhibit bactericidal and fungicidal activity. The Institute of Materials Engineering has developed a material produced using a hybrid method RF PACVD/MS, which combines the bioinert nature of carbon layers and the bactericidal properties of silver ions. Such a coating can significantly reduce the degree bacterial adhesion, which results in the development of a biofilm on the surface materials, whilst having a negligible cytotoxic effect on the cells of higher organisms. Results of experiments conducted using the model bacterium E. coli culture (DH5a) together with human osteoblastic (Saos 2) and endothelial cells (EA.hy 926) have fully confirmed the assumed properties of this new material.

7

Badania strukturalne warstw węglowych w niklowych kontaktach omowych za pomocą widzialnej i nadfioletowej spektroskopii ramanowskiej

Borowicz P., Kuchuk A., Adamus Z., Borysiewicz M., Ekielski M., Kamińska E., Piotrowska A., Latek M.

Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania

|

2011

|

Vol. 52, nr 9

103-106

PL

Trzy próbki węglika krzemu o politypie 4H (4H-SIC) pokryte następującą sekwencją warstw węgiel/nikiel/krzem/nikiel/krzem były badane za pomocą spektroskopii ramanowskiej wykorzystującej widzialne, jak również nadfioletowe wzbudzenie. Różne warunki obróbki termicznej powodują zmiany w strukturze warstwy węglowej. Badania ramanowskie skoncentrowano w zakresie przesunięcia Ramana pomiędzy 1000 cm⁻¹ a 2000 cm⁻¹, ponieważ w tym zakresie leżą najważniejsze pasma węglowe historycznie oznaczone jako G oraz D. Analiza kształtu i położenia tych pasm oraz iloraz natężeń umożliwia określenie stopnia grafityzacji warstwy węglowej Zastosowanie wzbudzenia w nadfioletowym zakresie spektralnym umożliwia analizę struktury warstwy węglowej, która tworzy się na powierzchni swobodnej krzemku niklu.

EN

Three samples of 4H polytype of silicon carbide (4H-SiC) covered with following sequence of layers. carbon/nickel/silicon/nickel/silicon were investigated with visible (VIS) and ultraviolet (UV) micro-Raman spectroscopy Different thermal treatment of each sample result in differences of structure of carbonic layer. The range of Raman shift placed between 1000 cm⁻¹ and 2000 cm⁻¹ was taken into account because the main carbonic bands D and G are placed in this region. Analysis of the positions of these bands and their intensity ratio obtained from VIS excitation makes possible to estimate the graphitization of the carbonic layer. Application of UV excitation allowed us to analyze the carbonic layer built on the free surface of silicide layer.

8

Warunki syntezy warstw węglowych na gwoździach śródszpikowych ze stali AISI 316L

Grabarczyk J.

Inżynieria Materiałowa

|

2010

|

Vol. 31, nr 4

981-983

PL

Stal austenityczna AISI316L jest już od wielu lat jednym z najpopularniejszych materiałów wykorzystywanych w ortopedii. Materiał ten jednak nie jest wolny od wad, zwłaszcza związanych z zawartością alergennych składników stopowych w postaci chromu i niklu, powodujących u osób z nadwrażliwością poważne komplikacje występujące podczas procesu leczenia. Występuje również realne ryzyko zachodzenia zjawisk korozyjnych. Metodą ograniczenia niekorzystnego oddziaływania metalu na organizm może być wytworzenie na powierzchni implantu warstwy węglowej o odpowiednich właściwościach mechanicznych, elektrochemicznych i jednocześnie stanowiącej zaporę dyfuzyjną dla toksycznych jonów metali. W publikacji przedstawiony został sposób przeprowadzenia procesu optymalizacji technologii wytwarzania warstw węglowych na powierzchni implantów medycznych z wykorzystaniem metody plazmy wysokiej częstotliwości (RF PACVD). Problem wytwarzania warstwy węglowej pokazany został w aspekcie poszukiwania parametrów syntezy warstwy, powodujących powstanie optymalnego układu właściwości warstwy i podłoża, w aspekcie podwyższenia cech mechanicznych i korozyjnych modyfikowanego układu. Znalazło to zastosowanie w procesie wdrożenia gwoździ śródszpikowych z warstwą nanokrystalicznego węgla, spełniających wymogi stawiane wszczepom ortopedycznym.

EN

Since many years carbon layers have been one of the most popular materiale used in orthopedics. However that material in not free of drawbacks, especially connected with allergic alloying components such as chromium and nickel. Those additions can be the reason of serious complications which can occur during the therapy as well as the real risk of corrosion processes. As the method of reduction of the unfavourable effect of the metal onto organism can be deposition of carbon layer with proper mechanical and electrochemical properties which will also act as the diffusion barrier for the toxic metal ions. In the paper is presented the idea of optimization of the technology of carbon layers synthesis onto medical implants surface using radio frequency plasma deposition method (RFPACVD). The problem of carbon layers deposition is presented in aspect of research of the synthesis parameters which will assure the optimal properties of layer and substrate arrangement in order to improve the mechanical and corrosion features of modified configuration. It found the application in employment process of intramedulary nails with nanocrystalline carbon layer which fulfill the demands set to orthopedic implants.

9

Warstwy a-C:N:H na polimerach osadzane w układzie PE CVD

Jonas S., Małek A., Konefał J., Boszkowicz P.

Inżynieria Materiałowa

|

2010

|

Vol. 31, nr 4

997-1001

PL

Powierzchnia polimerów może być modyfikowana za pomocą warstw węglowo azotowych (a-C:N:H) otrzymanych metodą chemicznego osadzania z fazy gazowej wspomaganej plazmowo. Warstwy były osadzane z plazmy CH4/N2/Ar generowanej falami o częstotliwości radiowej (13,56 MHz, 300 W) i mikrofalami (2,45 GHz, 2 kW). Serie eksperymentów umożliwiły wyznaczenie technologicznych parametrów procesu prowadzącego do osadzenia warstw wysokiej jakości, dobrze przyczepnych do podłoża PC, Plexi i PET. Uzyskane warstwy były przedmiotem badań strukturalnych oraz składu chemicznego, wykonanych technikami EDS i FT IR. Ustalono, że parametry chropowatości próbek z warstwami były znacznie niższe niż parametry charakteryzujące powierzchnie po trawieniu w plazmie Ar i pozostawały na tym samym poziomie lub były nieznacznie niższe niż te dla surowych powierzchni polimerowych.

EN

The paper demonstrates that polymer surface may be modified by means of carbon nitride layers (a-C:N:H) formed by Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition method. The layers were deposited from CH4/N2/Ar plasma generated by radio-frequency waves (13.56 MHz) and microwaves (2.45 GHz). A series of experiments enabled determination of technological parameters appropriate to the deposit well-adhering and high quality layers on PC, Plexi and PET surface. The obtained layers were subject to structural and chemical composition studies employing energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS) and Fourier transform infrared spectroscopy (FT IR) techniques. It was established that roughness parameters of the samples with layers were visibly lower than the parameters characterizing the surface after pre- treating with Ar plasma and remained on the same level or were slightly lower than those for raw polymer surfaces.

10

Ocena właściwości tribologicznych podłoży poliuretanowych z warstwami węglowymi wytworzonymi plazmowymi technikami CVD

Kaczorowski W.

Inżynieria Materiałowa

|

2010

|

Vol. 31, nr 4

1005-1008

PL

Warstwy węglowe dzięki swoim dobrym właściwościom znajdują zastosowanie w różnych, często odległych dziedzinach, takich jak elektronika oraz obróbka skrawaniem (jako pokrycia narzędzi skrawających). Modyfikacjom za pomocą tego rodzaju warstw poddaje się szeroki zakres materiałów - od podłoży metalicznych (np. stalowych, ze stopów tytanu, kobaltu) przez krzemowe, aż po podłoża polimerowe. Wybór modyfikowanego podłoża oraz jego przeznaczenie stanowią podstawę opracowywanych technologii wytwarzania warstw węglowych. Przedstawione rezultaty stanowią część prac związanych z optymalizacją modyfikacji podłoży poliuretanowych dla potrzeb projektu "Polskie Sztuczne Serce". Podczas badań na podłożach polimerowych wytworzone zostały warstwy węglowe za pomocą metody MW/RF PACVD (microwave/radio frequency plasma assisted chemical vapor deposition). W pracy przedstawiono wpływ parametrów procesów na właściwości tribologiczne uzyskiwanych pokryć. Porównane zostały właściwości warstw wytworzonych w plazmie generowanej częstotliwością mikrofalową, mikrofalowo-radiową oraz radiową przy rożnych ustawieniach podłoży w komorze reaktora. Dokonano oceny uzyskanych wyników oraz wytypowano najbardziej obiecujące warstwy pod względem odporności na zużycie.

EN

Good properties of carbon layers make these films very attractive material for many different applications in many fields such as electronics or cutting tools. Modification processes conduced using carbon layers can be applied to wide spectra of materials from metallic substrates (titanium and cobalt alloys), through silicon samples up to polymer specimens. Selection of the type of material and its employment area are the fundamental rules in the deposition technologies. In present work tribological properties of carbon layers deposited onto polyurethane using MW/RF PACVD (microwave/radio frequency plasma assisted chemical vapor deposition) method were investigated. Optimization of carbon film on polyurethane substrates can be helpful in improvement of artificial heart chambers design. All results obtained in this field attend to work out the new generation of cardiosurgical implants within the confines of multiyear Project "Polish Artificial Hart". The influence of the type of plasma discharge (radio, microwave/radio, microwave frequency) and samples position in the reaction chamber onto tribological properties were investigated. On the basis of conducted investigations the most promising carbon coating (with good tribological properties) was designated.

11

Naprężenia własne w warstwach węglowych osadzanych na podłożu tytanowym

Raczkowski R., Dudek M.

Engineering of Biomaterials

|

2010

|

Vol. 13, no. 93

19--24

PL

Wysokie naprężenia ściskające występujące w warstwach węglowych znacząco ograniczają ich grubość, gdyż prowadzą do jej delaminacji. W prezentowanej pracy zbadano wpływ ujemnego potencjału autopolaryzacji na wartość naprężeń występujących w warstwach węglowych wytworzonych na tytanowym podłożu podczas procesu RF PECVD. Otrzymane wyniki pokazują, że metoda pomiaru naprężeń oparta na zależności Stoney'a pozwala na dokładne pomiary naprężeń w przypadku warstw osadzanych na wybranym podłożu. Maksimum naprężeń ściskających jest obserwowane dla małych wartości potencjału autopolaryzacji (-300 V) i stale maleje wraz ze wzrostem napięcia. W przedziale od -500 V do -600 V mierzone naprężenia zmieniają się z naprężeń ściskających na rozciągające. Po zmianie znaku naprężenia w warstwie wzrastają wraz z wartością potencjału autopolaryzacji. Wpływ mikrostruktury na naprężenia wewnętrzne w warstwach był analizowany przy użyciu spektroskopii Ramana.

EN

High compressive stress present in carbon films significantly limits their thickness because of delamination. In this work, the effect of substrate bias on the amount of stress in carbon films deposited on titanium substrate by the RF PECVD technique was investigated. The results obtained show that the Stoney formula provides a very convenient and accurate way to measure the stress in the case of films deposited on selected substrates. The maximum of compressive stress is observed at low bias voltage (-300 V) and it steadily decreases with the increasing value of this voltage. In the range from -500 V to -600 V the measured stress changes from compressive to tensile and it continuously increases with further bias increase. The effects of the film microstructure on the film's internal stress were also studied using Raman spectroscopy.

12

Corrosion resistance of various bio-films deposited on austenitic cast steel casted by lost-wax process and in gypsum mould

Gawroński J.

Archives of Foundry Engineering

|

2010

|

Vol. 10, iss. 1

39-44

EN

This work is the next of a series concerning the improvement of austenitic cast steel utility predicted for use in implantology for complicated long term implants casted by lost-wax process and in gypsum mould. Austenitic cast steel possess chemical composition of AlSl 316L medical steel used for implants. In further part of present work investigated cast steel indicated as AlSl 316L medical steel. Below a results of electrochemical corrosion resistance of carbon layer and bi-layer of carbon/HAp deposited on AISI 316L researches are presented. Coatings were manufactured by RF PACVD and PLD methods respectively. Obtained results, unequivocally indicates on the improvement of this type of corrosion resistance by substrate material with as deposited carbon layer. While bi-layer of carbon/HAp are characterized by very low corrosion resistance.

13

Adhesion of composite carbon/hydroxyapatite coatings on AISI 316L medical steel

Gawroński J.

Archives of Foundry Engineering

|

2009

|

Vol. 9, iss. 3

235-242

EN

In this paper are contains the results of studies concerning the problems associated with increased of hydroxyapatite (HAp) adhesion, manufactured by using Pulse Laser Deposition (PLD) method, to the austenitic steel (AISI 316L) through the coating of carbon interlayer on it. Carbon coating was deposited by Radio Frequency Plasma Assisted Chemical Vapour Deposition (RF PACVD) method. Test results unequivocally showed that the intermediate carbon layer in a determined manner increase the adhesion of hydroxyapatite to the metallic substrate. Obtained results give rise to deal with issues of manufacturing composite bilayer - carbon film/HAp - on ready implants, casted from austenitic cast steel by lost-wax process method as well as in gypsum forms.

14

Investigation of Corrosion Resistance of Carbon Coatings Deposited on Magnesium Alloys by PACVD Method

Gołąbczak M.

Mechanics and Mechanical Engineering

|

2008

|

Vol. 12, nr 2

157-165

EN

Magnesium alloys are increasingly used in aeronautic, astronautic, automobile, electronic and sporting goods industries etc. However, these alloys display some disadvantageous attributes, like first of all, the susceptibility to corrosion, particularly the electrochemical one, which results in both mass losses and the reduced mechanical durability. To protect magnesium alloys from corrosion the Plasma Activated Chemical Vapour Deposition (PACVD) method of manufacturing of protective carbon coatings on AZ31 magnesium alloys has been used. This report shows results of the study on corrosion resistance of AZ31 magnesium alloy either bearing the carbon coating or not. The corrosion resistance was determined by the electrochemical laboratory method and by the corrosion test in a salt spray chamber.

15

Potential applications of nanofiber textile covered by carbon coatings

Rożek Z., Kaczorowski W., Lukáš D., Louda P., Mitura S.

Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering

|

2008

|

Vol. 27, nr 1

35-38

EN

Purpose: Nanospider technology is modified electrospinning method for production nanofiber textile from polymer solutions. This material can be used as wound dressing and filter materials for example. Carbon coatings deposited onto surface of polymer nanofiber textiles are predicted to improve filtration effectivity of filters and bioactivity of wound dressings. Carbon coatings have been produced by Microwave Radio Frequency Plasma Assisted Chemical Vapor Deposition (MW/RF PACVD) method. Design/methodology/approach: Carbon coatings were deposited on polymer nanofiber textile by MW/RF PACVD method. Nanocomposite obtained in this way was characterized by the contact angle studies and by scanning electron microscope (SEM). Findings: Carbon coatings can be deposited on the polymer nanofibers by MW/RF PACVD method. Content of diamond phase in produced carbon coatings has been confirmed by wetability test. A SEM microscopic images have shown that the spaces between the nanofibers have not been closed by the material of the film. Research limitations/implications: MW/RF PACVD makes carbon coating synthesis possible in lower temperature, what is essential in case of applying the polymer substrate. Use of any other method than MW/RF PACVD for deposition of carbon coatings onto polymer nanofiber textile is not covered in this paper. Practical implications: Nanofiber textile produced by Nanospider is very good mechanical filter. Carbon onto surface of nanofibers can cause from this material active filter. Since this nanocomposite enables the transport of oxygen and exudate, simultaneously is impenetrable for bacteria or even viruses, it can be used for wound dressing. Originality/value: It is our belief that we are first to have deposited carbon coatings on nanofiber textile. We hope that in this way we have prepared very good material for filtration of air and for wound dressing.

16

Modelowanie metodą elementów skończonych naprężeń własnych w warstwach węglowych osadzanych na stali medycznej

Sawicki J., Dudek M.

Inżynieria Materiałowa

|

2008

|

Vol. 29, nr 6

854-857

PL

Wysoka wartość naprężeń mechanicznych występujących w osadzanych warstwach prowadzi poprzez pękanie i odwarstwienie do ich całkowitego zniszczenia, co znacząco organicza praktyczne wykorzystanie warstw węglowych. Od wielu lat są prowadzone badania mające na celu zredukowanie naprężeń bez pogorszenia pozostałych własności mechanicznych i biologicznych warstw poprzez modyfikacje procesu osadzania. Niemniej jednak poznanie mechanizmów wywołujących naprężenia wymaga szczegółowej analizy numerycznej. Naprężenia termiczne zostały podzielone na dwie składowe (wzdłużne i normalne). W obszarze kontaktu warstwy z podłożem był badany ich rozkład wzdłuż promienia próbki (średnica 12 mm i grubość 5 mm). Wyniki pokazują, że wartości naprężeń wzdłużnych są mocno powiązane z grubością warstwy. Maksymalne naprężenia ściskające są obserwowane dla najcieńszych warstw, wraz ze wzrostem grubości warstwy naprężenia te maleją. Kształt i rozmiar próbek użytych jako podłoża prowadzą do odwarstwienia się warstwy rozpoczynającego się na krawędzi próbki.

EN

The high intrinsic mechanical stresses taking place inside deposited films caused total destruction of these films such as cracking and peeling, thus often limited the practical applications of carbon films. More researches focused on modification deposition process so that decrease of stress without deterioration of remaining properties of films. The thermal stress was divided into two components (longitudinal and normal) and their radial distribution in the contact region of substrate and thin film was checked. The results showed that the value of longitudinal stress is related to the films thickness, and at thin films is observed maximal compressive stress, witch steady decrease with thickness. Shape and size samples used on substrate (5 mm in thickness and 12 mm in diameter) leading to delamination films beginning at the edge of the sample.

17

Charakteryzacja właściwości mechanicznych warstw węglowych na UHDPE

Batory D., Grabarczyk J., Kaczorowski W.

Engineering of Biomaterials

|

2008

|

Vol. 11, no. 76

24--27

PL

Polietylen dużej gęstości (UHDPE - Ultra High Density Polyethylene) jest jednym z najpopularniejszych polimerów stosowanych w medycynie. Z materiałem tym bardzo często możemy się spotkać w konstrukcjach stawów biodrowych czy kolanowych, gdzie nie bez znaczenia są ich odpowiednie właściwości mechaniczne. W zastosowaniach, gdzie wymagany jest niski współczynnik tarcia i wysoka odporność na zużycie, warstwy węglowe wydają się być najlepszym rozwiązaniem. Dodatkowo oprócz pozytywnego wpływu warstw węglowych na właściwości mechaniczne, powłoki te wpływają na poprawę biozgodności pokrywanych materiałów. Celem przeprowadzonych badań była charakteryzacja mechanicznych właściwości warstw węglowych wytworzonych na podłożu UHDPE z użyciem różnych metod CVD i PVD. Najistotniejszym zagadaniem było zbadanie zależności pomiędzy współczynnikiem tarcia i odpornością na zużycie a zastosowaną metodą i parametrami wytwarzania warstw. Badania trybologiczne zostały wykonane metodą pin-on-disc. Uzyskane wyniki wskazują na możliwości wykorzystania warstw węglowych na podłożu polimeru UHDPE jako powłok poprawiających odporność na zużycie oraz zmniejszających współczynnik tarcia.

EN

Ultra High Density Polyethylene (UHDPE) is one of the most popular polymer materials widely used in medicine. Very often UHDPE it utilised in hip joint and knee constructions, were its perfect mechanical properties are very important. Carbon-based layers seem to be very attractive material for many applications where low friction coefficient and high wear resistant are needed. Beside of positive mechanical properties these layers improve biocompatibility of covered surfaces. The aim of the study was the characterization of mechanical properties of different types of carbon-based layers manufactured with use of CVD and PVD methods on UHDPE. Precisely the purpose was to find the correlation between obtained friction and wear parameters and applied method and the deposition parameters. The friction coefficient and wear resistance were measured by the pin-on-disc method. As a result of the investigations it was noticed that hard carbon layers deposited on Ultra High Density Polyethylene’s surface noticeably improve its wear resistance and ensure very low friction coefficient.

18

Wpływ warstwy węglowej na własności użytkowe narzędzi chirurgicznych

Marciniak J., Paszenda Z., Basiaga M., Smolik J.

Engineering of Biomaterials

|

2007

|

Vol. 10, no. 65-66

10-12

19

Struktura warstw węglowych wytworzonych na stopach NiTi wykazujących pamięć kształtu

Lelątko J., Goryczka T., Rówiński E., Pączkowski P., Drdzeń A., Morawiec H.

Engineering of Biomaterials

|

2007

|

Vol. 10, no. 63-64

34-36

20

Warstwy węglowe na polimerowej nanowłókninie wytworzonej za pomocą metody Nanospider

Rożek K., Kaczorowski W., Lukáš D., Louda P., Mitura S.

Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania

|

2007

|

Vol. 48, nr 10

57-58

PL

Warstwy węglowe od wielu lat są stosowane w różnych aplikacjach, obecnie wiele uwagi poświęca się warstwom wytworzonym na podłożu polimerowym. W tym wypadku istotną rolę odgrywają techniki PA CVD. Ich użycie umożliwia syntezę warstw węglowych przy obniżonej temperaturze. Opisane warstwy węglowe zostały naniesione na polimerowe podłoże (poliwinyloalkohol (PVA), poliuretan (PUR)) za pomocą metody MW/RF PA CVD (Microwave Radio Frequency Plasma Assisted Chemical Vapor Deposition). Plazma została wzbudzona w atmosferze metanu, jako podłoże została użyta nanowłóknina wykonana za pomocą nowoczesnej metody Nanospider. Uzyskany w ten sposób nanokompozyt poddano badaniu zwilżalności.

EN

Carbon coatings have been used in a lot of applications for many years, currently a lot of attention is dedicated to carbon coatings produced on polymer substrate. In this case very important role play a plasma enhanced CVD methods. Used this methods makes possible to synthesis carbon coatings in lowered temperature. Described in article carbon coatings have been plotted on the polymer substrates poly (vinylalcohol) (PVA) and polyurethane (PUR), by Microwave Radio Frequency Plasma Assisted Chemical Vapor Deposition (MW/ RF PA CVD) method. Plasma has been aroused in a pure methane atmosphere, as the substrate has been used nanofiber textile which was produced by modern Nanospider method. Obtained in this way nanocomposite was characterized by the contact angle studies.