Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Assessment of mechanical and biological properties of sodium alginate/gelatine hydrogels dedicated for bioprinting prepared with the use of various solvents

Przybyszewska K., Bartniak M., Sobczyk-Guzenda A., Grabarczyk J., Bociąga D.

Engineering of Biomaterials

|

2018

|

Vol. 21, no. 148

91

2

3D bioprinting – determination of hydrogel bioinks properties for a printer with dedicated construction

Bociąga D., Grabarczyk J., Sobczyk-Guzenda A., Bartniak M., Przybyszewska K.

Engineering of Biomaterials

|

2018

|

Vol. 21, no. 148

90

3

Wpływ warstw DLC i DLC-Si na zmiany zachodzące na powierzchni implantów podczas współpracy z kością

Świątek L., Olejnik A., Grabarczyk J.

Engineering of Biomaterials

|

2016

|

Vol. 19, no. 137

2--12

PL

Niniejsza praca została poświęcona badaniu wpływu modyfikacji implantów medycznych warstwami węglowymi (DLC) oraz węglowymi domieszkowanymi krzemem (DLC-Si) na zmiany zachodzące w wyniku współpracy implantu z kością. Warstwy węglowe zostały wytworzone modyfikowaną metodą chemicznego osadzania z fazy gazowej – RF PACVD. W celu przeprowadzenia badań zostały użyte dwa rodzaje podłoży – pierwszą grupę stanowiły płaskie próbki cylindryczne, natomiast drugą wkręty ortopedyczne. Wszystkie wykorzystane próbki zostały wytworzone ze stali AISI 316 LVM. Przygotowane próbki z warstwami węglowymi zostały przebadane pod względem charakteryzacji powierzchni. W celu sprawdzenia składu chemicznego oraz topografii powierzchni przeprowadzono analizy XPS oraz AFM. Warstwy węglowe zostały również przebadane pod kątem wybranych właściwości mechanicznych (twardość, moduł Younga, adhezja), a także właściwości trybologicznych (test ball-on disc). Niemodyfikowane oraz modyfikowane wkręty ortopedyczne zostały poddane próbom wkręcania w kość wołową. Przeprowadzono testy wkręcania oraz wykręcania wkrętów w kość (w liczbie 1, 10, 50 oraz 100 cykli). Celem badań było określenie zmian zachodzących na powierzchni implantów w momencie ich współpracy z kością. Próbki po przeprowadzonych testach zostały poddane obserwacji mikroskopowej (SEM) oraz analizie jakościowej składu chemicznego na powierzchni wkrętów (EDS). Obserwacje mikroskopowe pozwoliły zaobserwować, iż do powierzchni modyfikowanych wkrętów ortopedycznych adherują elementy kości, tworząc silnie związany z powierzchnią tribofilm, co nie występuje w przypadku wkrętów niemodyfikowanych. Analiza EDS pozwoliła na potwierdzenie, iż w składzie chemicznym tribofilmu obecnego na implantach znajdują się mineralne składniki kości.

EN

In this study the DLC and Si-incorporated DLC layers were deposited on stainless steel alloy (AISI 316 LVM) using modified radio frequency plasma assisted chemical vapour deposition (RF PACVD) method and examined in terms of chemical, mechanical and tribological properties. The carbon layers were synthesized on two types of samples: flat cylindrical probes and the orthopaedic screws (both were made from AISI 316 LVM). In order to determine the chemical composition, morphology and structure of the manufactured coatings the XPS, AFM, SEM observation and EDS analysis were performed. Mechanical properties were measured using nanoindentation technique, as well as the tribological properties were performed using ball-on-disc tests. The obtained results were correlated with the biological response of the coatings. The influence of changes of the modified implants surface was evaluated using screwing/unscrewing test. The samples after conducted tests were controlled using microscopic observation (SEM) and qualitative analysis of the chemical composition on the surface of the screws (EDS). Results demonstrate that on the surface of the DLC and DLC-Si coatings the tribofilm made from mineral bone compounds was created.

4

The influence of modification of metallic medical implants coated multi-doped carbon layers (DLC, DLC-Si and DLC–Si/Ag) on changes on the implants surface as a result of implant - bone contact considering orthopedic screws

Świątek L., Grabarczyk J.

Engineering of Biomaterials

|

2016

|

Vol. 19, no. 138 spec. iss.

36

5

Plasma oxidized Ti6Al4V and Ti6Al7Nb alloys for biomedical applications

Pązik B., Grabarczyk J., Batory D., Kaczorowski W., Burnat B., Czerniak-Reczulska M., Makówka M., Niedzielski P.

Engineering of Biomaterials

|

2016

|

Vol. 19, no. 138 spec. iss.

68

6

Plasma oxidized Ti6Al4V and Ti6Al7Nb alloys for biomedical applications

Pązik B., Grabarczyk J., Batory D., Kaczorowski W., Burnat B., Czerniak-Reczulska M., Makówka M., Niedzielski P.

Engineering of Biomaterials

|

2016

|

Vol. 19, no. 135

8--12

EN

Titanium and its alloys are one of the most popular metallic materials used in medicine for many years. Their favorable mechanical properties, high corrosion resistance and good biotolerance in an environment of tissues and body fluids, cause that they are widely used as construction material of orthopaedic dental and neurological implants. Their disadvantages are poor tribological properties manifested by high coefficient of friction, scuffing and tendency to formation of adhesive couplings. In many research centers the works on improving the unfavorable tribological properties of titanium alloys are conducted. They rely on the use of modern methods of surface treatment including the thermo-chemical methods (nitriding, carburizing, oxidation) and the synthesis of thin films using PVD and CVD methods. In the presented work the glow discharge oxidation was applied to improve the surface properties of two-phase Ti6Al4V and Ti6Al7Nb titanium alloys. The results include a description of the obtained structure of the surface layer, surface topography, micro-hardness, wear ratio and corrosion resistance. The obtained results indicate changes in the surface layer of the material. The surface hardness was more than doubled and the depth of increased hardness region was up to 85 microns. This, in turn, several times decreased the wear rate of the modified materials while reducing the wear rate of the countersample. At the same time the carried out thermo-chemical treatment did not cause any structural changes in the core material. The oxidation process preferably influenced the corrosion properties of titanium alloys. Both, significant increase in the corrosion potential (approx. 0.36 V), as well as increased polarization resistance were observed. The modified surfaces also retained a high resistance to pitting corrosion.

7

Influence of thermochemical treatment methods on pitting corrosion resistance of Ti6Al4V alloy

Czerniak-Reczulska M., Burnat B., Grabarczyk J.

Engineering of Biomaterials

|

2016

|

Vol. 19, no. 138 spec. iss.

71

8

Control of the biological response to metallic biomaterials through application of the DLC coatings with dopants

Bociąga D., Olejnik A., Jastrzębski K., Jędrzejczak A., Świątek L., Grabarczyk J., Sobczyk-Guzenda A., Kamińska M., Jakubowski W., Komorowski P., Niedzielski P.

Engineering of Biomaterials

|

2016

|

Vol. 19, no. 138 spec. iss.

94

9

High Strength Metallurgical Graphene – Mechanisms of Growth and Properties

Kula P., Szymański W., Kołodziejczyk Ł., Atraszkiewicz R., Dybowski K., Grabarczyk J., Pietrasik R., Niedzielski P., Kaczmarek Ł., Cłapa M.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2015

|

Vol. 60, iss. 4

2535--2542

EN

In this work, the growth mechanisms of chemical vapor deposited and metallurgical graphene and their selected mechanical and electrical properties were investigated. The study revealed the influence of the growth mechanisms on monoand poly-crystalline nanostructures of synthesized graphene monolayers. The structure of flake boundaries greatly affects both the mechanical and electrical properties. The key factors are overlapping of the graphene flakes, their degree of mismatch and the presence of π type bonds. All of these issues should be taken into account when developing industrially scaled technologies for graphene manufacturing.

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań mechanizmów wzrostu oraz wybranych właściwości mechanicznych i elektrycznych grafenu chemicznie osadzanego z fazy gazowej oraz grafenu metalurgicznego. Badania wykazały wpływ mechanizmów wzrostu na mono- i polikrystaliczne nanostruktury syntetyzowanych monowarstw grafenu. Struktura granic płatków grafenu znacząco wpływa zarówno na właściwości mechaniczne jak i elektryczne. Kluczowymi czynnikami są: nakładanie się płatków grafenu, stopień ich niedopasowania oraz obecność wiązań typu π. Wszystkie te aspekty powinny być brane pod uwagę przy opracowywaniu technologii produkcji grafenu na skalę przemysłową.

10

Materiały polimerowe i węglowe w aspekcie zastosowania jako materiał konstrukcyjny dysku polskiej mechanicznej zastawki serca - ocena wybranych własności fizycznych i biologicznych

Szuber A., Kościelniak-Ziemniak M., Janiczak K., Głowacki M., Gawlikowski M., Kustosz R., Gonsior M., Wilczek P., Duber S., Kaczorowski W., Niedzielski P., Grabarczyk J., Walke W.

Engineering of Biomaterials

|

2013

|

Vol. 16, no. 121

25--32

PL

Badania biomateriałów polimerowych i węglowych prowadzone są w celu doboru odpowiednich materiałów konstrukcyjnych dla polskiej dyskowej mechanicznej zastawki serca typu Moll. W obszarze zainteresowania znalazły się: polieteroeteroketon (PEEK), PEEK utwardzony powierzchniowo warstwą węglową typu DLC oraz węgiel szklisty. Biomateriały zostały poddane wybranym badaniom strukturalnym (badaniom mikrotwardości metodą Vickersa i porowatości z wykorzystaniem analizatora Autosorb iQ) oraz badaniom własności mechanicznych na stanowisku badań zmęczeniowych. Własności biozgodne biomateriałów oceniono wykorzystując nowoczesną metodę badań biologicznych biomateriałów - badania trombogenności powierzchni wykonano na urządzeniu Impact-R, w testach dynamicznego kontaktu z krwią w warunkach oddziaływania sił ścinających. Wyniki badań zmęczeniowych i oceny trombogenności materiałów polimerowych potwierdziły właściwe zastosowanie materiału PEEK w konstrukcji dysku zastawki mechanicznej przeznaczonej do stosowania krótkoterminowego (około 12 miesięcy) wpozaustrojowej pulsacyjnej pompie mechanicznego wspomagania serca. Zastosowanie utwardzającej powłoki węglowej typu DLC na polimerze stanowi właściwy kierunek prac mających na celu uzyskanie bardziej wytrzymałej powierzchni dysku w kontakcie z tytanowym pierścieniem zastawek, co potwierdziły testy zmęczeniowe. Przeprowadzone badania mikrotwardości biomateriałów wskazały wysoką wytrzymałość oraz twardość opracowywanego węgla szklistego.

EN

The polymeric and carbon biomaterials tests are performed in order to select the proper constructional materials for Polish mechanical tilting valve type Moll. In the area of interests are: polyetheretherketone (PEEK), PEEK with a DLC (diamond like carbon) surface layer and glassy carbon. The biomaterials were analyzed in selected structural tests (micro hardness tests utilizing Vickers method and porosity tests utilizing Autosorb iQ analyzer) and mechanical properties investigation on the fatigue test stand. Biocompatibility properties of biomaterials were evaluated utilizing new biological investigation method - biomaterial surface thrombogenicity test performed using Impact-R device, in the dynamic blood contact conditions with shear stress impact. The results of fatigue and thrombogenicity tests of polymeric materials confirmed the proper PEEK use in the mechanical valve disk construction dedicated for short term application (approximately 12 months) in the extracorporeal pulsatile ventricular heart assists device. The hardened carbon type DLC surface layer on the polymer is the appropriate direction of investigation in order to obtain more durable disk surface in the contact with titanium valve housing, what was confirmed in fatigue tests. The micro hardness biomaterials tests showed high strength and hardness of investigated glassy carbon.

11

Podstawy syntezy biowarstw węglowych w skali przemysłowej dla chirurgii kostnej

Grabarczyk J.

Zeszyty Naukowe. Rozprawy Naukowe / Politechnika Łódzka

|

2012

|

Z. 422

1-106

PL

We współczesnej chirurgii kostnej podstawowym materiałem wykorzystywanym w zespoleniach pourazowych jest metal. Mimo potwierdzonej wiedzy o zagrożeniach jakie stwarza implantowanie metalicznego materiału do organizmu (brak biozgodności, obecność toksycznych pierwiastków, ryzyko wystąpienia zjawisk korozyjnych), w większości przypadków nie istnieje dla niego materiał alternatywny; co powoduje, iż dla pewnej grupy pacjentów, z nadwrażliwością na pierwiastki stopowe zawarte w materiale wszczepu, brak właściwie możliwości przeprowadzenia procesu leczenia nie obarczonego ryzykiem powikłań. Kiedy w latach 80. poprzedniego wieku zaczęto wytwarzać cienkie warstwy węglowe metodami plazmowymi, szybko zauważono, że jest to idealny materiał dla zastosowań implantacyjnych, a modyfikowane nim dotychczas stosowane materiały mogą zyskać nowe cechy powierzchniowe, przede wszystkim wysoką biozgodność, zgodność tkankową i odporność korozyjną. Jak do tej pory rozwiązanie to, mimo intensywnych badań i prób, nie doczekało się jednak udanych zastosowań w chirurgii kostnej. W pierwszej części niniejszej rozprawy został zaprezentowany obecny stan wiedzy z tego zakresu, a także opis podejmowanych prób wdrożenia warstw węglowych w implantologii i powody niepowodzeń. Ta część pracy jest podsumowana refleksją wynikającą z własnych doświadczeń autora w tej dziedzinie. Zasadniczą częścią rozprawy jest przedstawienie pierwszego w skali światowej udanego przemysłowego wdrożenia warstw węglowych na przykładzie metalicznych implantów ortopedycznych. W pracy został przestawiony proces technologiczny od koncepcji, poprzez etap badań wstępnych, po etap wdrożenia gotowego rozwiązania w firmie dla przemysłowej skali produkcji. W przedstawionym rozwiązaniu technologicznym wykorzystano do węglowej modyfikacji powierzchni implantów metodę plazmy wysokiej częstotliwości (RF PACVD). Zasadniczym elementem badań było przełożenie procesu, istniejącego dotychczas w skali laboratoryjnej, na skalę przemysłową. Wymagało to określenia nowych podstaw syntezy warstw węglowych, dostosowanych do odmiennych realiów procesu. W przeprowadzonych badaniach określono wzajemne zależności pomiędzy geometrycznymi cechami produktu, parametrami procesu syntezy oraz syntetyzowanej warstwy. Pozwoliło to na świadome kształtowanie właściwości syntetyzowanych warstw i ich ujednolicenie niezależnie od masy i geometrii modyfikowanych detali. W oparciu o przeprowadzone badania zbudowana i wdrożona została aparatura technologiczna umożliwiająca prowadzenie stabilnych, powtarzalnych i w pełni kontrolowanych procesów syntezy warstw węglowych na powierzchnie metalicznych implantów medycznych metodą RF PACVD w warunkach przemysłowych. Wymiernym efektem badań przedstawionych w pracy jest wprowadzenie na rynek implantów nowego, w skali światowej, produktu o nazwie handlowej: "Implanty antyalergiczne pokryte warstwą nanokrystalicznego węgla". W ostatniej części pracy zostały zaprezentowane przykłady ich klinicznego stosowania.

EN

In modern bone surgery a basic material used in post-traumatic anastomosis is metal. Despite the knowledge about the dangers posed by implanting metallic material into the body (lack of biocompatibility, the presence of toxic elements, the risk of corrosion phenomena and metalosis), in most cases there is no alternative for it. This fact causes that for a certain group of patients with hypersensitivity to the trace elements contained in the material of the implant there is lack of proper opportunity to carry out the process of therapy without the risk of complications. When in the 80's of last century began to produce thin carbon layers with use of plasma methods, it was quickly noted that this was an ideal material for implantation applications, and previously used materials modified by means of carbon coatings could benefit from new surface features, especially high biocompatibility, tissue compatibility and corrosion resistance. So far this solution, in spite of intensive research and testing did not waited successful applications in bone surgery. In the first part of the presented work is presented the current state of knowledge in this field, as well as a description of the attempts undertaken to implement the carbon layers in implantology and reasons of their failure. The summary of this is a reflection resulting from the author's own experience in this field. An essential part of the work is to present the first globally successful industrial implementation of carbon layers on the example of metallic orthopedic implants. In the work has been presented the technological process from concept though preliminary studies as far as (up to) the implementation of final solution to the company for industrial scale production. In the illustrated technological solution for the surface modification radio frequency plasma (RF PACVD) was used. An essential element of the study was to translate the pre-existed laboratory scale process into industrial scale. This involved setting of new grounds for the synthesis of carbon layers, adapted to the different realities of the process. The presented study the interdependence between the geometrical features of the products, the process parameters of synthesis and the synthesized layers were determined. This allowed the conscious shaping of the properties of the synthesized layers and their standardization regardless of the weight and geometry of modified parts. Based on the conducted research and held author's own experience was built and implemented technology and equipment that allows to carry out the stable, repeatable and fully controlled processes of carbon layers synthesis onto surfaces of medical implants by means of RF PACVD technology in the industrial conditions. Measurable effect of the research presented in this work is the introduction to the implant' market of new global commercial product called "Anti-allergic implants coated with nanocrystalline carbon layer". In the last part of this work are presented examples of their clinical use.

12

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.

13

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.

14

Plasma modification of medical implants by carbon coatings depositions

Grabarczyk J., Kotela I.

Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering

|

2009

|

Vol. 37, nr 2

277-281

EN

Purpose: The main goal was to work out the technology of deposition of carbon layers onto surface of medical implants made of the AISI316L medical steel. So far the results of carried investigations have proved that layers synthesized in RF PACVD process noticeably improve the biotolerance of the medical steel. Positive experimental results concerning the implementation of carbon layers conducted in the Institute of Materials Science and Engineering of the Technical University of Lodz were the basis for attempt of industrial application of the worked out technology. Design/methodology/approach: Carbon layers were manufactured using radio frequency plasma RF PACVD method. The technology was worked out for the surfaces of the intramedullary nails. The investigations were carried out in order to compare obtained synthesis results with the layers deposited under the laboratory conditions. In this work the following are presented: the surface topography investigation, results of nanohardness and adhesion measurements as well as the raman spectra. Medical examination results were presented in our earlier publications. In the description of obtained investigation results are also presented the preliminary results of the medical treatment effects with the use of intramedullary nails covered with the carbon layer. Findings: Carbon layers manufactured onto intramedullary nails presented good mechanical properties. Applied synthesis parameters made it possible to manufacture uniform film onto whole implant surface. Thickness of the layer was varied in the range of 200 – 400 nm, however total modification area contained 3.5 micrometers. Nails covered with the carbon layer positively passed the tests and were admitted into medical trade turnover. Positive medical treatment results were observed especially in case of patients with affirmed allergies onto alloying components contained in medical steels like chromium and nickel. Research limitations/implications: Significant matter for the examinations had the introduction of the additional control parameters of the plasmo-chemical layers synthesis process. From the point of view of the industrial implementation of technology the fact of limited process efficiency can be. Originality/value: The fundamental value of conducted investigations is the industrial application of the technology of deposition of carbon layers onto intramedullary nails. Currently those products are available in the business offer of MEDGAL Company.

15

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.

16

Carbon coatings for medical implants

Grabarczyk J., Batory D., Louda P., Couvrat P., Kotela I., Bakowicz-Mitura K.

Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering

|

2007

|

Vol. 20, nr 1-2

107-110

EN

Purpose: In this paper we report in vitro and in vivo results of Nanocrystalline Diamond Coatings which are used in medicine onto medical implants. The very important property of carbon coatings is the protection living organism against the metalosis. Different medical implants with complicated shapes are covering by Nanocrystalline Diamond Coatings by RF dense plasma CVD. Design/methodology/approach: 1) Material characterizations of deposited coatings have been evaluated by using: Transmission Electron Microscopy (TEM), Scanning Electron Microscopy (SEM), Atomic Force Microscopy (AFM), Auger electron spectroscopy (AES), micro X-Ray Spectroscopy and bend test 2) Biological investigation based on: (a) in vivo and (b) in vitro examinations as well (c) clinical investigations - contact allergy. Findings: It was revealed that Nanocrystalline Diamond Coatings form the barrier diffusion between implant and human environment as a consequence prevent leaching of metallic ions into the body. Additionally, the research on carbon coatings proved that diamond layers are biocompatible with living organism. Contact allergy on nickel is inhibited by diamond powders. Practical implications: Practical application metal implants with NCD in orthopedy, cardiosurgery, oral surgery, maxillo-facial surgery and dermatology. Originality/value: We have observed anti-inflammatory, antiallergic and anticancerogenic responses from the carbon coatings layers onto medical implants like wires and screws.

17

Odporność korozyjna NiTi pokrytego warstwą diamentową w roztworze Tyrode'a

Czerniak-Reczulska M., Bogusławski G., Błaszczyk T., Grabarczyk J.

Inżynieria Materiałowa

|

2006

|

Vol. 27, nr 5

917-919

PL

Nitinol-stop z pamięcią kształtu jest często stosowanym materiałem w kardiologii interwencyjnej, ortodoncji i ortopedii. Jest to bardzo atrakcyjny materiał ze względu na właściwości mechaniczne ale posiada wysoką zawartość Ni około 50%, który wywołuje reakcje alergiczne. W celu poprawienia biokompatybilności implantów z NiTi prowadzi się badania nad modyfikacją jego powierzchni [3]. Poniższe badania dotyczą NiTi modyfikowanego warstwą diamentową wytworzoną metodą RF PACVD (Radio Frequency Plasma Activated Chemical Vapour Deposition) [4].

EN

Nitinol - shape memory alloy is often used material in interventional cardiology, orthodontics and orthopedics. It has very attractive mechanical and physical properties but NiTi has big percent Ni about 50% weight, which cause allergy, often. In order to improve biocompatibility implants on NiTi the guide are investigation over modification NiTi [3]. In this study NiTi was modification by diamond layer manufactured by Radio Frequency Plasma Activated Chemical Vapour Deposition (RF PACVD) method [4]. Parameters of coating process shows table 1. The corrosion properties NiTi in Tyrod's solution, were investigated by potentiodynamics polarization measurement (table 2). The surface and structure samples were observed on metallographic microscope, scaning electron microscope (SEM), X-Ray analysis.

18

Badania trybologiczne twardych powłok weglowych na podłożach z węglików spiekanych

Grabarczyk J., Kaczorowski W., Baciaga D., Niedzielski P.

Inżynieria Materiałowa

|

2006

|

Vol. 27, nr 5

998-1001

PL

Przedstawiono badania trybologicznych właściwości twardych warstw węglowych wytwarzanych na powierzchni płytek z węglików spiekanych (WC) przeznaczonych do obróbki stopów aluminium. Porównano właściwości warstw wytworzonych metodami RF PACVD (Radio Frequency Plasma Chemical Vapors Deposition) oraz MW/RF PACVD (Microwave/ Radio Frequency Plasma Chemical Vapors Deposition). Próby odporności na zużycie w warunkach tarcia wykonano metodą kulka tarcza. Prowadzono badania siły tarcia oraz masy elementów trących w funkcji czasu. Powierzchnie po przeprowadzonej próbie tarcia obserwowano za pomocą mikroskopu skaningowego. Uzyskane wyniki badań były podstawą do opracowania prawidłowych warunków procesu wytwarzania warstw oraz wstępnej obróbki jonowej powierzchni. Wyniki badań potwierdziły lepsze właściwości trybologiczne warstw wytworzonych techniką RF PACVD w porównaniu do MW/RF PACVD. Charakteryzowały się dobrą odpornością na ścieranie oraz zmniejszona wartością (o 20%) współczynnika tarcia. Warstwy wytwarzane metodą MW/RF PACVD, mimo znacznego zmniejszenia współczynnika tarcia ulegały jednak szybkiemu zużyciu.

EN

In this paper were presented examinations of the tribological properties of hard carbon layers fabricated onto the surface of samples made of cemented carbide, which are designed for aluminium alloy processing. The aim of examinations described in this paper was the properties comparision of coatings produced by various techniques. To produce layers two plasmo-chemical techniques were used: RF PACVD method (Radio Frequency Plasma Chemical Vapors Deposition) and MW/RF PACVD method (Microwave/ Radio Frequency Plasma Chemical Vapors Deposition). In tribological tests the ball - disk method was used. During the examinations changes of friction stress were observed as well as the value of mutual wearing of elements at time function. After conducted tribological tests the wear field was observed by using the scanning microscope. Results of conducted investigations were used up-to-date to optimization of layers fabrication parameters and the surface preliminary ion processing. Final tests results showed the better tribological properties of layers manufactured by RF PACVD method. These layers were characterized by high durability at about 20% reduction of friction coefficient. Coatings manufactured by MW/RF PACVD method, despide significant reducing of friction coefficient, they went to fast wear.

19

Properties of NiTi - shape memory alloy after modification by RF PCVD method

Czerniak-Reczulska M., Couvrat P., Grabarczyk J., Niedzielski P.

Inżynieria Biomateriałów

|

2006

|

R. 9, nr 56-57

37-39

EN

The DLC (diamond-like carbon) and NCD (nanocrystalline diamond) layers coat made implants of medical steel 316L, titanium and titanium alloys. These layers have excellent properties such as: high hardness, good biocompatibility to various types of cells, good adhesion to implants, wheres implants with diamond layer have good corrosion resistance in body fluids. Result received for these materials are encourage to modification other materials for example shape memory alloy NiTi, Nitinol is often used material in interventional cardiology, orthodontics and urology. Shape memory alloy characterizes of return to designed shape, superelasticity, thermomechanical behavior. This phenomenons are proceeded thanks to the martensite transformation. Modification in high temperature perhaps cause failure martensite transformation which influence on the material properties change.

20

Poprawa adhezji warstw diamentopodobnych do położy z WC-Co przy wykorzystaniu metody RF PACVD

Grabarczyk J., Louda P., Niedzielski P.

Inżynieria Materiałowa

|

2005

|

Vol. 26, nr 5

274-276

PL

W pracy przedstawiono opis metody jonowego trawienia powierzchni węglików spiekanych w celu usunięcia kobaltowej osnowy ziaren z warstwy wierzchniej węglika Proces ten stanowił obróbkę wstępną powierzchni mającą na celu poprawę adhezji syntetyzowanej warstwy węglowej. W przeprowadzonym eksperymencie wykorzystano reaktor plazmo-chemiczny wykorzystujący wysokoczęstotliwościowe wzbudzenie plazmy (PA RFCVD). Zaletą opisanej metody w stosunku do innych technik trawienia jest przeprowadzenie skuteczne go procesu usunięcia kobaltu w tej samej komorze roboczej, w której przeprowadzany jest proces wytwarzania warstwy. Dzięki temu zarówno wytworzenie warstwy jak i wstępne przygotowanie powierzchni węglika spiekanego przebiega w jednym ciągu technologicznym. Skuteczność opisanej metody potwierdzona została badaniami adhezji wytworzonej warstwy węglowej do wytrawionego jonowo podłoża z węglika spiekanego.

EN

Description of ion etching method was presented at this dissertation . This method was used to each surface of carbides in order to remove a cobalt wrap of grains from the carbide's top layer. This process was an initial treatment, which was conducted in order to improve the adhesion of synthetised carbon layer. In conducted experiment advantage of plasmo-chemical reactor, which use a high frequency plasma induction (PA RFCVD), was taken. With relation to others etching techniques, the advantage of described method is the fact, that cobalt removing process is conducted at the same chamber where the coating fabrication process takes place. That let us to conduct the carbide's initial preparation process and layer fabrication process at the same chamber - one production process. Effectiveness of described method was confirmed by adhesive examinations of produced carbon layer in relation to ion etched substrate of carbide.