Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

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

2

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.

3

Evaluation of diamond-like carbon coatings on PDMS substrates

Kaczorowski W., Wojciechowska A., Niedzielski P.

Engineering of Biomaterials

|

2016

|

Vol. 19, no. 138 spec. iss.

118

4

Characterisation of the bone cements on the basis of PMMA and organosilicon polymers

Sobczyk-Guzenda A., Rejs K., Kamińska M., Kaczorowski W., Szymanowski H., Niedzielski P.

Engineering of Biomaterials

|

2016

|

Vol. 19, no. 138 spec. iss.

99

5

CVD carbon powders modified by ball milling

Kaźmierczak T., Kaczorowski W., Niedzielski P.

Materials Science Poland

|

2015

|

Vol. 33, No. 3

521--528

EN

Carbon powders produced using a plasma assisted chemical vapor deposition (CVD) methods are an interesting subject of research. One of the most interesting methods of synthesizing these powders is using radio frequency plasma. This method, originally used in deposition of carbon films containing different sp2/sp3ratios, also makes possible to produce carbon structures in the form of powder. Results of research related to the mechanical modification of these powders have been presented. The powders were modified using a planetary ball mill with varying parameters, such as milling speed, time, ball/powder mass ratio and additional liquids. Changes in morphology and particle sizes were measured using scanning electron microscopy and dynamic light scattering. Phase composition was analyzed using Raman spectroscopy. The influence of individual parameters on the modification outcome was estimated using statistical method. The research proved that the size of obtained powders is mostly influenced by the milling speed and the amount of balls. Powders tend to form conglomerates sized up to hundreds of micrometers. Additionally, it is possible to obtain nanopowders with the size around 100 nm. Furthermore, application of additional liquid, i.e. water in the process reduces the graphitization of the powder, which takes place during dry milling.

6

Analiza właściwości tribologicznych powłok a-C:H:SiOx wytwarzanych metodą RF PACVD

Batory D., Kaczorowski W., Kołodziejczyk Ł., Makówka M., Jędrzejczak A.

Inżynieria Materiałowa

|

2015

|

Vol. 36, nr 6

473--478

PL

Domieszkowane SiOx powłoki węglowe zostały wytworzone metodą RF PACVD (Radio Frequency Plasma Assisted Chemical Vapour Deposition) z wykorzystaniem mieszaniny metanu (CH4 ) oraz heksametylodisiloksanu (HMDSO). Procesy syntezy prowadzono przy różnych proporcjach przepływu CH4/ HMDSO oraz w szerokim zakresie ujemnego potencjału autopolaryzacji elektrody rf. Jako substraty zastosowano utleniany stop tytanu Ti6Al7Nb. Badania współczynnika tarcia oraz odporności na zużycie przez tarcie przeprowadzono metodą kula–tarcza za pomocą tribotestera T-11 oraz przeciwpróbki wykonanej ze stali 100Cr6. Analizę śladów wytarcia prowadzono za pomocą skaningowego mikroskopu elektronowego oraz spektroskopii Ramana. Odporność na zużycie przez tarcie określano na podstawie zarejestrowanych profili wytarcia powłok oraz przeciwpróbek. Wyniki przeprowadzonych badań potwierdzają zróżnicowany wpływ parametrów procesów syntezy na właściwości tribologiczne otrzymanych powłok. Zarejestrowano wyraźnie pozytywny wpływ domieszki SiOx na zmniejszenie współczynnika tarcia badanych powłok obserwowany już w zakresie poniżej 0,5% at. Si. Niemniej jednak dla niższych potencjałów autopolaryzacji powłoki o dużej zawartości krzemu i tlenu uległy zniszczeniu po kilku metrach drogi tarcia. Głównym mechanizmem zużycia powłok a-C:H:SiOx jest efekt trzeciego ciała. Wydaje się, że domieszkowanie powłok węglowych SiOx ogranicza zjawiska grafityzacji prowadzące do powstania warstwy przejściowej spełniającej rolę smaru stałego. Pomimo wyraźnie mniejszych oraz stabilnych wartości współczynników tarcia powłok a-C:H:SiOx przy większych zawartościach krzemu i tlenu nie zapewniają one wystarczającej ochrony przed zużyciem współpracujących elementów.

EN

SiOx incorporated carbon coatings were synthesized using RF PACVD (Radio Frequency Plasma Assisted Chemical Vapour Deposition) method with use of mixture of methane (CH4) and hexamethylodisiloxane (HMDSO). The processes of synthesis were conducted using different CH4/HMDSO flow ratios and wide range of the self-bias potential of the r.f. electrode. As the substrate oxidized Ti6Al7Nb titanium alloy was used. Friction coefficient and wear resistance analysis was performed using the T-11 tribometer in the ball–on–disc configuration and counterpart made of 100Cr6 steel. Wear track analysis was made using scanning electron microscopy and Raman spectroscopy. The resistance against wear was determined basing on the registered wear profiles and scars on the surface of the coatings and the balls respectively. The results of the conducted examinations prove the varied impact of the process parameters on the tribological properties of the obtained coatings. A noticeably positive influence of SiOx incorporation on the decreasing value of the coefficient of friction was registered for as low concentration of silicon as 0.5 at. %. Nevertheless for low self-bias potentials coatings with high concentration of silicon and oxygen were damaged just after few meters of the sliding distance. The main wear mechanism of a-C:H:SiOx coatings is the third body effect. It seems that incorporation of SiOx into carbon coatings limits the graphitisation phenomena, which lead to formation of the transition layer acting as the solid lubricant. Despite significantly lower and stable coefficients of friction of a-C:H:SiOx coatings with higher concentrations of silicon and oxygen they do not provide sufficient protection against wear of the co-working elements.

7

Właściwości przeciwzużyciowe powłok węglowych wytwarzanych na podłożu PEEK

Kaczorowski W.

Inżynieria Materiałowa

|

2013

|

Vol. 34, nr 5

472--476

PL

Powłoki węglowe (DLC - diamentopodobne, NCD - nanokrystalicznego diamentu) to materiał o dobrze poznanych właściwościach biologicznych, dzięki którym odnajduje zastosowanie w wielu dziedzinach medycyny m.in. W ortopedii, neurochirurgii czy kardiochirurgii. Wykorzystuje się je z powodzeniem w modyﬁkacjach powierzchni metalicznych i polimerowych. Praca jest poświęcona badaniom nad powłokami węglowymi wytworzonymi na podłożu polimerowym PEEK (polieteroeteroketon), który jest wykorzystyany do budowy dysku zastawki sztucznego serca. Powłoki węglowe wytwarzano w plazmie metanowej z wykorzystaniem etapu wstępnej obróbki plazmowej polimerów w atmosferze wodoru, tlenu, argonu, azotu oraz metanu. Analizę rozwinięcia zmodyﬁkowanej powierzchni pod wpływem zastosowanych parametrów procesów wykonano z wykorzystaniem mikroskopu sił atomowych AFM. Najmniejszymi parametrami chropowatości zbliżonymi do podłoża bez modyﬁkacji charakteryzowały się próbki modyfikowane początkowo w plazmie metanowej, azotowej i argonowej. Pokazano, jak wpływają różne gazy doprowadzane do wstępnego procesu obróbki plazmochemicznej na właściwości tribologiczne uzyskiwanych powłok węglowych z wykorzystaniem dwóch rodzajów plazmy: radiowej RF i dwuczęstotliwościowej (mikrofalowo-radiowej) MW/RF. Do badań tribologicznych zastosowano tester T-11M pracujący w skojarzeniu kulka ceramiczna ZrO2-tarcza ze zmodyﬁkowanym lub nie podłożem PEEK. Uzyskane wyniki tribologiczne pokazują wpływ wstępnego przygotowania podłoży i rodzaju zastosowanej plazmy na wartości współczynnika tarcia oraz wskaźnik zużycia. Zastosowane modyﬁkacje pozwoliły na ograniczenie wartości współczynnika tarcia od wartości 0,4 (charakterystycznej dla podłoża PEEK bez modyﬁkacji) do wartości 0,3 (dla powłok wytworzonych w plazmie MW/RF) albo nawet 0,26 (dla powłoki węglowej wytworzonej w plazmie RF Z wykorzystaniem azotu do wstępnego procesu obróbki). W pracy dokonano porównania wskaźnika zużycia dla podłoży bez modyﬁkacji i po zmodyﬁkowaniu powłokami węglowymi. Najlepszą odpornością na zużycie charakteryzowały się powłoki wytworzone w plazmie częstotliwości RF. W ich przypadku obserwowano nawet ponad 35-krotne zmniejszenie wartości wskaźnika zużycia (w odniesieniu do niemodyﬁkowanego PEEK-u). W pracy dokonano także analizy charakteru zużycia powłok i podłoża polimerowego.

EN

Due to its well-studied biological properties, carbon coating (DLC - diamond like-carbon, NCD - nanocrystalline diamond) is used in many areas ofmedicine such as: orthopedics, neurosurgery and cardiosurgery. Recently, this ﬁlm can be successfully applied to the modiﬁcation of metallic or polymeric surface. In this work, we report the properties ofcarbon coating deposited on the polymer substrate PEEK (Polyetheretherketone), which is applied to the artiﬁcial heart valve disc. During the research the modiﬁcation of PEEK's surface using the manufacturing of DLC ﬁlms on samples in different pre-treatment environments such as nitrogen, oxygen, argon and hydrogen and pure methane atmosphere was performed. On the basis of AFM test results it can be stated than the lowest surface development characterizes the samples manufactured in process pre-treatment with methane, nitrogen and argon . In this study, inﬁuence of the gases and applied CVD technique (radio frequency or microwave/ radio frequency) on the tribological properties carbon layers were presented. The tribological test was performed on the Tribotester T-11 M. During the investigation the modified specimens or a control sample of pure PEEK, which were used as rotating discs. As a counter-specimen the ball made of zirconium dioxide ZrO2 of a diameter 1/4 inch was used. In presented paper the inﬁuence of different gas additives while pre-treatment process and type of plasma on the friction coefﬁcient (COF) and specific wear rate were described. It was shown possible to reduce the friction coefﬁcient from 0.4 for PEEK substrate to 0.3 (for MW/RF carbon coatings) or even 0.26 (for RF carbon coating manufactured with nitrogen pre-treatment process). In this work, comparison of speciﬁc wear rate between the PEEK substrates with and without modiﬁcation was presented. The best wear resistance was achieved by coating deposited in RF plasma. In this case, 35-fold decrease in the value of speciﬁc wear was obtained. The present work involves the wear analysis of the substrates.

8

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.

9

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

Król A., Kaźmierczak T., Kaczorowski W.

Engineering of Biomaterials

|

2011

|

Vol. 14, no. 105

13-19

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.

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

The effect of deposition parameters on the properties of gradient a-C:H/Ti layers

Batory D., Stanishevsky A., Kaczorowski W.

Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering

|

2009

|

Vol. 37, nr 2

381-386

EN

Purpose: During the last 20 years DLC (diamond-like carbon) layers became a very attractive material in many medical and engineering applications. While the layer’s stress and adhesion were always a concern, several adhesion improvement methods have been proposed. A majority of those methods consists of either the deposition of an adhesion promoting interlayer or the application of a gradient of chemical composition. In whatever way this reduces the internal stress and improves the adhesion of carbon layers, it also affects the properties of the carbon layer. The aim of this study was to investigate the physicochemical properties of gradient carbon layers manufactured by RF PACVD/MS method at different process parameters. Design/methodology/approach: The a-C:H/Ti gradient layers were deposited onto silicon wafers using a hybrid deposition method which combines PVD and CVD processes in one reaction chamber. Surface topography, adhesion and coefficient of friction (COF) were measured at a nanoscale using Atomic Force Microscopy, Nanoindentation, and Nanotribometry. Findings: The result of this investigation has demonstrated that gradient interlayer deposition parameters affect roughness and tribological properties of outer carbon layer. Research limitations/implications: Presented investigation was performed with mirror-polished silicon wafers to prevent possible interferences caused by variations in surface topography of other typical substrates during polishing. However, the adhesion of carbon layer measured for the silicon substrates can be noticeably different from that measured for metal substrates. Thus, new adhesion investigations have to be done when using these layers on application-specific substrates. Also, additional friction and wear resistance measurements performed under wet conditions (biological serum) should be conducted in a case of medical applications. Originality/value: There are several reports available on the properties of carbon layers deposited subsequently onto the adhesion promoting interlayer. Present work is an attempt to understand and describe influence of adhesion promoting interlayer deposition parameters on the properties of interlayer - layer system as a whole.

12

Application of microwave/radio frequency and radio frequency/magnetron sputtering techniques in polyurethane surface modification

Kaczorowski W., Batory D., Niedzielski P.

Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering

|

2009

|

Vol. 37, nr 2

286-291

EN

Purpose: The aim of the study is the analysis of the possibilities of application of MW/RF PACVD and RF PACVD/MS systems in polyurethane surface modification. Design/methodology/approach: As the substrates samples made out of the biocompatibile polyurethane were used. Modifications were performed in MW/RF PACVD and RF PACVD/MS reactors using different gases and process parameters. Topography, thickness and contact angle were measured using Atomic Force Microscopy, Profilometry and Contact Angle Measuring Instrument. Findings: Optimal plasma parameters ensuring deposition of carbon layers without surface degradation were worked out. Deposited layers were less than 500 nm thick and presented the wetting angle value more than 90ş. During the examinations the influence of the gas atmosphere and process parameters used for the preliminary substrates modification were investigated. Obtained results prove the possibility of application of MW/RF PACVD and RF PACVD/MS techniques in deposition of carbon-based coatings on polyurethane substrates used for artificial heart chambers manufacturing. Research limitations/implications: Modification of polymer surface has to be conducted at low temperatures, up to 100şC. Unfortunately not all CVD and PVD methods used in this field guarantee the adequate adhesion of manufactured layers deposited in such low temperatures. So far the most promising results were obtained with use of PLD (pulsed laser deposition) techniques. However application of MW (microwave) low temperature plasma source and combination of magnetron sputtering technique with RF (radio frequency) plasma source seems to be equally interesting techniques. Originality/value: Optimization of carbon layers deposition techniques on polyurethane substrates can be helpful in improvement of modern artificial heart chambers construction. All investigation results obtained in his field attend to work out the new generation of cardiosurgical implants within the confines of multiyear Project „Polish Artificial Hart”.

13

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.

14

Carbon and titanium based layers for wood-based materials

Kaczorowski W., Batory D.

Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering

|

2008

|

Vol. 27, nr 2

187-190

EN

Purpose: The main purpose of this work was to work out the technology of manufacturing carbon and titanium based layers on the surfaces of sintered carbides machining edges used in furniture industry. Design/methodology/approach: A hybrid deposition system employing DC magnetron sputtering and radio frequency plasma assisted chemical vapour deposition (RF PACVD) in one reaction chamber was used to manufacture Ti:C gradient layers. For the laboratory investigation layers were deposited on sintered carbide samples. Friction coefficient and SEM EDS analysis were made. For the exploitation tests layers were deposited on the commercial sintered carbide tools widely used in furniture industry. Findings: As the result of investigation it was noticed that Ti and C based gradient layers deposited on sintered carbides surfaces seems to be a very interesting alternative for standard non modified machining tools because of they noticeably decreased friction coefficient and improved durability. Practical implications: Presented technology is dedicated for furniture industry as a layer improving the cutting properties of the machining tools Originality/value: Application of carbon and titanium based layers deposited by hybrid deposition method on sintered carbide cutting edges for wood and wood-based materials machining.

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

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.

17

Właściwości korozyjne bezniklowego stopu PANACEA P558 i wpływ warst NCD na te właściwości

Błaszczyk T., Burnat B., Leniart A., Scholl H., Kaczorowski W.

Inżynieria Materiałowa

|

2006

|

Vol. 27, nr 5

878-881

PL

Bezniklowy stop PANACEA P558 jest nowoczesnym biomateriałem stosowanym do wytwarzania implantów chirurgicznych dla pacjentów uczulonych na nikiel. W pracy przedstawiono wyniki badań podstawowych właściwości korozyjnych tego stopu. Testy korozyjne były wykonane w roztworze 0.5 M NaCl i roztworze Tyrode'a. Prowadzono je metodami elektrochemicznymi w cyklach 7-dniowych w temperaturze 37°C na próbkach po polerowaniu mechanicznym i po naniesieniu warstw NCD metodą MW/RF PECVD. Stwierdzono, że warstwy NCD polepszają właściwości korozyjne stopu PANACEA P558. Warstwy NCD powodują podwyższenie potencjału korozyjnego ECOr, oporu polaryzacyjnego Rp, potencjału przebicia Eb oraz hamują procesy rozwoju korozji wżerowej. Stwierdzono też, że zmiany właściwości korozyjnych badanego stopu słabo zależą od grubości warstw NCD.

EN

Nickel-free PANACEA P558 alloy is a modern biomateriał used for surgical implants making for patients with negative reaction on nickel content. In this work are presented the results of investigations of basic corrosion features of this alloy. The corrosion tests were performed in 0.5 M NaCl and Tyrode's solutions. The measurements were carried out using electrochemical methods in 7-days cycles in temperature 37°C on samples prepared by mechanical polishing and samples with NCD layers deposited by MW/RF PECVD method. It has been stated that NCD layers improve the corrosive features of PANACEA P558. The NCD layers cause increase of corrosion potential Ecor, polarization resistance Rp, breakdown potential Eb and inhibit the pitting corrosion processes. Moreover, it has been stated that changes of corrosion features of investigated alloy weakly depend on thickness of NCD layers.

18

Warstwy węglowe wytwarzane w plazmie MW/RF

Kaczorowski W., Niedzielski P., Mitura S.

Inżynieria Materiałowa

|

2006

|

Vol. 27, nr 5

1044-1046

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań właściwości warstw węglowych wytwarzanych metodą MW/RF PACVD. Dzięki różnym parametrom syntezy powłok istnieje możliwość sterowania uzyskiwanymi właściwościami pokryć w szerokim zakresie. Skonstruowana w Instytucie Inżynierii Materiałowej aparatura pozwala na syntezę zarówno warstw DLC (diamond-like carbon) jak i NCD (nanocrystalline diamond). Tego rodzaju pokrycia zostały dotychczas przebadane pod kątem zastosowania w obróbce skrawaniem [1,2], elektronice [3] oraz medycynie [4,5,6]. Aktualnie przeprowadzane prace mają na celu wykorzystanie wytwarzanych warstw UNCD w biosensorach. Zaprezentowane wyniki badań wskazują na szerokie możliwości zastosowania opisywanych pokryć.

EN

In this work, carbon films deposited using MW/RF PACVD method were investigated. The examinations of deposition have shown, that it was possible to produce coating with different properties, which depend on plasma parameters and applied gas mixtures. A dual mode microwave/radio frequency plasma system manufactured in the Institute of Materials Science and Engineering permits to obtain diamond-like carbon (DLC) and nanocrystalline diamond (NCD) coatings. Presented coatings have been investigated as protective layers onto cutting tools [1,2], in microelectronics [3] and biomedical applications [4,5,6]. The present work are carried out in order to check the UNCD coatings as biosensors. The results indicate that described carbon film can be used in many different types of applications.

19

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.

20

Właściwości korozyjne stopów biomedycznych Rex 734 I Panacea P558 modyfikowanych warstwami nanokrystalicznego diamentu

Błaszczyk T., Burnat B., Leniart A., Scholl H., Klimek L., Kaczorowski W.

Inżynieria Biomateriałów

|

2006

|

R. 9, nr 58-60

65-68

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań elektrochemicznych i korozyjnych dwóch stopów biomedycznych typu Fe-Cr-Mo: Rex 734 i Panacea P558 bez warstw i z warstwami węglowymi o strukturze nanokrystalicznego diamentu (NCD) o 3. grubościach. Badania prowadzono w roztworze 0.5 M NaCl i roztworze Tyrode'a w cyklach 7. dniowych w temperaturze 37 stopni Celsjusza (310 K). Stwierdzono, że obydwa stopy charakteryzują się różnymi potencjałami korozyjnymi, oporami polaryzacyjnymi, oraz potencjałami korozji szczelinowej i wżerowej. Stwierdzono również, że warstwy NCD poprawiają parametry korozyjne obydwu stopów - przesuwają potencjały korozyjne w kierunku anodowym i zwiększają opory polaryzacyjne. Wpływ warstw NCD na korozję szczelinową i wżerową nie jest jednoznaczny. Dla obydwu stopów nie uzyskano zależności wyżej wymienionych parametrów korozyjnych od grubości warstw NCD.

EN

In this paper are presented the results of electrochemical and corrosion investigations of Fe-Cr-Mo biomedical alloys Rex 734 and Panacea P558 without and with carbon layers of nanocrystalline diamond structure (NCD) with 3 different thickness. The investigations were carried out in 0.5 M NaCl and Tyrode's solutions in 7-days measurement cycles at the temperature of 37 degrees of Celsius (310 K). It has been stated that both alloys have different corrosion potentials, polarization resistances and crevice-pitting corrosion potentials. Additionally, it was found that NCD layers improve corrosion parameters of both alloys - they shift corrosion potentials in anodic direction and cause an increase of polarization resistances. The influence of NCD layers on crevice-pitting corrosion is ambiguous. For both alloys did obtain any relationship between above mentioned corrosion parameters and the thickness of NCD layers.