Скачать PDF файл.

Текст

Смотреть все

23 4/18 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ СПОСОБ ПЛАЗМЕННОГО НАНЕСЕНИЯ БИОСОВМЕСТИМЫХ ПОКРЫТИЙ(71) Заявители Научно-исследовательский институт порошковой металлургии с опытным производством Институт общей и неорганической химии НАН Беларуси(73) Патентообладатели Научно-исследовательский институт порошковой металлургии с опытным производством Институт общей и неорганической химии НАН Беларуси(57) Способ плазменного нанесения биосовместимых покрытий, включающий напыление из порошков на подложку подслоя, переходного слоя из керамического материала и гидроксиапатита и наружного слоя из гидроксиапатита, отличающийся тем, что для напыления переходного слоя используют композиционный порошок, содержащий гидроксиапатит и керамический материал при содержании гидроксиапатита от 10 до 90 масс., размер зерен керамического материала и гидроксиапатита в частицах композиционного порошка составляет 60-100 нм, перед напылением порошки для переходного и наружного слоев выдерживают при 12001300 С в течение 2-3 часов, а после нанесения покрытия проводят термообработку при температуре 600800 С в течение 1-2 часов.(56) 1.92109715, МПК 623 4/12, 1992. 2. Патент ЧСФР 277546, МПК 632 18/00, 1992. 3. Лясников В.Н. и др. Перспективы использования плазменного напыления в имплантологии//сб. докладов Международного семинара. Газотермическое напыление в промышленности и за рубежом. - Л., 1991. -С. 65-66 (прототип). Изобретение относится к области газотермического нанесения покрытий, в частности - к способам плазменного напыления биосовместимых покрытий на имплантаты для хирургии и стоматологии. Известен способ плазменного напыления биопокрытий на имплантат, в котором для нанесения покрытия используются порошки оксида алюминия и гидроксиапатита с размером частиц 0,5-5 мкм 1. Порошки оксида алюминия и гидроксиапатита вводят в плазменную струю на разных расстояниях от выхода сопла плазмотрона, при этом количество вводимого в плазменную струю гидроксиапатита превосходит количество вводимого в струю оксида алюминия. Недостатками способа являются низкая прочность сцепления покрытия с основой, неоднородность структуры покрытия, вызванная следствием сегрегации частиц материалов разной плотности в плазменной струе и большое количество продуктов разложения гидроксиапатита - СаО и Са 3 РО 4, что приводит к снижению количества активной фазы гидроксиапатита в покрытии. Известен способ плазменного напыления композиционного биосовместимого керамического покрытия для имплантатов, включающий нанесение керамического подслоя из материалов на основе оксидов , Са и слоя покрытия из гидроксиапатита 2. Недостатками способа являются низкая вязкость разрушения покрытия, высокое содержание неактивной фазы в виде продуктов разложения гидроксиапатита. В качестве прототипа выбран способ плазменного напыления на имплантат биосовместимых покрытий, включающий напыление подслоя, переходного слоя из смеси порошков оксидной керамики и гидроксиапатита и наружного слоя из порошка гидроксиапатита 3. Способ позволяет увеличить прочность сцепления и вязкость раз 2756 1 рушения покрытия посредством ступенчатого изменения физико-механических свойств в направлении от основы до наружного слоя покрытия. Недостатком способа является неоднородность распределения в переходном слое керамики и гидроксиапатита, а также большое содержание в покрытии неактивной фазы в виде продуктов разложения гидроксиапатита приводит к снижению его биосовместимости. Техническая задача, которую решает предлагаемое изобретение, заключается в увеличении равномерности распределения в структуре покрытия керамической и гидроксиапатитовой фаз, снижении в покрытии продуктов разложения гидроксиапатита и повышении степени его кристалличности. Поставленная техническая задача решается тем, что в известном способе плазменного нанесения биосовместимых покрытий, включающем напыление из порошков на подложку подслоя, переходного слоя из керамического материала и гидроксиапатита и наружного слоя из гидроксиапатита, для напыления переходного слоя используют композиционный порошок, содержащий гидроксиапатит и керамический материал, при этом гидроксиапатита в нем содержится 10-90 масс. , а размер зерен керамического материала и гидроксиапатита в частицах композиционного порошка составляет 60-100 нм. Порошки для переходного и наружного слоев перед напылением выдерживают при 1200-1300 С в течение 2-3 часов. После нанесения покрытия проводят термообработку при температуре 600-800 С в течение 1-2 часов. Изобретение дает возможность получить биосовместимые покрытия с высокой гомогенностью распределения керамической и гидроксиапатитовой фаз с минимальным количеством примесей продуктов разложения гидроксиапатита и высокой степенью его кристалличности. Для нанесения покрытия использовали порошок гидроксиапатита, полученный химическим методом при реакции соли кальция 2 и двухзамещенного фосфата аммония. Режимы метода изменяли в диапазонах,позволяющих получать порошок гидроксиапатита с размером зерен в частицах порошка - 60-100 нанометров. Для нанесения переходного слоя использовали гомогенизированный композиционный порошок, полученный из керамического материала и гидроксиапатита путем смешивания влажной суспензии гидроксиапатита с суспензией керамического материала, получаемого методом химического осаждения (например зольгель методом). Полученную смесь керамического материала и гидроксиапатита смешивали с органическим растворителем, выдерживали в нем и затем сушили. После сушки получали легко рассыпающийся композиционный порошок с размером частиц 40-80 мкм, с размером зерен керамического материала и гидроксиапатита 60-100 нанометров, т.е. получали материал для нанесения переходного слоя. Операцию выдержки порошков для нанесения переходного и наружного слоев покрытия проводили с целью уменьшения количества аморфной фазы и повышения кристалличности гидроксиапатита, а также с целью удаления внутрикристаллической влаги. Исследования, проведенные авторами изобретения, позволили установить, что термообработка в диапазоне режимов 1200-1300 С в течение 2-3 часов позволяет полностью удалить межмолекулярную воду из гидроксиапатита, что приводит к упорядочению тетраэдрических анионов 4 в фосфатных группах гидроксиапатита и его кристаллизации. Упорядочение структуры гидроксиапатита сопровождается уменьшением его удельной поверхности и увеличением плотности частиц порошков. При проведении выдержки порошков при температуре ниже 1200 С и времени менее 2 час, не происходит полного уплотнения частиц порошка и упорядочения структуры гидроксиапатита (кристаллизации). При проведении выдержки порошков при температуре выше 1300 С и времени свыше 3 часов начинаются процессы разложения гидроксиапатита, связанные с выделением воды из ОН групп, и диструкцией фосфатных анионов, что приводит к образованию продуктов разложения гидроксиапатита - СаО и Са 3 Р 4. Уменьшение удельной поверхности частиц, повышение их плотности и степени кристалличности, в результате проведенной выдержки при 1200-1300 С в течение 2-3 часов способствует подавлению процессов разложения гидроксиапатита в плазменной струе по следующим причинам- высокая удельная поверхность и развитая микропористость не термообработанных частиц приводят к локальному перегреву поверхности частиц в плазменной струе из-за слабой теплопроводности к центру частиц. В свою очередь перегрев частиц с поверхности будет приводить к формированию в покрытии зон с повышенной микропористостью, окруженных зонами аморфной фазы и продуктов разложения гидроксиапатита- применение плотных частиц, с низкой удельной поверхностью, способствует более однородному нагреву как с поверхности, так и центра частиц, что приводит к меньшей разлагаемости и более высокой биосовместимости покрытий- удаление межмолекулярной влаги повышает степень кристалличности гидроксиапатита, что повышает термостабильность гидроксиапатита в плазменной струе- использование межмолекулярной влаги повышает степень кристалличности гидроксиапатита в пламенной струе- использование зерен размером 60-100 нанометров позволяет обеспечить максимально возможную равномерность распределения керамики и гидроксиапатита в переходном слое покрытия. При снижении разме 2 2756 1 ра зерен ниже 60 нанометров равномерность распределения улучшается незначительно, а при размере зерен более 100 нанометров после термообработки порошка равномерность распределения ухудшается- содержание гидроксиапатита в композиционном порошке изменяли от 10 до 90 масс. . При содержании гидроксиапатита менее 10 масс.свойства переходного слоя очень близки к свойствам подслоя, что в общем приводит к снижению качеств биосовместимости покрытия, а при содержании гидроксиапатита более 90 масс.снижается прочность и вязкость разрушения покрытия в целом. При плазменном напылении вследствие быстрой закалки расплавленных частиц происходит реаморфизация гидроксиапатита. Термообработку покрытия проводят для уменьшения количества аморфной фазы гидроксиапатита в покрытии и повышения степени его кристалличности. При проведении термообработки ниже 600 С и времени менее 1 часа уменьшение количества аморфной фазы незначительное, а термообработка свыше 800 С и более 2 часов не приводит к дальнейшему улучшению свойств покрытия. Пример. Проводили плазменное нанесение биосовместимых покрытий на образцы из сплава 64. Покрытия наносили, используя установку плазменного напыления фирмы Плазма-Техник АГ. Для нанесения подслоя по прототипу и предлагаемому изобретению использовали порошок титана. Режим нанесения подслоя мощность плазменной струи - 25 кВт, расходы плазмообразующих газов - 30 л/мин(аргон) и 3 л/мин (водород), расход транспортирующего газа - 2,5 л/мин, дистанция напыления - 120 мм. Расход порошка - 4 г/мин. Для нанесения переходного слоя использовали - по прототипу - смесь порошков оксида алюминия и гидроксиапатита, с размером частиц от 40 до 80 мкм, а по предлагаемому изобретению композиционный порошок, содержащий гидроксиапатит и керамический материал (оксид алюминия), при содержании гидроксиапатита от 10 до 90 масси размером зерен керамического материала и гидроксиапатита в частицах композиционного порошка 60-100 нанометров. Режим нанесения переходного слоя мощность плазменной струи - 30 кВт, расходы плазмообразующих газов - 30 л/мин (аргон) и 4 л/мин (водород), расход транспортирующего газа - 3 л/мин, дистанция напыления - 150 мм. Расход порошка - 5 г/мин. Для нанесения наружного слоя как в прототипе, так и в предлагаемом изобретении использовали порошок гидроксиапатита. Режим нанесения наружного слоя мощность плазменной струи - 30 кВт, расходы плазмообразующих газов - 30 л/мин (аргон) и 4 л/мин (водород), расход транспортирующего газа - 3 л/мин, дистанция напыления - 150 мм. Расход порошка - 5 г/мин. Пористость покрытий (переходного и наружного слоев) определялась металлографическим методом на поперечных шлифах покрытий. Фазовый состав определяли методом рентгеноструктурного анализа. Количественное содержание фаз и равномерность их распределения определяли на электронном микроскопе для микрорентгеноструктурного анализа при увеличениях от 5000 до 20000 раз. Количественные оценки пористости и процентного содержания фаз определялись по пяти измерениям и даны в диапазоне от минимального до максимального значения. Сравнительные данные свойств покрытий, полученных по прототипу и предлагаемому изобретению, приведены в таблице. 1 Прототип Нанесение подслоя из порошка титана,нанесение переходного слоя из смеси порошков оксида алюминия и гидроксиапатита, нанесение наружного слоя из гидроксиапатита Предлагаемое изобретение 2 Нанесение подслоя из порошка титана,нанесение переходного слоя из композиционного порошка, содержащего гидроксиапатит и керамический материал,при содержании гидрокси-апатита в композиционном порошке - 10 , размер зерен в частице - 60 нанометров,выдержка порошков для переходного и наружного слоев при 1200 С в течение 2 часов, термообработка покрытия при температуре 600 С в течение 1 час. 3 Нанесение подслоя из порошка титана,нанесение переходного слоя из композиционного порошка, содержащего гидроксиапатит и керамический материал,при содержании гидрокси-апатита в композиционном порошке - 50 , размер зерен в частице - 80 нанометров,выдержка порошков для переходного и наружного слоев при 1250 С в течение 2,5 часов, термообработка покрытия при температуре 700 С в течение 1,5 час. 4 Нанесение подслоя из порошка титана,нанесение переходного слоя из композиционного порошка, содержащего гидроксиапатит и керамический материал,при содержании гидрокси-апатита в композиционном порошке - 90 , размер зерен в частице - 100 нанометров,выдержка порошков для переходного и наружного слоев при 1300 С в течение 3 часов, термообработка покрытия при температуре 800 С в течение 2 час. Таблица Равномерность распреФазовый состав гидроксиаделения фаз гидроксиаПористость,патита патита переходно- наружно- переходного наружного переход- наружного го слоя го слоя слоя слоя ного слоя слоя 6,0-7,0 7,0-8,0 Аморфная фа- Аморфная неравно- неравномерза - 13,0-15,0 мерное ное фаза- 4,0-5,0 15,0-17,0 Са 34 - 4,0-- 5,0-6,0 Са 34 - 5,05,0 6,0 2,5-3,0 Аморфная Аморфная равно- равномерное фаза фаза мерное 3,0-4,0- 5,0-6,02,0-3,0 Государственный патентный комитет Республики Беларусь. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66. 4

МПК / Метки

МПК: C23C 4/10, C23C 4/18

Метки: биосовместимых, плазменного, покрытий, нанесения, способ

Код ссылки

<a href="http://bypatents.com/4-2756-sposob-plazmennogo-naneseniya-biosovmestimyh-pokrytijj.html" rel="bookmark" title="База патентов Беларуси">Способ плазменного нанесения биосовместимых покрытий</a>

Похожие патенты