[go: up one dir, main page]

RU2634394C1 - Способ изготовления мишени из гидроксиапатита для ионно-плазменного напыления покрытий - Google Patents

Способ изготовления мишени из гидроксиапатита для ионно-плазменного напыления покрытий Download PDF

Info

Publication number
RU2634394C1
RU2634394C1 RU2016121475A RU2016121475A RU2634394C1 RU 2634394 C1 RU2634394 C1 RU 2634394C1 RU 2016121475 A RU2016121475 A RU 2016121475A RU 2016121475 A RU2016121475 A RU 2016121475A RU 2634394 C1 RU2634394 C1 RU 2634394C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
hydroxyapatite
pressing
mpa
hours
powder
Prior art date
Application number
RU2016121475A
Other languages
English (en)
Inventor
Сергей Иванович Твердохлебов
Валерий Матвеевич Погребенков
Татьяна Леонидовна Волокитина
Евгений Викторович Шестериков
Виктория Валерьевна Горбатенко
Original Assignee
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" filed Critical Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет"
Priority to RU2016121475A priority Critical patent/RU2634394C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2634394C1 publication Critical patent/RU2634394C1/ru

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/447Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on phosphates, e.g. hydroxyapatite
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material

Landscapes

  • Materials For Medical Uses (AREA)

Abstract

Изобретение относится к способу изготовления мишени из гидроксиапатита для ионно-плазменного напыления покрытий и может быть использовано для напыления кальций-фосфатных покрытий на поверхность медицинских имплантатов. Способ включает использование порошка синтетического гидроксиапатита или натурального гидроксиапатита или смесь синтетического и натурального гидроксиапатита с размером частиц менее 60 мкм. Добавляют пластификатор - 10%-ный раствор поливинилового спирта в количестве 6-8% от массы порошка. Увлажненную пластифицированную массу выдерживают в закрытой емкости в течение от 20 до 24 часов при комнатной температуре. Формуют брикеты при давлении не менее 50 МПа, затем брикеты измельчают до размера гранул менее 2 мм, полученные гранулы подвергают одноосному двухстороннему прессованию сначала при давлении от 25 до 30 МПа. Предварительное прессование прекращают и проводят окончательное прессование при давлении от 60 до 80 МПа. Полученную прессовку высушивают в течение 24 часов при температуре 70°C. Помещают ее на подложку с подсыпкой из порошка используемого гидроксиапатита, обжигают в воздушной среде со скоростью нагрева 50°C в час до температуры от 1000 до 1100°C и выдерживают при конечной температуре в течение 2 часов. Технический результат: полученная мишень характеризуется гомогенным составом без примесей, отсутствием перепрессовочных трещин, обладает небольшой огневой усадкой, оптимальными пористостью, прочностью на сжатие и прочностью при изгибе. 3 пр., 1 табл.

Description

Изобретение относится к области формованных керамических изделий на основе фосфатов и может быть использовано для изготовления мишеней из гидроксиапатита для ионно-плазменного напыления кальций-фосфатных покрытий на поверхность медицинских имплантатов.
Известен способ изготовления мишени для получения покрытий [RU 2305717 C2, C23C 14/36 (2006.01), B22F 3/105 (2006.01), опубл. 10.09.2007], заключающийся в том, что формуют по крайней мере три таблетки, образующие рабочий распыляемый, промежуточный и инициирующий слои, из по крайней мере трех порошковых смесей, имеющих экзотермические составы, способные к химическому взаимодействию в режиме самораспространяющегося высокотемпературного синтеза после локального теплового инициирования. Послойно размещают на профилированной металлической пластине через слой шихты металлического припоя таблетки промежуточного слоя, рабочего распыляемого слоя и инициирующего слоя. Запускают процесс самораспространяющегося высокотемпературного синтеза в инициирующем слое и расплавляют под его действием металлический припой и металлический наполнитель, входящий в состав порошковой смеси по крайней мере одного из слоев. Создают давление на слои путем прессования через 2-10 с после завершения процесса самораспространяющегося высокотемпературного синтеза с последующим поддержанием давления не менее 5 с, в результате чего соединяют образованный рабочий распыляемый слой и промежуточный слой с профилированной металлической пластиной через слой металлического припоя, затем удаляют инициирующий слой. В результате процесса самораспространяющегося высокотемпературного синтеза получают рабочий распыляемый слой, содержащий скелетную пористую структуру из материала, включающего карбид, и/или нитрид, и/или карбонитрид, и/или борид, и/или силицид переходного металла IV-VI групп, и/или оксид кальция, и/или фосфат кальция, и/или оксид циркония, и/или гидроксиапатит или их смесь, и металлический наполнитель, заполняющий поры внутри скелетной пористой структуры. Прессование осуществляют путем прямого прессования в штампе или пресс-форме или квазиизотропного прессования со средой, передающей давление, или прессования валком.
Этот способ не обеспечивает создание мишени из чистого материала - гидроксиапатита, так как гидроксиапатит без добавок металла в составе шихты не способен самостоятельно поддерживать самораспространяющийся высокотемпературный синтез. Мишени, полученные этим способом, состоят из трех слоев, что усложняет процесс изготовления мишени.
Известен способ изготовления мишени из синтетического гидроксиапатита с дисперсностью частиц до 80 нм для получения покрытий ионно-плазменными методами по следующей процедуре. Прессование порошка синтетического гидроксиапатита осуществляют при давлении 70 МПа, а затем обжигают полученную прессовку при температуре 1100°C в течение 1 часа на воздухе [Аронов A.M., Пичугин В.Ф., Ешенко Е.В., Рябцева М.А., Сурменев Р.А., Твердохлебов С.И., Шестериков Е.В. Тонкие кальций-фосфатные покрытия, полученные методом высокочастотного магнетронного распыления и перспективы их применения в медицинской технике // Медицинская техника. - 2008. - Т. 3. - С. 18-22].
Известен способ изготовления мишени из гидроксиапатита для нанесения покрытий на различных подложках методом высокочастотного магнетронного распыления [Иевлев В.М., Домашевская Э.П., Терехов В.А., Кашкаров В.М., Вахтель В.М., Третьяков Ю.Д., Путляев В.И., Баринов С.М., Смирнов В.В., Белоногов Е.К., Костюченко А.В. Синтез нанокристаллических пленок гидроксиапатита // Конденсированные среды и межфазные границы. - 2007. - Т. 9. - №3. - С. 209-215], выбранный в качестве прототипа. Для изготовления мишени используют гидроксиапатит, синтезированный осаждением из водных растворов соответствующих солей, добавляют пластификатор и добавку, интенсифицирующие процесс уплотнения. Производят одноосное прессование под давлением 150 МПа. Для удаления пластификатора из массы прессовки осуществляют предварительный нагрев, а затем окончательный обжиг при 900°C и выдерживают при конечной температуре в течение 2 часов.
Способам изготовления мишеней из тонкодисперсных нанопорошков синтетического гидроксиапатита, указанным выше, свойственно затрудненное удаление воздуха из прессовки в процессе прессования мишени толщиной более 4 мм, что, как правило, приводит к образованию перепрессовочных трещин и усадке более 10%.
Задачей изобретения является изготовление твердотельной мишени из гидроксиапатита для напыления покрытий вакуумными ионно-плазменными методами.
В предложенном способе изготовления мишени из гидроксиапатита для ионно-плазменного напыления покрытий так же, как в прототипе, используют порошок синтетического гидроксиапатита с добавлением пластификатора, производят одноосное прессование, предварительный нагрев для удаления пластификатора, окончательный обжиг с выдержкой при конечной температуре в течение 2 часов.
Согласно изобретению, используют порошок или синтетического, или натурального гидроксиапатита или смесь синтетического и натурального гидроксиапатита с размером частиц менее 60 мкм. В качестве пластификатора используют 10%-ный раствор поливинилового спирта в количестве 6-8% от массы порошка. Увлажненную пластифицированную массу выдерживают в закрытой емкости в течение от 20 до 24 часов при комнатной температуре. Формуют брикеты при давлении не менее 50 МПа, которые затем измельчают до размера гранул менее 2 мм. Полученные гранулы подвергают одноосному двухстороннему прессованию при давлении от 25 до 30 МПа. Затем предварительное прессование прекращают и проводят окончательное прессование при давлении от 60 до 80 МПа. Полученную прессовку высушивают в течение 24 часов при температуре 70°C и помещают на подложку с подсыпкой из порошка используемого гидроксиапатита. Затем прессовку обжигают в воздушной среде со скоростью нагрева 50°C в час до температуры от 1000 до 1100°C.
Использование гидроксиапатита крупнее 60 мкм затрудняет процесс спекания.
Использование пластификатора - раствора 10%-ного поливинилового спирта в количестве менее 6 мас. % от массы порошка не обеспечивает достаточную прочность прессовки, а увеличение количества пластификатора свыше 8 мас. % приводит к выдавливанию жидкой фазы и ухудшению качества прессовки.
Выдержка увлажненной пластифицированной массы в закрытой емкости обеспечивает равномерное распределение раствора пластификатора по объему увлажненного порошка. При этом выдержка менее 20 часов при комнатной температуре недостаточна для усреднения свойств массы. При выдержке до 24 часов достигается требуемое качество пластифицированной массы.
Формирование брикетов и последующее их измельчение для получения гранул повышает технологичность процесса прессования и уменьшает риск возникновения перепрессовочных трещин. В процессе брикетирования происходит уплотнение тонкодисперсного порошка и уменьшение количества газовой фазы, вызывающей перепрессовку. Давление брикетирования не менее 50 МПа обеспечивает получение плотных гранул.
Гранулы размером не крупнее 2 мм обладают хорошей текучестью, что позволяет равномерно заполнять объем пресс-формы.
Предварительное прессование в процессе изготовления мишени обеспечивает удаление большей части воздуха, находящегося в пространстве между гранулами прессовки, причем при давлении свыше 30 МПа образуются замкнутые поры, из которых затруднен выход сжатого воздуха, а при давлении менее 25 МПа прессование не обеспечивает требуемую плотность прессовки.
Окончательное прессование при давлении менее 60 МПа не обеспечивает достаточную плотность и прочность прессовки. Давление свыше 80 МПа не приводит к значительному уплотнению прессовки, но повышает риск появления перепрессовочных трещин.
Предварительный нагрев для удаления пластификатора в течение 24 часов при температуре 70°C позволяет избежать растрескивания прессовки за счет отсутствия большого количества испаряющейся влаги. Чтобы не происходило прилипание прессовки к подложке в процессе обжига осуществляют подсыпку из порошка используемого гидроксиапатита, что позволяет не загрязнять прессовку и избежать растрескивания при усадке прессовки.
Температура окончательного обжига в воздушной среде менее 1000°C не достаточна для приобретения мишенью необходимой механической прочности, а обжиг при температуре свыше 1100°C не приводит к улучшению качества мишени. Время выдержки при конечной температуре 2 часа достаточно для завершения процесса спекания.
Таким образом, предложенный способ, по сравнению с прототипом, позволяет изготовить твердотельную мишень из гидроксиапатита для напыления покрытий вакуумными ионно-плазменными методами, характеризуемую гомогенным составом без примесей, отсутствием перепрессовочных трещин, небольшой огневой усадкой от 6,4 до 7,2% за счет двухстадийного прессования и обжига, с пористостью от 15,2 до 16,6%, прочностью на сжатие от 40,8 до 52,3 МПа, прочностью при изгибе от 14,2 до 16,2 МПа.
В таблице 1 представлены режимы изготовления и свойства готовых мишеней.
Пример 1. Порошок синтетического гидроксиапатита Ca10(PO4)6(OH)2 с размером частиц менее 60 мкм, полученный механохимическим синтезом [Чайкина М.В., Булина Н.В., Просанов И.Ю., Ищенко А.В., Медведко О.В., Аронов A.M. Механохимический синтез гидроксилапатита с SiO4 4- замещениями // Химия в интересах устойчивого развития. - 2012. - Т. 20. - №4. - С. 477-489], насыпали в фарфоровую чашку, добавили 10%-ный раствор поливинилового спирта в количестве 6% от массы порошка гидроксиапатита и перемешали. Полученную увлажненную пластифицированную массу выдержали в закрытом эксикаторе в течение 24 часов при комнатной температуре. Из полученной массы прессовали брикеты в форме из оргстекла диаметром 50 мм и высотой 30 мм с помощью гидравлического пресса МИРИ-100 при давлении 60 МПа. Затем брикеты измельчили в фарфоровой ступке. Полученные гранулы просеяли через сито с размером ячейки 2 мм. Гранулы размером менее 2 мм засыпали в пресс-форму диаметром 161,6 мм и высотой 30 мм на 2/3 ее объема и произвели одноосное двухстороннее прессование с помощью гидравлического пресса МИРИ-100 сначала при давлении 25 МПа в течение 7 секунд. После этого для выхода воздуха из массы предварительное прессование прекратили. Снова произвели прессование при окончательном давлении 80 МПа в течение 10 секунд. После прессования прессовку вынули из пресс-формы и высушили в течение 24 часов при температуре 70°C в сушильном шкафу. Высушенную прессовку положили на корундовую подложку с подсыпкой из используемого порошка гидроксиапатита и обожгли в электрической печи ТК.98-1400.3Ф с карбидкремниевыми нагревателями в воздушной среде со скоростью нагрева 50°C в час до температуры 1000°C и выдержкой при конечной температуре 2 часа. Таким образом, была получена мишень в форме диска диаметром 150 мм и высотой 10 мм.
Другие примеры изготовления мишеней и свойства готовых мишеней из гидроксиапатита различной природы приведены в таблице 1.
В примере 2 в качестве материала для изготовления мишени использован натуральный гидроксиапатит, полученный из обожженных при 950°C костей крупного рогатого скота.
В примере 3 для изготовления мишени использована смесь синтетического гидроксиапатита и натурального гидроксиапатита (из костей крупного рогатого скота) в равном соотношении.
Figure 00000001

Claims (1)

  1. Способ изготовления мишени из гидроксиапатита для ионно-плазменного напыления покрытий, включающий использование порошка гидроксиапатита, добавление пластификатора, одноосное прессование, предварительный нагрев для удаления пластификатора и окончательный обжиг с выдержкой при конечной температуре в течение 2 часов, отличающийся тем, что в качестве порошка гидроксиапатита используют натуральный гидроксиапатит или смесь синтетического и натурального гидроксиапатита с размером частиц менее 60 мкм, а в качестве пластификатора используют 10%-ный раствор поливинилового спирта в количестве 6-8% от массы порошка гидроксиапатита, при этом увлажненную пластифицированную массу выдерживают в закрытой емкости в течение от 20 до 24 часов при комнатной температуре, формуют брикеты при давлении не менее 50 МПа, затем брикеты измельчают до размера гранул менее 2 мм, полученные гранулы подвергают одноосному двухстороннему прессованию сначала при давлении от 25 до 30 МПа, затем предварительное прессование прекращают и проводят окончательное прессование при давлении от 60 до 80 МПа, после чего полученную прессовку высушивают в течение 24 часов при температуре 70°C, потом помещают на подложку с подсыпкой из порошка используемого гидроксиапатита, обжигают в воздушной среде со скоростью нагрева 50°C в час до температуры от 1000 до 1100°C.
RU2016121475A 2016-05-31 2016-05-31 Способ изготовления мишени из гидроксиапатита для ионно-плазменного напыления покрытий RU2634394C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016121475A RU2634394C1 (ru) 2016-05-31 2016-05-31 Способ изготовления мишени из гидроксиапатита для ионно-плазменного напыления покрытий

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016121475A RU2634394C1 (ru) 2016-05-31 2016-05-31 Способ изготовления мишени из гидроксиапатита для ионно-плазменного напыления покрытий

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2634394C1 true RU2634394C1 (ru) 2017-10-26

Family

ID=60153938

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016121475A RU2634394C1 (ru) 2016-05-31 2016-05-31 Способ изготовления мишени из гидроксиапатита для ионно-плазменного напыления покрытий

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2634394C1 (ru)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0339468A (ja) * 1989-07-06 1991-02-20 Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd ハイドロキシアパタイト質ターゲット
CN1487117A (zh) * 2002-12-26 2004-04-07 天津理工学院 一种钛合金表面共溅射沉积羟基磷灰石(HA)/钛(Ti)梯度生物活性层的方法及其制品
RU2003105281A (ru) * 2000-07-25 2004-08-27 Ск Менеджмент Аб Способ изготовления керамического изделия путем коалесценции и изготовленное керамическое изделие
RU2458707C1 (ru) * 2011-03-17 2012-08-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Саратовский государственный технический университет" (СГТУ) Способ изготовления внутрикостного стоматологического имплантата с ионно-лучевой модификацией плазмонапыленного многослойного биоактивного покрытия
RU2459686C2 (ru) * 2010-07-15 2012-08-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Самарский государственный технический университет Способ получения пористых биосовместимых материалов на основе никелида титана

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0339468A (ja) * 1989-07-06 1991-02-20 Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd ハイドロキシアパタイト質ターゲット
RU2003105281A (ru) * 2000-07-25 2004-08-27 Ск Менеджмент Аб Способ изготовления керамического изделия путем коалесценции и изготовленное керамическое изделие
CN1487117A (zh) * 2002-12-26 2004-04-07 天津理工学院 一种钛合金表面共溅射沉积羟基磷灰石(HA)/钛(Ti)梯度生物活性层的方法及其制品
RU2459686C2 (ru) * 2010-07-15 2012-08-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Самарский государственный технический университет Способ получения пористых биосовместимых материалов на основе никелида титана
RU2458707C1 (ru) * 2011-03-17 2012-08-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Саратовский государственный технический университет" (СГТУ) Способ изготовления внутрикостного стоматологического имплантата с ионно-лучевой модификацией плазмонапыленного многослойного биоактивного покрытия

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Иевлев В.М., Домашевская Э.П., Терехов В.А., Кашкаров В.М., Вахтель В.М., Третьяков Ю.Д., Путляев В.И. и др. "Синтез нанокристаллических пленок гидроксиапатита // Конденсированные среды и межфазные границы", 2007, т. 9. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101862226B (zh) 氧化锆陶瓷义齿坯体的制作方法
CN101648807A (zh) 锆钛酸钡钙基压电陶瓷及其制备方法
CN105272229B (zh) 含烧绿石相锆酸钆粉体的陶瓷及其制备方法
JP2608721B2 (ja) リン酸カルシウム系材料の製造方法
CN104276816A (zh) 喷雾沉积成型制备钠电池电解质隔膜的方法
CN112919907A (zh) 一种储能效率加强高储能无铅铁电陶瓷材料及其制备方法
CN105561386B (zh) 一种多孔羟基磷灰石/焦磷酸钙复合骨修复材料的制备方法
CN104003751A (zh) 表面多孔碳化硅材料及其制备方法
CN103864419B (zh) 一种高致密锆酸钡陶瓷的制备方法
CN108264364A (zh) 一种钛涂覆氧化钙材料及其制备方法
RU2634394C1 (ru) Способ изготовления мишени из гидроксиапатита для ионно-плазменного напыления покрытий
JP2012126618A (ja) 導電性マイエナイト化合物の製造方法
Xu et al. Physicochemical differences after densifying radio frequency plasma sprayed hydroxyapatite powders using spark plasma and conventional sintering techniques
RU2585291C1 (ru) Способ получения пористого керамического биоматериала на основе диоксида циркония
CN105218081B (zh) 一种以非金属硼化物为烧结助剂硅酸钙生物陶瓷的制备方法
US9675459B2 (en) Method for manufacturing bone implants and bone implant
CN109665847A (zh) 一种全致密碳化硼陶瓷复合材料及制备方法
JPWO2016017605A1 (ja) 酸化物焼結体
US11600856B2 (en) Solution-assisted densification of NaSICON ceramics
JP2010137040A (ja) 芳香族炭化水素の残留量が低いリン酸カルシウム多孔体
JP4017220B2 (ja) スパッタリング用BaxSr1−xTiO3−yターゲット材
RU2491252C2 (ru) Способ изготовления мишени на основе оксида цинка
JP2007223899A (ja) スパッタリング用BaxSr1−xTiO3−yターゲット材の製造方法
JPS6346167A (ja) 多孔質体の製造方法
CN115417667B (zh) 一种Nd2O3掺杂型Na-β(β″)-Al2O3固体电解质陶瓷材料及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20190601