NiTi合金表面镀类金刚石薄膜的生物摩擦学性能研究

用脉冲电弧离子镀在镍钛合金基底上沉积了无氢类金刚石(DLC)薄膜,研究和评价了镀膜样片的体外生物摩擦学特性.结果表明,在干摩擦及润滑条件下,DLC薄膜的体积磨损率仅为NiTi合金的3%～7%,有很好的抗磨损能力.DLC薄膜的减摩效果也很明显,干摩擦条件下最大,达到80%以上,润滑条件下也都达到了70%以上.     

NiTi合金生物医用材料表面改性的研究进展

NiTi形状记忆合金作为重要的生物医用材料已经获得了广泛的应用,但Ni离子在人体环境中的释放引起了人们的忧虑.系统介绍了近年来表面改性提高NiTi合金生物相容性的主要方法、技术特点和优势.在众多的研究方法中,热氧化和自组装方法因具有工艺简单、成本低等优点而最具工业应用前景.有关NiTi合金表面涂层与细胞和血液的相互作用机理的研究亟待加强,微观方面应重视基因水平的评价,宏观方面应加强活体植入的研究.研究机构应与产业界密切配合,进一步推动相关涂层的产业化进程.     

NiTi合金生物医用材料表面改性的研究进展

NiTi合金由于其形状记忆效应、超弹性和低模量等优良性能在生物医学领域得到广泛应用。然而,在生理环境中镍离子释放会诱发毒性和炎性反应,因此需要对其进行表面改性。从表面氧化、表面涂层和表面接枝大分子等方面综述了近年来国内外NiTi合金表面改性的研究进展,评述了各种表面改性技术的优势和缺陷,指明了NiTi合金表面改性的未来发展趋势。     

NiTi合金表面低温等离子体接枝类PEG研究

众所周知表面接枝类聚乙二醇(PEG)可以改善材料的生物相容性.本文研究了氧/二(乙二醇)甲醚低温等离子体条件下NiTi合金表面接枝PEG结构及其性质.经X射线光电子能谱(XPS)、衰减全反射红外光谱(ATR-FTIR)、扫描电镜(SEM)和水接触角的分析和表征,证实沉积的涂层为类PEG结构,表面主要聚集大量(-CH2-CH2-O)n键;与改性前相比,接枝后的NiTi合金亲水性有较大提高.     

TiNi合金表面沉积类金刚石薄膜的性能评价

类金刚石膜作为新型的生物材料得到了广泛的关注。本实验制备的薄膜为典型的类金刚石膜,膜层比较致密、均匀和光滑。膜层硬度随离子束能量变化,在束电源为750V附近出现峰值,硬度达到了15GPa,该膜的摩擦系数为0.124。在Troyde’s模拟体液中的电化学分析表明,类金刚石膜显著提高了TiNi合金表面抗点蚀能力。     

Si过渡层对梯度影响类金刚石薄膜结合力的影响研究

实验利用双放电腔微波-ECR等离子体源设备,采用复合PVD（physical vapor deposition）和PECVD（plasma enhanced chemical vapor deposition）的方法, 先后在NiTi基体上沉积Si和Si/α-C∶H过渡层,然后制备类金刚石薄膜.Raman光谱和透射电镜表明制备的梯度薄膜是典型的类金刚石薄膜,划痕的测试结果表明, Si过渡层沉积时间影响着梯度类金刚石薄膜与NiTi合金基体之间的结合强度,当沉积时间在60min左右时可获得具有最好结合强度的梯度薄膜,而超过或低于这个时间值会导致膜基结合强度降低.     

电化学抛光NiTi合金表面性能的研究

提出了一种改进的电化学抛光液（冰醋酸．高氨酸-A-B），并采用此抛光工艺对NiTi合金伍．50．8％（原子分数）Ni）进行电化学抛光．与机械抛光作对比，研究了两种抛光技术对合金表面光洁度的影响，并利用电化学方法研究了抛光技术对合金在Hanks’溶液中腐蚀性能的影响．研究结果表明，此工艺下的电化学抛光有效降低了NiTi合金的表面粗糙度，光亮度近似镜面状态．与机械抛光相比，电化学抛光更好地提高了NiTi合金在Hanks’溶液中的耐腐蚀性能。     

脉冲多弧离子镀制备类金刚石薄膜的特性

利用脉冲多弧离子镀技术在硅基底上沉积出非晶的类金刚石薄膜。薄膜的折射率为 2 8左右 ;沉积速率与主回路电压以及脉冲频率有关 ;膜层致密 ,但薄膜表面不光滑 ;薄膜电阻率接近 1× 10 10 Ω·cm数量级 ;薄膜的硬度及附着力与基底温度、主回路电压以及脉冲频率密切相关 ;薄膜中存在强的内应力 ,内应力是影响膜层附着力的主要因素。     

涤纶材料表面类金刚石薄膜的沉积及其抗菌性能研究

采用乙炔等离子体浸没离子注入与沉积(PIII-D)，对医用涤纶(PET)缝合环材料进行表面改性，Raman光谱、X射线光电子能谱(XPS)和衰减全反射傅立叶变换红外光谱(ATR-FTIR)的分析结果表明：在涤纶材料表面有效地沉积了一层类金刚石(DLC)薄膜。原子力显微镜(AFM)的图像分析进一步证明表面平均粗糙度从58．9nm降低到11．2mm。细菌粘附实验结果证明沉积了类金刚石薄膜的表面对5种细菌——金黄色葡萄球菌(SA)、表皮葡萄球菌(SE)、大肠杆菌(EC)、绿浓杆菌(PA)和白色念殊菌(CA)的粘附均有明显抑制作用，其中从培养时间为15h的吸附情况比较来看，金黄色葡萄球菌的粘附率降低了70％．表皮葡萄球菌降低了86%。     

基体温度对中频脉冲非平衡磁控溅射技术沉积类金刚石薄膜结构与性能的影响

利用中频脉冲非平衡磁控溅射技术在不同的基体温度下制备了类金刚石(DLC)薄膜,采用Raman光谱、X射线光电子能谱(XPS)、纳米压痕测试仪、椭偏仪对所制备DLC薄膜的微观结构、机械性能、光学性能进行了分析。Raman光谱和XPS结果表明,当基体温度由50℃增加到100℃时,DLC薄膜中的sp3杂化键的含量随基体温度的升高而增加,当基体温度超过100℃时,DLC薄膜中的sp3杂化键的含量随基体温度的升高而减少。纳米压痕测试表明,DLC薄膜的纳米硬度随基体温度的增加先增加而后减小,基体温度为100℃时制备的薄膜的纳米硬度最大。椭偏仪测试表明,类金刚石薄膜的折射率同样随基体温度的增加先增加而后减小,基体温度为100℃时制备的薄膜的折射率最大。以上结果说明基体温度对DLC薄膜中的sp3杂化键的含量有很大的影响,DLC薄膜的纳米硬度、折射率随薄膜中的sp3杂化键的含量的变化而变化。     

激光热处理对类金刚石薄膜结构的影响

用真空阴极过滤电弧法沉积了厚度为2 nm的类金刚石(DLC)薄膜,研究了激光加热退火时薄膜结构和表面粗糙度的变化,分析了激光加热功率对薄膜结构的影响。结果表明,当激光功率小于200 mW时,DLC薄膜的结构基本保持不变;激光功率增大到300 mW,薄膜中少量的sp3键转变为sp2键,但薄膜的表面形貌基本保持不变。随着激光功率增大到400mW,薄膜中sp3键向sp2键的转变量增大;当激光功率达到500 mW时,薄膜中大量的sp3键转变为sp2键,sp2六原子环含量迅速增大,薄膜表面粗糙度开始明显增大,出现凹凸不平的表面形貌。     

类金刚石薄膜对纯钛的磨损保护及安全性评价

评价了以TiN为过渡层的类金刚石（DLC）复合梯度膜对齿科纯钛（TA2）的磨损防护效果以及生物安全性。采用脉冲真空多弧等离子体镀膜机,在齿科纯钛表面镀制TiN梯度膜和DLC表面膜。在体外对比检测镀膜的耐磨损能力和与纯钛的结合力,同时观察检测磨损后的表面形貌和元素分布。应用MTT法评价其生物相容性。结果表明,DLC薄膜的耐磨损能力以及与纯钛的结合力明显高于其余表面处理方法,表面形貌改变小。细胞毒性实验表明,DLC膜表面的L-929细胞增值良好。复合梯度膜的应用,可以明显提高DLC镀膜与纯钛基体的结合力。耐磨试验表明,DLC复合梯度膜可以承受日常口腔刷牙的磨耗,安全可靠,可以应用于人体。     

无氢类金刚石碳膜的研究进展

介绍了无氢类金刚石碳膜的制备方法 ,它们的机械、光学、电学性能 ,将无氢与含氢的类金刚石碳膜进行了简单比较 ,总结及探讨了它们的应用     

类金刚石薄膜的反应离子刻蚀

为了刻蚀出图形完整、侧壁陡直、失真度小、独立的类金刚石薄膜微器件,反应离子刻蚀是一种有效地刻蚀方法。研究了氧气与氩气的混合气体进行类金刚石薄膜刻蚀的主要工艺参数(刻蚀时间、有无掩膜、氩氧体积混合比、负偏压)。研究结果表明:在相同条件下,刻蚀速率随刻蚀时间变化不大;有无掩膜对刻蚀速率无明显影响;流量一定时,刻蚀速率随氩氧体积比的增大而降低,随负偏压的增大先增大后减小。实验得到最佳刻蚀条件,在此条件下,刻蚀出图形完整、侧壁陡直、失真度小的微器件,并成功制备出"独立"的微齿轮,进行了组装。     

DBD等离子体合成类金刚石薄膜及其性能表征

利用一种新颖的高气压介质阻挡放电(DBD)等离子体下游区装置,以CH4、H2和Ar气体分别作为碳源与稀释气体,成功地进行了快速合成类金刚石薄膜的探索.实验分别研究了不同气体比例条件下类金刚石薄膜的生长情况.并对所合成的薄膜分别进行了水接触角、表面粗糙度、红外光谱和Raman光谱测试分析.结果表明,在放电等离子体下游区能够快速沉积特征峰明显的类金刚石薄膜,充分体现了高气压介质阻挡放电在材料合成方面的优势.     

类金刚石薄膜的表面纳米划擦性能评价

用射频等离子体增强化学气相沉积在钛合金表面制备了类金刚石薄膜,利用纳米压入仪及其附件研究了薄膜与纳米划擦有关的力学性能．结果表明：随薄膜厚度的增加,其硬度略有增加,但增幅较小,弹性模量没有明显的相应规律;薄膜在划擦过程中,随载荷增加,先后经历薄膜变形、薄膜与基体共同变形及薄膜剥离三个阶段;在薄膜变形阶段,划擦对薄膜的损害较小;当压头进入薄膜一定深度后,划擦后薄膜与基体的变形不同步,造成薄膜沿划痕向两边形成整齐排列的小裂纹,呈鱼骨状;达到临界载荷值时,薄膜在界面处发生脆性剥落;随膜厚增加,薄膜的临界载荷增大,因其残余应力的相应增大而发生大面积脆性剥落．     

锗掺杂类金刚石薄膜特性研究

为了降低类金刚石(DLC)薄膜的应力,使用脉冲真空电弧离子镀(PVAD)和电子束热蒸发相结合的复合沉积技术,在Si基底上制备了一系列不同锗含量(原子百分比)的Ge-DLC薄膜样片,研究了锗含量对DLC薄膜光学特性和力学特性的影响。研究结果表明:在1~5μm波段,当锗掺杂含量小于25%时,对DLC薄膜光学常数的影响不大;随着Ge含量的增加,DLC薄膜的折射率和消光系数都略微增大。随着DLC薄膜中Ge含量的增加,薄膜的内应力和硬度均有所降低。当DLC薄膜中Ge含量约为8%时,Ge-DLC薄膜的内应力从6.3降至3.0 GPa,而硬度仅从3875减小为3640 kgf/mm2,几乎保持不变。硅基底上单面沉积Ge的含量为8%的DLC薄膜在红外3~5μm波段的透过率峰值约为63.15%。     

掺氮类金刚石薄膜的制备与性能研究

利用空心阴极放电在玻璃基底表面沉积掺氮类金刚石(DLc)薄膜.拉曼光谱(Raman)分析表明,所制备的碳膜具有典型的类金刚石结构.扫描电镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)分析了薄膜表面形貌和粗糙度;利用摩擦磨损仪测量膜的摩擦磨损性能.结果表明,氮的掺入使得薄膜中颗粒致密平整,改变了薄膜的表面微观形貌,进而改善了薄膜的摩擦磨损性能.     

WC/DLC纳米多层膜微观结构研究

阳极层流型气体离子源与非平衡磁控溅射复合技术沉积制备WC/DLC纳米多层膜,并在膜/基间设计了中间过渡层.用扫描电镜、拉曼光谱仪、光电子能谱仪、X衍射仪、透射电镜、干涉显微镜等,对WC/DLC纳米多层膜的微观形貌结构进行分析研究.结果表明:沉积的WC/DLC膜层表面致密、光滑细腻;多层调制周期在3～4 nn,多层界面不清晰,形成渐变过渡界面.WC/DLC膜中主要是sp2键中掺杂有一定量的sp3键,WC则以纳米晶结构弥散分布在DLC之中.