CZ419498A3 - Způsob výroby titano-keramického adhezivního kompozitního systému - Google Patents

Description

- “V

Způsob výroby titáno-keramického adhezivního kompozitního systému

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu výroby titano-keramického adhezivního kompozitního systému a titano-keramického adhezivního kompozitního systému tímto způsobem vyrobeného.

Dosavadní stav techniky

Je známo použití titanu nebo titanových slitin jako materiálu pro průmyslové výrobky, které musí mít vysokou pevnost a nízkou hmotnost. Proto se jej používá v automobilovém průmyslu a v letecké a kosmické dopravě, např. pro motory a hnací jednotky. Titan, zejména při zvýšené teplotě na vzduchu, vytváří povlak s pevně ulpívající, tvrdou, křehkou oxidovou vrstvou. Oxidová vrstva účinkem difúze kyslíku ztěžuje aplikaci jiných látek na titanový povrch, zejména při výrobě titano-keramického adhezivního kompozitního systému. Vzhledem k nízkému koeficientu teplotní roztažnosti titanu vede plátování titanových součástí keramickými materiály nejen k praskání, ale také k velkoplošnému odlupování keramické vrstvy.

Tyto problémy budou nyní diskutovány detailněji s ohledem na vývoj v oblasti použití titano-keramických adhezivních kompozitních systémů v zubní technice.

Je známo nahrazovat drahé slitiny obsahující ušlechtilé kovy pro zubní protézy slitinami se sníženým • · obsahem zlata, slitinami na bázi paladia nebo slitinami prostými ušlechtilých kovů.

Vzhledem k narůstající povědomosti pacientů o alergických účincích dentálních materiálů a k častým alergickým reakcím pacientů po zabudování dentálních protéz vyvstala potřeba nalezeni vhodných materiálů. V tomto ohledu je vhodným materiálem samotný titan. Ten poskytuje dobré výsledky jako materiál pro obecné lékařské použiti, a v současném desetiletí také pro dentální implantáty a chirurgii, jeho nejdůležitější vlastnosti zahrnují vysokou biokompatibilitu, nízké náklady a snadnou dostupnost vzhledem k frekvenci jeho výskytu.

vedly k počátečním účely, ty však byly keramikou, dentálního teprve vývojem majících vhodný dosažena materiálů,

Některé materiálové vlastnosti obtížím při zpracování pro dentální překonány pomocí vhodných opatření. Zubní odlévání z titanu bylo umožněno vývojem speciálních slitinových systémů a vhodných vložkových materiálů. Schopnost povlečení což je důležitá podmínka obecného použití materiálu, byla nízkotavitelných keramických koeficient teplotní roztažnosti. Následnými klinickými testy byly potvrzeny testy in-vitro, při kterých byla určována ztráta adhezní pevnosti po cyklických změnách teplotního namáhání. Obtíže zvyšuje skutečnost, že v různých mechanických destruktivních testech byla zjištěna menší počáteční adhezní pevnost kombinací titan-keramika, než mají konvenční kovo-keramické systémy.

Podíl vadného keramického titanového plátování zjištěný při klinických testech byl přičítán ztrátám adhezivní pevnosti naměřeným in vitro jako výsledek změn • · · » · I • · · * fc teplotního namáhání (Moormann,A.: Vergleichende Untersuchungen zur Verbundfestigkeit von neun TitanKeramik- Verbundkombinationen in Abhangigkeit von den Lagerungsbedingungen, Med. Diss., Berlin 1993) .

Po vyvinutí použitelného procesu odlévání titanu došlo k nárůstu v oblasti aplikací titanu v zubařství. Používá se jej pro protézy a implantáty a také endodentálně, jako hmoždinkového materiálu a pro můstkové upevnění. Titanové slitiny se používají také v ortopedickém léčení čelisti pomocí upevněných strojků a v konzervativním zubařství jako materiály pro inlaye, onlaye, a, stále častěji, pro korunky.

Pro splnění estetických požadavků je důležité, aby byl dentální protetický materiál schopen nést plátování v barvě zubu. Spolehlivá plátovatelnost keramikou je zásadní podmínkou univerzálního použití protetického materiálu.

Hlavní složky dentálního keramiského materiálu jsou:

- asi 80 % skelného živce (6SiO₂-A1₂O₃-K₂O),

- asi 15 až 20 % křemene (SiO₂), a

- asi 0 až 10 % jílovitých minerálů, např. kaolinu.

Skelný živec slouží jako tavidlo a složka ovlivňující transparentnost keramiky. Kaolin, jako křemen, zvyšuje pevnost keramiky, a křemen také zvyšuje transparentnost.

Během procesu vypalování se dentální materiál taví, přičemž oxidy SiO₂ a B₂O₂ tvoří skelnou matrici, ve které jsou zabudovány krystaly leucitu. Neúplně roztavené složky jsou ve formě slinuté fáze. V souladu s tím vypálená dnetální kovová keramika sestává ze skla, slinuté a krystalické fáze.

Vzhledem k potřebě vyrovnání koeficientů teplotní roztažnosti kovu a keramiky je nezbytné modifikovat krystalickou fázi. Poněvadž kovy mají velmi vysoký koeficient teplotní roztažnosti ve srovnání se sklem, musí být poměr skla ke keramice (leucitu) v keramickém materiálu přizpůsoben příslušné slitině.

V souvislosti s použitím čistého titanu pro výrobu zubních protéz byly vyvinuty nové keramické materiály, zvláště upravené podle požadavků titanu.

Vzhledem k nízkým koeficientům teplotní roztažnosti ve srovnání s konvenčními dentálními vypalovacími slitinami, vysoké afinitě ke kyslíku a alotropické přeměně mřížkové struktury při 882,5 °C bylo nutno vyvinout keramiky mající vlastnosti odlišné od obvyklých keramik. Vzhledem k nízkým koeficientům teplotní roztažnosti titanu vede plátování titanových koster konvenčními keramickými materiály nejen k praskání, ale také k velkoplošnému odlupování keramické vrstvy (Lindigkeit,J.: Werkstoffkundě

Siebert,G.K.: Dentallegierungen in Praxis, Hanser, Mnichov-Vídeň 1989).

und Technologie, v: der zahnárztlichen

Koeficient teplotní roztažnosti byl upraven, přičemž byla jeho hodnota snížena o 30 %, zvýšením obsahu skla, nahrazením leucitu mulitem, křemičitanem hlinitým.

Teplota slinování byla snížena o 150 až 200 °C zvýšením obsahu oxidu sodného Na₂0 a snížením obsahu oxidu hlinitého Al₂O₃.

—«

Vysoká afinita ke kyslíku nebo sklon k oxidaci činí nezbytným použití speciálních pojiv určených pro rozpuštění nebo uzavření oxidů, vždy přítomných na titanovém povrchu, a, vzhledem k jejich skelné povaze, izolujících proti další oxidaci.

Popsané změny v kompozicích titanokeramických plátovacích materiálů se dedotýkají ani jejich odolnosti proti hydrolýze, ani jejich pevnosti v ohybu.

Exaktní mechanismus adheze mezi konvenčními vypalovacími slitinami a keramickými materiály je poměrně málo znám, a v souladu s tím neexistují úplné teorie spojení mezi titanem a příslušným keramickým plátovacím materiálem. V relevantní literatuře jsou protikladné pohledy na tento předmět.

Kromě obecného předpokladu, že mechanismy popsané v předcházející části jsou zahrnuty také ve spojení titanu ke keramice, je výzkum také zaměřen na různé aspekty, v některých případech velmi specifické, příslušných mechanismů.

Moormann ve své Med. Diss., Berlin 1993, vychází z předpokladu, že titano-keramické adhezivní spojení vzniká zpočátku vytvářením oxidové vločkovité krystalické mezilehlé vrstvy (pravděpodobně hlavně sestávající z Ti^Si-^ oxidů, zejména v oblasti povrchové titanové vrstvy) v kontaktní zóně mezi titanem a keramikou. Vzhledem k vysoké reaktivitě titanu i po procesu vypálení keramiky podléhá uvedená zóna také chemickým změnám ve smyslu postupného kyslíkovému zkřehnutí povrchu titanové vrstvy, což je podle Moormannna příčinou selhání spojení.

— ·

Kromě vývoje vhodných titanových keramik majících nižší teplotu slinování a nižší teplotní koefienty roztažnosti upravené podle požadavků, jak bylo popsáno, byla vyvinuta speciální pojivá, která vzhledem ke svým redukčním vlastnostem rozpouštějí existující oxidové vrstvy na povrchu titanu nebo obalují oxidy a účinkují tak jako izolace uspořádaná pro zabránění tvorbě nové vrstvy oxidů v rozhraní kov-keramika během vypalovacího procesu.

Rovněž s cílem zabránit tvorbě oxidu titaničitého během vypalování keramiky byl titan plátován keramikou v atmosféře ochranného plynu.

Pro zabránění zeslabování spojení účinkem a-povlaku se doporučuje používat výplňových materiálů zvlášť, vyvinutých pro dentální odlévání, aby bylo zabráněno vzniku silné vrstvy α-povlaku, a úplně odstraňovat z povrchu tuto vrstvu před plátováním.

Za účelem úplného zabránění vzniku α-povlaku a pro získání součástí bez dutin se mohou dentální součásti vyrábět z prafabrikovaných titanových polotovarových struktur technikami CAD-CAM nebo jiskrovou erozí nebo kombinací obou technik.

Schopnost prvků stabilizujících α-fázi titanu ovlivňovat také adhezivní vrstvu mezi titanem a keramikou zkoumal Moormann za použití titan-hliníkové slitiny (Moormann,A.: Vergleichende Untersuchungen zur Verbundfestigkeit von neun Titan-Keramik-Verbundkombinationen in Abhángigkeit von den Lagerunngsbedingungen, Med. Diss., Berlin 1993).

• · · · • · • 4 4 * • 4 • 9 » · · · 4 · ♦ 4 4 · 4 4 4 4 4 4 4 4 • · >··· · « •44 ···· ·» ·· «4 49

Potthoff zkoumal proces PROBOND aplikovaný na kostry titanových můstků (Potthoff, D.: Biegefestigkeits- und Randspaltuntersuchung von metallkeramischen Seitenzahnbrůcken-Probondverfahren und konventionelles Verfahren, Zahnmed. Diss., FU-Berlin 1994).

Možnost zlepšení titano-keramického adhezivního spojení pomocí mechanického opracování povrchu přesným broušením pomocí materiálu různého zrnění (F 80 a F 220) a následným pískováním korundem (velikost zrna 250 gm) zkoumal Tesch aj. (Tesch.U.; Passler,V; Mann,E.: Untersuchungen zum Titan-Keramik Verbund dentallabor XLI, 1-93, 71-74).

Eckmann zkoumal vliv mechanického zdržení (retenčního zesílení) nebo povrchového titanového plazmového povlaku na adhezivní spojení mezi titanem a keramikou (Eckmann,St.: Untersuchungen zur Biegefestigkeit des Titan-Keramik-Verbundes Bei Brůcken in Abhangigkeit von der Oberfláchenbearbeitung sowie zur PaSgenauigkeit Zahnmed. Diss., Berlin 1994).

Derand a Hero se pokusili zlepšit adhezivní spojení za použití speciálního zlatého pojivá. Derand,T., Hero,H.: Bond strenght of porcelain on cast versus wrought titanium, Scand.J.Dent.Res. 100, 184-188(1992).

Kruše a Baumann zkoumali vliv měnění teploty vypalování na pevnost adheze keramiky na titan (Kruše,N.: Untersuchung zur Abscherfestigkeit des Titan-Keramik-Verbundes bei fůnf Titankeramischen Systemen in Abhangigkeit verschiedener Aufbrenntemperaturen - Eine — · in-vitro Studie, Zahnmed. Diss., Berlin, 1995; Baumann,W.: Bruchmechanische Haftfestigkeitsbestimmung von Verblendmetall-Keramik auf Titan, Med. Diss., Aachen 1992).

Navzdory velkému počtu pokusů zlepšit adhezivní spojení titan-keramika nebylo dosaženo úspěchu pokud jde o spolehlivost ekvivalentní dentálním zahřívacím slitinám, jak bylo potvrzeno různými klinickými testy.

Podstata vynálezu

Cílem vynálezu je navrhnout způsob výroby titano-keramického adhezivního kompozitního systému a titano-keramický adhezivní kompozitní systém, který je jeho výsledkem, pro zlepšení pevnosti adheze čistého titanu nebo titanových slitin v povlaku některých keramik na struktuře z čistého titanu nebo z titanové slitiny.

Podle vynálezu je zlepšení dosaženo tím, že se zavádějí křemíkové ionty do povrchu struktury z čistého titanu nebo titanové slitiny iontovou implantací pomocí iontových paprsků mezi atomy titanu nebo atomy titanové slitiny, čímž se vytváří titano-křemíková vrstva v povrchu struktury v penetrační vrstvě iontové implantace, a na tuto titano-křemíkovou vrstvu se tepelně aplikuje krystalický nekovový materiál, a vytvoří se adhezivní spojení těchto materiálů.

Křemíkové ionty j sou s výhodou zabudovány do titano-křemíkové vrstvy ve formě křemíkových agregátů.

Krystalické nekovové anorganické materiály s výhodou • · · · _ · sestávají ze skelných keramických materiálů, neoxidických keramických materiálů nebo oxidických keramických materiálů.

Použitá titanová slitina může být slitina titan-vanad-hliník o složení TÍ-6A1-4V.

Je-li třeba, titanová slitina je titanová slitina spolňující zvláštní požadavky aplikace a možné techniky výroby.

Implantace křemíkových iontů do povrchu struktury z čistého titanu nebo titanové slitiny se provádí dávkou iontů 1 x 10® až 1 χ 10¹® atomů/cm^ a energií iontů 30 až 400 keV.

Implantace křemíkových iontů do povrchu struktury z čistého titanu nebo titanové slitiny se provádí dávkou iontů 9 χ 10¹® atomů/cm^ a energií iontů 150 keV.

Pomocí řešení podle vynálezu je dosaženo nárůstu pevnosti adheze krystalického, nekovového anorganického materiálu použitého pro čistý titan nebo titanovou slitinu.

Zvláště je dosaženo úspory prodlouženou použitelností součástek v cyklu teplotního namáhání.

Podle výhodného vytvoření vynálezu, pro použití v dentálních protézách, se zavádějí křemíkové ionty do povrchu struktury z čistého titanu iontovou implantací pomocí iontových paprsků mezi atomy titanu, čímž se vytváří titano-křemíková vrstva v povrchu struktury v penetrační vrstvě iontové implantace, a na této titano-křemíkové vrstvě se vypaluje dentální keramika pro plátování titanu.

• « • · · · ίο • · ·

Dávka iontů 1 x 10¹² až 1 x 10¹⁸ atomů/cm² a energie iontů 30 až 400 keV je zvlášť, vhodná pro implantaci křemíkových iontů do povrchu struktury z čistého titanu.

Implantace křemíkových iontů do povrchu struktury z čistého titanu se s výhodou provádí dávkou iontů 3 x 10 atomů/cm² při energii iontů 150 keV.

Podle provedených experimentů, čistý titan může obsahovat následující množství v % hmotnostních:

o	0,	12
max
tr ,,	0,	05
max
c	0,	06
max
ΈΙ max	0,	013

Ti zbytek.

Bylo zjištěno jako zvlášť výhodné, jestliže se před iontovou implantací povrchu struktury z čistého titanu povrchová vrstva oxidu titaničitého odstraní obrobením a následně se zdrsní v atmosféře ochranného plynu mletým monokrystalickým křemíkem (Si_mon) zrnitosti 50 až 300 μτα.

Alternativně se po odstranění vrstvy oxidu titaničitého z povrchu struktury z čistého titanu povrch zdrsní pískováním korundem (α-Αΐ₂Οβ) o velikosti částic 5 0 - 25 0 μτη.

Pomocí řešeni podle vynálezu se struktura z čistého titanu, před iontovou implantací, kompletně vytvaruje jako základní prvek pro dentální protézu, a kromě vypalování dentální keramiky se po vytvoření titano-křemíkové vrstvy na • ·

• ♦ · · · · · • ♦ ► · · · · • · · · · ··· *· · • · » · · · • » · · « · · · povrchu truktury neprovádí žádné další zpracování struktury.

Ve výhodném provedení se titano-křemíková vrstva vytváří na celém povrchu struktury z čistého titanu vytvořené jako základní prvek dentální protézy, a dentální keramika pro plátování titanu se vypaluje na jednotlivých částech povrchu, přičemž se dentální keramika vypaluje alespoň na těch částech povrchu základního prvku dentální protézy, která tvoří oblasti zubu a oblasti styku se slizniční membránou.

To snižuje náklady na výrobu titano-keramického adhezivního kompozitu pro dentální protézy. Brání to také uvolňování titanových iontů ze struktury z čistého titanu do ústního prostoru.

Dentální keramika pro plátování titanu se s výhodou vypaluje na titano-křemičité vrstvě ve čtyřech cyklech:

1. cyklus: poj ivo a/nebo podkladový materiál pro vypalování

2. cyklus: vypalování základního materiálu

3. cyklus: vypalování dentinu

4. cyklus: vypalování skloviny.

Tak může být dentální keramika na titano-křemíkové vrstvě, vytvořené na povrchu, vytvořena konvenčním způsobem podle instrukcí výrobce. Není třeba měnit způsob vypalování.

V jiném výhodném vytvoření vynálezu, pro použití v rozmezí vysokých teplot od 600 do 3600 °C, se ionty křemíku zavádějí do povrchu struktury z čistého titanu nebo titanové slitiny iontovou implantací pomocí iontových paprsků mezi atomy titanu nebo atomy titanové slitiny, čímž • · · · ·· · ···· -· · · · » · · · · • · · · · ·· ······ ·· · · · · · · ······· · · · · · · · · se vytváří titano-křemíková vrstva v povrchu struktury v penetračni vrstvě iontové implantace, a na titano-křemíkovou vrstvu se tepelně nanáší krystalické nekovové anorganické materiály, a vytváří se adhezivní spojení s těmito materiály.

Křemíkové ionty jsou s výhodou zabudovány ve formě křemíkových agregátů v titano-křemíkové vrstvě.

Krystalické nekovové anorganické materiály volitelně mohou sestávat ze skelně-keramických materiálů, neoxídických keramických materiálů, nebo oxidických karamických materiálů.

Implantace křemíkových iontů do povrchu struktury z čistého titanu nebo titanové slitiny se s výhodou provádí dávkou iontů 1 χ 10⁸ až 1 χ 10¹⁸ atomů/cm² při energii iontů 30 až 400 keV.

Implantace křemíkových iontů do povrchu struktury z čistého titanu nebo titanové slitiny se s výhodou provádí dávkou iontů 9 x ÍO^⁸ atomů/cm² a při energii iontů 150 keV.

Před iontovou implantací je struktura z čistého titanu nebo titanové slitiny s výhodou vytvořena jako součástka pro použití v oblasti vysokých teplot 600 až 3600 °C, a kromě tepelného nanášení krystalického nekovového anorganického materiálu se po vytvoření titano-křemíkové vrstvy v povrchu struktury neprovádí žádné další zpracování struktury.

Součástky mohou být určeny pro použití v motorech a hnacích jednotkách motorových vozidel a v letecké a kosmické dopravě.

Podle dalších znaků vynález zahrnuje titano-keramický adhezivní kompozitní systém, kde povrch struktury z čistého titanu noho titanové slitiny je vytvořen jako titano-křemiková vrstva, přičemž křemíkové ionty jsou zavedeny iontovou implantací mezi atomy titanu nebo atomy titanové slitiny, a přičemž krystalický nekovový anorganický materiál je tepelně uložen na titano-křemíkové vrstvě.

Křemíkové ionty pro výrobu titano-křemíkové vrstvy se s výhodou zavádějí do povrchu struktury z čistého titanu

Q TO nebo titanové slitiny při dávce iontů 1 x 10 až 1 x 10 atomů/cm² při energii iontů 30 až 400 keV.

S výhodou se křemíkové ionty zavádějí do povrchu struktury z čistého titanu nebo titanové slitiny při dávce iontů 9 x IO¹⁶ atomů/cm² a při energii iontů 150 keV.

Titano-keramický adhezivní kompozitní systém podle vynálezu může být určen pro použití pro dentální protézy, přičemž povrch struktury z čistého titanu je tvořen titano-křemíkovou vrstvou, přičemž křemíkové ionty jsou zavedeny iontovou implantací mezi atomy čistého titanu, a přičemž dentální keramika pro plátování titanu je vypálena na titano-křemíkové vrstvě.

Křemíkové ionty pro vytvoření titano-křemíkové vrstvy se s výhodou zavádí do povrchu struktury z čistého titanu při dávce iontů 1 x 10¹² až 1 x IO¹⁸ atomů/cm² při energii iontů 30 až 400 keV. ^S

S výhodou se křemíkové ionty pro vytváření titano-křemíkové vrstvy zavádějí do povrchu struktury

- 14 • · · · • · · * • · · · · · • · • < » ·

Π *7 Ο z čistého titanu při dávce iontů 3 x 10¹ atomů/cm^z a při energii iontů 150 keV.

Je-li požadováno, čistý titan má následující složení v % hmotnostních:

°max	0,12
N	0,05
max
	0,06
ÍTlclX
u max	0,013
Ti	zbytek

S výhodou je struktura z čistého titanu ještě před její přeměnou na titano-křemíkovou vrstvu kompletně vytvořena jako základní prvek pro dentální protézu, a po vytvoření titano-křemíkové vrstvy se na ni nanáší dentální keramika vypalováním v jediné pracovní operaci.

Podle výhodného vytvoření titano-keramického adhezivního kompozitního systému je titano-křemičitá vrstva vytvořena na celém povrchu struktury z čistého titanu, která má tvar základního prvku pro dentální protézu, a zubní keramika určená pro plátování titanu je vypálena na jednotlivých částech povrchu, přičemž je dentální keramika vypálena alespoň na těch částech povrchu základního prvku dentální protézy, která tvoří oblasti zubu a oblasti styku se slizniční membránou.

Podle dalšího vytvoření vynálezu je titanokeramický adhezivní kompozitní systém vytvořen tak, že pro použití v rozmezí vysokých teplot od 600 do 3600 °C, povrch struktury z čistého titanu nebo titanové slitiny je vytvořen jako titano-křemíková vrstva, přičemž ionty křemíku jsou zavedeny do povrchu struktury z čistého titanu nebo titanové

4 4444 slitiny iontovou implantací pomocí iontových paprsků mezi atomy titanu nebo atomy titanové slitiny, a přičemž na titano-křemíkové vrstvě je tepelně uložen krystalický nekovový anorganický materiál.

Křemíkové ionty mohou být zabudovány v titano-křemíkové vrstvě ve formě křemíkových agregátů.

Krystalický nekovový anorganický materiál s výhodou sestává ze skelně-keramického materiálu, neoxidického keramického materiálu nebo oxidického keramického materiálu.

Implantace křemíkových iontů do povrchu struktury z čistého titanu nebo titanové slitiny se s výhodou provádí při dávce iontů 1 x 10® až 1 x 10¹® atomů/cm² při energii iontů 30 až 400 keV.

Implantace křemíkových iontů do povrchu struktury z čistého titanu nebo titanové slitiny se s výhodou provádí při dávce iontů 9 x 10¹® atomů/cm² a při energii iontů 150 keV.

Struktura s výhodou sestává z čistého titanu nebo titanové slitiny, a před iontovou implantací je vytvořena jako součástka pro použití v oblasti vysokých teplot 600 až 3600 °C, a kromě tepelného nanášení krystalického nekovového anorganického materiálu se po vytvoření titano-křemíkové vrstvy v povrchu struktury neprovádí žádné další zpracování struktury.

Součástka je použitelná v motorech a hnacích jednotkách v konstrukci mototrových vozidel a letecké a kosmické dopravě.

Přehled obrázků na výkrese

Vynález vytvoření. Na bude dále vysvětlen přiložených výkresech s odkazem na představuj e:

příkladné

Obr. 1 implantace, schéma modifikace povrchu pomocí iontové

Obr. 2 spojení v MPa TIBOND, grafický přehled středních hodnot pevnosti pro kombinace titanu upraveného a-A^O-j a

Obr. 3 grafický přehled středních hodnot pevnosti spojení v MPa pro kombinace titanu upraveného α-Α^Οβ a VITA TITANKERAMIK,

Obr. 4 grafický přehled středních hodnot pevnosti spojení mezi titanem neupraveným a-Al₂O₃ a TIBOND,

Obr. 5 grafický přehled středních hodnot pevnosti spojení v MPa pro kombinace titanu neupraveného a-Al₂O₃ a VITA TITANKERAMIK,

Obr. 6 představuje uspořádání měřících bodů v EDAX analýzách,

Obr.	7 SEM	fotografie	kombinace	titanu	upraveného
a-Al2O3 a	TIBOND,	TC, 512,	zvětšení	3300:1	s iontovou
implantací,
Obr.	8 SEM	fotografie	kombinace	titanu	upraveného
a-Al903 a	TIBOND,	TC, zvětšení 3200:1 bez	iontové

implantace, • ·· ······ ·· ·· ···· ·· · ····

Obr. 9 REM fotografie kombinace titanu upraveného a-Al₂O₃ a VITA TITANKERAMIK, TC, zvětšení 3200:1 s iontovou implantací,

Obr. 10 REM fotografie kombinace titanu upraveného a-Al₂O₃ a VITA TITANKERAMIK, TC, zvětšení 3200:1 bez iontové implantace,

Obr. 11 SEM fotografie kombinace titanu neupraveného a-Al₂O₃ a TIBOND, TC, zvětšení 2000:1 s iontovou implantací,

Obr. 12 SEM fotografie kombinace titanu neupraveného ce-Al₂O₃ a TIBOND, TC, zvětšení 2000:1 bez iontové implantace,

Obr. 13 SEM fotografie kombinace titanu neupraveného a-Al₂O₃ a VITA TITANKERAMIK, TC, zvětšení 2000:1 s iontovou implantací,

Obr. 14 SEM fotografie kombinace titanu neupraveného a-Al₂O₃ a VITA TITANKERAMIK, TC, zvětšení 2000:1 bez iontové implantace.

Příklady provedení vynálezu

Obr. 1 ilustruje zpracování titanu iontovou implantací. Při iontové implantaci zasahuje iont s vysokou energií pevnou látku a podléhá různým interakcím s atomy v blízkosti povrchu. Titan v následujícím textu znamená buď čistý titan nebo titanovou slitinu.

Následkem srážek mezi kolidujícími ionty a elektrony a • «

- 18 atomovými jádry v bombardovaném materiálu se ionty vychyluj£ ze své dráhy, opisují lomenou dráhu a ve statistickém rozdělení se dostávají do klidu v důsledku ztráty své kinetické energie.

Při způsobu výroby titano-keramického adhezivniho kompozitního systému se při iontové implantací zavádějí ionty 4 křemíku pomocí iontového paprsku 2 do penetračni zóny mezi atomy 5 titanu v povrchu i titanové struktury. Na obr. 1 jsou ionty 4 křemíku znázorněny černě a atomy 5. titanu bíle. Výsledkem je titano-křemíková vrstva 2. Vytváření titano-křemíkové vrstvy 2. závisí na hmotnosti iontů 4. křemíku a atomů 5. titanu a na parametrech implantace, tj . na energii iontů a dávce iontů. Implantace iontů 4 křemíku do povrchu 1. titanové struktury se provádí při dávce iontů 1 x 10⁸ až 1 x 10¹⁸ atomů/cm² při energii iontů 30 až 400 keV. S výhodou se pracuje při dávce iontů 9 x 10¹⁸ atomů/cm² a při energii iontů 150 keV.

Titano-křemíková vrstva 2. zabudovaná jako vrstva s cizím prvkem implantací do povrchu titanu netvoři dodatečnou vrstvu na uvedeném povrchu, a v důsledku toho nenastává změna tvaru nebo přesnosti součástky vytvořené z titano-keramického kompozitního systému.

Implantací iontů 4 křemíku nedochází ani ke změnám fyzikálních nebo chemických vlastností celé součástky. Naopak, je podrobena požadované modifikaci jen titano-keramická zóna styku. Vyjádřeno chemicky, intová implantace je nerovnovážný proces, tj. zavádění cizího prvku nepodléhá žádným termodynamickým omezením která vyplývají z rovnovážné rozpustnosti nebo z rychlosti difúze atomů. V důsledku toho mohou být pomocí tohoto procesu smíseny obvykle nerozpustné prvky, a pokud jde o zvolený

99 9 • 99 99

999 9 9 9

9 9 9 i9 : : :

······· · · • β 99 9 9 9 iont 4 křemíku, dosažitelné koncentrace jsou mnohem vyšší než ty, které by odpovídaly jeho rozpustnosti (mén než 1 atom. % v titanu).

Koncentrace křemíku dostatečné pro pasivaci povrchu 1 titanu může být dosaženo iontovou implantací. S výhodou zde také jsou ionty 4 křemíku zabudovány ve formě křemíkových agregátů v titano-křemíkové vrstvě 2.

Teplota pevné struktury z titanu během iontové implantace je ovladatelná a může být udržována pod 100 °C, čímž se eliminuje teplotní vliv, který by mohl působit na součástku s vysokou přesností tvaru možnou alotropickou konverzí titanové elementární struktury z a na β krystaly.

Titano-křemíková vrstva 2. vytvořená iontovou implantací má vynikající pevnost adheze. Je možné zmrazit výslednou chemickou sloučeninu, neboť, do značné míry nepodléhá termodynamickým zákonům.

Na takto zpracovaný povrch 1 titanu byly tepelně nanášeny krystalické, nekovové materiály, přičemž bylo vytvořeno adheživní spojení.

Jsou vhodné následující krystalické nekovové anorganické materiály: skelně keramický materiál, neoxidický keramický materiál, nebo oxidické keramické materiály. Tyto materiály mohou být nanášeny na povrch 1 titanové struktury, tj. čistý titan nebo titanovou slitinu, zpracovanou implantací iontů 4 křemíku, a mají mnohem větší adhezivni pevnost než jsou-li aplikovány na nezpracované struktury. To bude detailněji vysvětleno dále na příkladu titano-keramického adhezivního kompozitního systému podle • « « · · · vynálezu.

Jednou vhodnou titanovou slitinou je slitina titan-vanad-hliník mající následující složení:

TÍ-6A1-4V

Předpokládejme, že použitá titanová slitina vyhovuje speciálním požadavkům nanášení a možné techniky zpracování. Titano-keramický adhezívní kompozitní systém tvoří povrch i struktury, který již má tvar součásti připravené k použití. To je umožněno tím, že jak již bylo uvedeno, na povrch 1 titanu se nenanášejí dodatečné vrstvy, a teplota titanové základní struktury se udržuje během iontové implantace pod 100 °C, takže nenastává žádná deformace ohřevem.

Zkoušky ukázaly, že titano-keramický adhezívní kompozitní systém je zvlášť vhodný pro použití pro dentální protézy.

Ve způsobu výroby titano-keramického adhezivního kompozitního systému pro použití pro dentální protézy se ionty 4 křemíku zavádějí mezi ionty 5. titanu v povrchu 1 struktury z čistého titanu implantací pomocí iontových paprsků 3, což vede k vytvoření titano-křemíkové vrstvy 2 v povrchu 1 v penetrařní vrstvě iontové implantace.

Použití čistého titanu je nezbytné pro lékařské dentální účely.

Dentální keramický materiál zvlášť připravený pro obkládání titanu byl vypálen na takto připraveném povrchu i titanu podle instrukcí výrobce.

*· *···

• fe* v · · «

- 21 • fe ·· fe · · · • · · · • · · fe · · fe · « · · ·

Pro výrobu titano-křemičitého adhezivního kompozitního systému pro dentální protézy je třeba čtyř základních cyklů vypalování. Cykly vypalování jsou:

1. cyklus: pojivo a/nebo podkladový materiál pro vypalování

2. cyklus: vypalování základního materiálu

3. cyklus: vypalování dentinu

4. cyklus: vypalování skloviny.

Volitelně jsou možné další cykly vypalování, jako například vypalování estetické barvy.

V následujícím textu je diskuse některých příkladů experimentálních postupů a výsledků ve výrobě titanokeramického adhezivního kompozitního systému pro dentální protézy.

Příklad 1: Příprava titanu

V tomto testu byl použit nelegovaný titan Ti 2 podle tabulky 1.

Tabulka 1: Chemické složení čistého titanu podle DIN 17850

Materiál	Chemické složení (% ]	imotn.)
Symbol	Číslo	®max	N max	c max	τ_τ max	Ti
Ti 1	3,07025	0,12	0,05	0,06	0,013	zbytek
Ti 2	3,07035	0,18	0,05	0,06	0,013	zbytek
Ti 2	3,07055	0,25	0,05	0,06	0,013	zbytek
Ti 4	3,07065	0,35	0,05	0,06	0,013	zbytek

Φ· *··· ·· ·Φ • · · · • · · · • ··· ··· • · «· Φ· • ·· ·< · · • ·

- 22 4 .*

144 ··«· • · · • · · • · · • · · · ·· ··

Fyzikální vlastnosti nelegovaného titanu jsou uvedeny v tabulce 2.

Tabulka 2: Fyzikální vlastnosti nelegovaného titanu

Atomové číslo	22
Atomová hmotnost	47,8
Hustota (g/cm3)	4,51
Bod tání (°C)	1688
Bod varu (°C)	3260
Tvrdost podle Vickerse	80 - 105
Pevnost v tahu Zpracováno za studená Odléváním	450 850
Mez protažení (%)	15 - 20
Koeficient teplotní roztažnosti (l/K)	9,6 x 10-6
Tepelná vodivost (W/mK)	21,4

Při Schmitz-Schulmeyerově střihovém testu bylo použito nelegovaného taženého titanu Ti 2 ve formě kvádrů o délkách hran 5,9 x 5,9 x 1000 mm.

Z těchto kvádrů byly řezány krychle 5,9 x 5,9 mm. Výhodou tohoto testu je, že jsou získána tělíska bez dutin s povrchem bez a-fáze. Tento postup se vyhýbá obtížím s definovaným odstraňováním této vrstvy a možnému vzniku nestejnoměrné rozměrové stability zkušebních tělísek.

Povrchy pro spojení s keramikou byly podrobeny dvěma různým mechanickým povrchovým úpravám.

• · • · · ·

Nejprve byl povrch obroben střídavě ozubenou frézou, vytvářející materiál definované tloušťky, pro odstranění povrchové vrstvy oxidu titaničitého. Poté byla polovina zkušebních tělísek obroušena pískováním korundem o velikosti částic 250 gm. Tato velikost částic byla na horní hranici rozmezí 50 až 250 μτη.

Další testy ukázaly, že po odstranění povrchové vrstvy oxidu titaničitého se může provádět obroušení mletým monokrystalickým křemíkem Si_mon se zrněním 50 až 3 00 μτη pod atmosférou ochranného plynu.

V případě druhé poloviny zkušebních tělísek bylo vynecháno obroušení povrchu i pro současné zvětšení titankeramického adhezivního povrchu a zvýšení mechanické adheze. Účelem této kontrolní dávky bylo zjistit, zda se chemická adhezivní síla keramického spojení zvětšuje iontovou modifikací.

Po čtvrthodině odpočinutí pro pasivaci byl titanový povrchu očištěn pomocí parní trysky.

Příklad 2: Modifikace povrchu iontovou implantací

Tyto dvě dávky, které obdržely různou mechanickou úpravu povrchu, byly rozděleny a polovina byla modifikována iontovou implantací. Implantační zařízení bylo LINEAR ION IMPLANTER LION 6000, výrobek LEYBOLD AG, Hanau.

Iontová implantace byla prováděna s křemíkovými ionty 4, přičemž se předpokládá, že v povrchu 1 zkušebních tělísek

vzniká penetreční zóna a mezi atomy 5 titanu se vyskytují ionty 4 křemíku. Výsledná titano-křemíková vrstva 2/ pro své chemické vlastnosti, blokuje chemické reakce titanového povrchu 1 (obr. 1).

Dávka iontů byla 3 x 10¹⁷ atomů/cm² a energie iontů byla 150 keV.

Výhodné rozmezí dávky iontů bylo mezi 1 x 10 a 1 x 10¹⁸ atomů/cm² a 30 až 400 keV pro iontovou energii.

Zkušební tělíska nemodifikovaná křemíkovou implantací sloužila jako kontrolní dávka pro testování vlivu iontové implantace na titano-keramické adhezivní spojení.

Příklad 3: Použitá titanová keramika

Pro obložení zkušebních tělísek byly použity následující speciální titanové keramiky:

VITA TITANKERAMIK, výrobek VITA ZAHNFABRIK/Bad

Sáckingen, a

TIBOND, výrobek DE TREY/DENTSPLY/Dreieich.

V tabulce 3 je uvedeno složení titanokeramického materiálu VITA TITANKERAMIK v % hmotn.:

• · · · • ·

Tabulka 3: VITA TITANKERAMIK, složeni v % hmotnostních

	poj ivo	opakní mat.	dentin/tav.
SiO2	61,2-64,0	59,9-62,1	67,1-69,0
Al2°3	6,2-6,6	7,3-7,7	7,2-7,5
k2°	3,2-3,7	7,1-7,6	8,2-8,7
Na2O	5,1-5,4	5,3-5,7	6,0-6,3
CaO	4,5-5,0	1,0-1,3	1,1-1,4
B2°3		6,1-6,9	8,0-8,4
BaO	2,0-2,3	0,1-0,3
SnO2	2,1-2,5	2,1-2,7
MgO	0,5-0,8	8,0-8,4
tío2		8,0-8,4

Následující tabulka 4 obsahuje parametry vypalování, které uvádí VITA ZAHNFABRIK, Bad Sáckingen, v pracovních instrukcích, a které se používají při cyklu vypalování.

• · · ·

I · · <

ι · · <

• · · · · I *

• 4 · ·

Tabulka 4: VITA TITANKERAMIK, parametry vypalování

VITA TITAN- KERAMIK	pohoto- vostní teplota °C	teplota vypalo- vání °C	doba před- sušení	doba ohřevu	doba pro- dlevy	vakuum	pomalé chla- zení
poj ivo	600	800	6 min.	1 min.	7 min.	7 min.	+
základ /opak.	400	790	2 min.	3 min.	1 min.	4 min.	+
dentin	400	770	6 min.	7 min.	1 min.	8 min.	+
úprava	400	770	6 min.	7 min.	1 min.	8 min.	+
sklov.	400	770	3 min.	3 min.	2 min.	_ li _	+

Tabulka 5 představuje složení titanokeramického materiálu TIBOND:

Tabulka 5: TIBOND, složení v % hmotnostních

	poj ivo	opakní mat.	dentin/tav.
SiO2	63-65	44,1-45,5	64-66
A12C>3	6-7	8,4-9,1	12-13
k2o	7-8	6,3-7,0	7-9
Na20	5-6	4,2-4,9	5-6
Li2°	2-3	0,7-1,4	1-2
CaO	3-4	1,1-2,1	1-2
B2°3	10-11	2,8-3,5	5-7

Následující tabulka 6 obsahuje parametry vypalování, které uvádí DE TREY DENTSPLY/Dreieich v pracovních instrukcích, a které se používají při cyklech vypalování.

• · · ·

I · • · · ·

I · · · » · · · • · 4 4 4 9 • · • · ··

Tabulka 6: TIBOND, parametry vypalování

TIBOND	pohoto- vostní teplota °C	teplota vypalo- vání °C	doba před- sušení	doba ohřevu	doba pro- dlevy	vakuum
poj ivo	650	780	2 min.	2 min.	3 min.	1 min.
základ /opak.	650	760	3 min.	3 min.	3 min.	2 min.
dentin	650	750	6 min.	3 min.	2 min.	4 min.
úprava	650	750	6 min.	3 min.	2 min.	4 min.
sklov.	650	740	3 min.	3 min.	2 min.	_ II _

Příklad 4: Testování pevnosti spojeni

Adhezivní pevnost keramického obložení titanové kostry lze zkoumat mechanickou pevnosti spojení, která přesně reprodukovatelná lomovou zkouškou pro stanovení poskytuje, pokud je v podstatě výroba zkušebních tělísek, s minimálním technickým úsilím minimální rozptyl výsledků.

Kromě toho, úprava zkušebních tělísek a zkušební zařízení musí být dostatečné pro získání přesného kvantitativního stanovení pevnosti spojení nebo adhezivní pevnosti. Smyková zkouška podle SCHMITZ-SCHULMEYERa splňuje tyto požadavky a prostřednictvím uspořádání a postupu testu poskytuje exaktní informaci o skutečné adhezivní pevnosti mezi kovem a keramikou z technického hlediska, při eliminaci vlivu radiálních sil a ohybového momentu v keramickém obkladu nebo elastické deformace uvnitř kovové kostry.

• 4 «9

Příklad 5

Při experimentech byla použita upravená verze smykové zkoušky podle SCHMITZ-SCHULMEYERa.

Jak již bylo uvedeno, zkušební tělíska pro smykový test měla tvar krychlí s délkou hrany 5,9 mm. Titanová zkušební tělíska byla obložena keramickým materiálem na povrchu krychle, přičemž polovina povrchu byla pokryta a polovina povrchu nebyla pokryta.

Na rozdíl od povrchově broušeného razníku podle SCHMITZ-SCHULMEYERa náš razník byl ve formě hrany lisovacího nástroje broušené v úhlu 45°. Vzhledem k tomuto tvaru mohl být bod aplikace síly razníku bez potíží umisůován reprodukovatelným způsobem velmi blízko (< 1 mm) přechodu mezi keramikou a kovem. Tento způsob omezuje nevyhnutelný ohybový moment na minimum a zabraňuje náhodnému umístěni razníku tak daleko od rozhraní pojivá a základního materiálu, aby byly naměřené výsledky ovlivněny adhezivní silou mezi pojivém a základním materiálem nebo jejich pevností v ohybu.

Krychle obložené keramikou byly upevněny ve speciálním smykovém nástroji a testovány ve zkušebním stroji v mechanickém tlaku a ohybu, přičemž bylo možné kdykoliv uvést zkušební tělísko do stejné polohy vzhledem k razníku. Razník byl umístěn velmi blízko hrany kovu a keramický materiál byl zatěžován razníkem rychlostí postupu 1,0 mm/min až do úplného odstřižení základního materiálu.

: SEM zrcadlové obrazy a semikvantitativní EDAX analýzy

Byly připraveny SEM zrcadlové obrazy a semikvantitativní EDAX analýzy předzpracovaných zkušebních tělísek v typiských místech spojení.

Obr. 6 představuje uspořádání měřených bodů při EDAX analýze. Bod 6 je asi 2 μτη uvnitř titanové struktury a bod 7 je na viditelném rozhraní titan-keramika. Body 8., 9. jsou 2 μπι a 5 μπι v keramice resp. v pojivovém materiálu. Oblast kolem oblasti zóny styku titan-keramika byla dále testována na přítomnost dutin s vysokým obsahem hliníku. Výsledky bodových EDAX testů na SEM vzorcích v řezu za použití připravených obrazů odražených elektronů byly porovnány s výsledky smykových testů sdhezivních sil.

Příklad 6: Výroba zkušebních tělísek pro smykový test podle SCHMITZ-SCHULMEYERa

Zkušební tělíska, v souladu s jejich předběžnou úpravou nebo povrchovou úpravou, byla rozdělena do různých zkušebních sérií, které je možno zařadit do dvou hlavních skupin pro porovnání, tj. iontově implantovaný a neimplantovaný titan (tabulka 7).

Tabulka 7: Titanokeramické kombinace

Titan, iontově implantovaný	Titan, neimplantovaný
zprac. a-A^O-j	nezprac. a-Al2O3	zprac.a-Al2O3	nezprac. “’a12°3

TIBOND, TR/TC

VITA/TITANKERAMIK TR/TC . · ι» · · • · · · 3 · · * «······ · · ·» ·· ··

Vakuová keramické pec VACUMAT 300 od VITA je vhodná pro výrobu keramického obložení. Keramická pec je řízena mikroprocesorem, programovatelná a plně automatická, a umožňuje praktické provádění všech parametrů vypalování uvedených v tabulkách 4 a 6.

Po očištění, pomocí parní trysky, povrchu zkušebních tělísek pro obkládání byl nanesen keramický materiál a vypálen podle instrukcí výrobce ve čtyřech vypalovacích cyklech pro každé zkušební tělísko:

1. cyklus: pojivo a/nebo podkladový materiál pro vypalování

2. cyklus: vypalování základního materiálu

3. cyklus: vypalování dentinu

4. cyklus: vypalování skloviny.

Zkušební tělíska pro smykový test byla uložena za dvojích rozdílných podmínek:

Polovina zkušebních tělísek byla testována za normálních podmínek podle DIN 50014-23/50-2 po uložení za sucha (TR) po dobu 24 hodin.

Druhá polovina zkušebních tělísek, poté co byla keramicky obložena, byla uměle podrobena stárnutí pomocí 5000 cyklických změn teploty (termocyklus, TC) ve vodní lázni. Rozdíl teploty byl 50 °C (+5 °C <-> +55 °C), přičemž doba setrvání na každé teplotě byla 60 sekund a doba přechodu byla 5 sekund. Bezprostředně po umělém stárnutí byla testována adhezivní pevnost.

Bylo připraveno 12 zkušebních tělísek v každé sérii a náhodně bylo vybráno 10 zkušebních tělísek pro vyhodnocení.

v « » W · r? ~ — W ~ — — || < · · · · ······· ·» ·> ·· · ·

Příklad 7; Výroba zkušebních tělísek pro analýzu SEM-EDAX

Pro analýzu SEM-EDAX byly připraveny zkušební destičky o rozměrech 5 x 10 x 3 mm.

Každé zkušební sérii byla přiřazena destička, a byla podrobena vhodné úpravě povrchu, zpracování, obkládání keramikou a uložení, tj. suchému uložení a působení termocyklů.

Zkušební tělíska pak byla uložena do syntetické pryskyřice na bázi polyesteru AKEMI-TRANSPARENT od firmy JEAN WIRTZ. Po vytvrzení byla zkušební tělíska dostatečně ochlazena a rozřezána přes střed podél desetimilimetrové hrany zkušební destičky.

V další operaci byla zkušební tělíska obrobena brusnými kotouči o průměru 25 cm s různými velikostmi zrna (400 μπι, 600 μιη, 1000 μπι, 1200 μπι) na brousicím stroji (typ TF od firmy Jean Wirtz). Konečné lesklé leštění bylo provedeno diamantovou leštící pastou s velikostí zrna 6 a 3 gm DIAPAST a diamantovým lubrikačním činidlem DIALUB SW, od firmy JEAN WIRTZ.

Takto připravená zkušební tělíska byla učiněna vodivými pro SEM zkoumání naprašováním pomocí přístroje SCD 040 od fimy BALZERS UNION.

Byly provedeny testy skenovacím elektronovým mikroskopem pomocí elektronového mikroskopu 150 MK2 vyrobeného CAMBRIDGE-STERECAN.

• φ «· * ·

Příklad 8: Smykový test

Smykový test podle SCHMITZ-SCHULMEYERa byl proveden na univerzálním zkušebním stroji ZWICK 1435. Bylo použito přetlaku 1000 N. Zkušební tělíska byla utažena ve svěrném zařízení smykového nástroje, vždy ve stejné poloze vzhledem k razníku. Razník byl uveden do styku s keramickým povrchem a keramika byla zatěžována rychlostí postupu 1 mm/min až do úplného ustřižení.

Smykové síly keramiky byly měřeny v newtonech a zaznamenány na milimetrový papír v pásovém zapisovači. Smykové napětí bylo vypočteno z naměřené aplikované síly a plochy povrchu obloženého keramikou. Po smykové zkoušce byla měřena plocha povrchu pomocí stereo-mikroskopu vestavěného do okulárového mikrometru. Smykové napětí, sloužící jako měřítko adhezivní síly, je definováno jako síla dělená plochou povrchu podle vzorce

N síla F [N]

Smykové napětí - = mm² plocha [mm²]

Smykové napětí v MPa (megapascal) bylo stanovováno pomocí počítače, přímo připojeného na univerzální zkušební stroj ZWICK.

Příklad 9: Výsledky smykové zkoušky podle SCHMITZSCHULMEYERa

Tabulka 8 obsahuje absolutní hodnoty jednotlivých ·· · · měření zkušebních tělísek, které mají keramický materiál: TIBIND titanový povrch: upravený a-ALgOg, iontově implantovaný

Tabulka 8:

n	TR r/MPa	TC τ/MPa
1	12,9	9,1
2	15,6	16,4
3	13,0	14,6
4	10,5	8,2
5	11,8	20,2
6	10,2	15,3
7	17,1	17,0
8	16,3	9,7
9	20,8	6,8
10	9/2	8,4

Význam symbolů:

n: počet testovacích tělísek

TR: suché uložení

TC: termocyklus

T: smykové napětí v MPa

Stejné symboly byly použity v následujících tabulkách.

Tabulka 9 představuje absolutní hodnoty jednotlivých měření zkušebních tělísek pro • 4 4 • ·

44944 ·· keramický materiál: TIBOND titanový povrch: upravený a-Al₂O₃, neimplantovaný

Tabulka 9:

n	TR τ/MPa	TC τ/MPa
1	17,1	22,6
2	20,2	22,6
3	14,0	15,5
4	18,3	14,4
5	23,4	23,9
6	22,4	18,2
7	23,2	18,9
8	17,7	17,2
9	15,2	10,7
10	12,0	14,2

Výsledek v grafickém znázornění na obr. 2 poskytuje celkovou představu o střední hodnotě pro kompozitní systém mezi titanem upraveným a-Al₂O₃ a titanokeramickým materiálem TIBOND, spolu se srovnáním mezi iontově implantovanými a neimplantovanými povrchy v závislosti na podmínkách uložení.

Střední hodnota adhezivní pevnosti série iontově implantovaných zkušebních tělísek byla 18 MPa po suchém uložení a klesla na 17,7 MPa po termocyklu. Naproti tomu ···· ·· ·· • · · · « • · · · « • · · · · · · I • · · ¹ • · · · · * adhezivní pevnost neimplantované kontrolní série klesla z 13 MPa na 12,2 MPa.

Procento snížení adhezivní pevnosti po iontové implantaci bylo 1,7 %, tedy značně menší než ztráta adhezivní pevnosti 6,2 % bez iontové implantace.

Přímé srovnání mezi iontově neimplantovanými sériemi za obdobných nárůst zvýšení pevnosti po iontové suchém uložení a 31,1 % po termocyklu.

implantovanými a podmínek vykazuje implantaci 27,8 % po

Test 9.2:

Titan upravený n-Al₂O₃/VITA TITANKERAMIK

Tabulka 10 obsahuje absolutní hodnoty jednotlivých měření zkušebních tělísek pro keramický materiál: VITA TITANKERAMIK titanový povrch: pískovaný cť-AL^O^, iontově implantovaný — ·

Tabulka 10:

n	TR τ/MPa	TC τ/MPa
1	19,2	25,0
2	22,0	22,8
3	19,5	21,1
4	25,9	25,6
5	24,7	21,0
6	17,1	22,1
7	27,3	25,2
8	27,3	21,3
9	22,0	9,9
10	19,4	16,3

Tabulka 11 obsahuje absolutní hodnoty jednotlivých měření zkušebních tělísek pro keramický materiál: VITA TITANKERAMIK titanový povrch: upravený a-AI^O-j, neimplantovaný • · ·· · ·

Tabulka 11:

n	TR r/MPa	TC τ/MPa
1	23,7	18,7
2	32,5	20,2
3	18,1	9,8
4	24,9	15,6
5	42,9	13,8
6	31,1	18,5
7	16,1	21,4
8	24,1	8,2
9	21,0	19,6
10	20,4	17,9

Grafické znázornění na obr. 3 poskytuje přehled středních hodnot pevnosti spojení v MPa, založený na naměřených hodnotách.

Hodnota pro iontově implantovaný titan byla 22 MPa po suchém uložení a 21,7 MPa po termocyklu.

Hodnota pro neimplantovaný titan byla 23,9 MPa po suchém uložení a 18,2 MPa po termocyklu.

Srovnání mezi procentem zmenšení adhezivní pevnosti ukazuje hodnotu 1,4 % pro iontově implantované série a

17,3 % pro neimplantovaný titanový povrch. Srovnání za obdobných podmínek uložení poskytuje odlišné výsledky.

Při suchém uloženi je adhezivní pevnost iontově implantovaných sérií o 7,9 % nižší než neimplantovaných sérií. Po termocyklu je tato hodnota pro neimplantované série o 16,1 % nižší než pro iontově implantovaný titan.

Test 9.3:

Titan neupravený a-A^Og/TIBOND

Tabulka 12 obsahuje absolutní hodnoty jednotlivých měření zkušebních tělísek pro keramický materiál: TIBOND titanový povrch: neupravený a-AL₂O₃, iontově implantovaný

Tabulka 12:

n	TR τ/MPa	TC τ/MPa
1	9,0	14,4
2	14,7	9,8
3	7,8	15,6
4	12,0	15,0
5	10,2	7,8
6	15,0	12,8
7	14,9	9,8
8	11,5	13,5
9	12,6	11,6
10	13,8	12,0

• · ·· ····

Tabulka 13 obsahuje absolutní hodnoty jednotlivých měření zkušebních tělísek pro keramický materiál: TIBOND titanový povrch: neupravený α-ΑΙ^Οβ, neimplantovaný

Tabulka 13:

n	TR τ/MPa	TC τ/MPa
1	14,4	7,5
2	10,2	12,0
3	9,7	14,3
4	6,6	9,6
5	12,1	6,9
6	10,8	7,1
7	8,2	8,8
8	9,9	10,7
9	9,1	7,7
10	8,7	8,3

Grafické znázornění na obr. 4 poskytuje přehled středních hodnot pevnosti spojení v MPa, založený na naměřených hodnotách v tab. 12 a 13.

Titan v těchto zkušebních těliskách, modifikovaný iontovou implantací, má adhezivni pevnost 12,3 MPa po suchém uložení, zvýšenou na 12,4 po termocyklu.

0 .ί » · · · > · · · ··· ··«

Bez iontové implantace byly tato hodnoty 9,8 MPa pro suché uložení a 8,6 MPa po termocyklu.

Srovnání změny adhezivní pevnosti s iontovou implantací a bez implantace v případě s modifikací vykazuje nárůst o 0,8 %, oproti poklesu o 12,2 % bez modifikace.

Při suchém uložení byla hodnota pro neimplantovaný titan o 20,3 % nižší než pro iontově implantovaný. Procentické srovnání po termocyklu dalo hodnotu o 30,7 % nižší pro neimplantovaný titan než pro iontově modifikovaný titan.

Test 9.4: Titan neupravený a-Al₂O₃/VITA TITANKERAMIK

Tabulka 14 obsahuje absolutní hodnoty jednotlivých měření zkušebních tělísek pro keramický materiál: VITA TITANKERAMIK titanový povrch: neupravený a-AL₂O₃, iontově implantovaný • ··*·

Tabulka 14:

n	TR τ/MPa	TC τ/MPa
1	14,3	12,4
2	17,9	10,2
3	24,5	17,9
4	12,8	27,6
5	16,3	22,8
6	8,8	22,4
7	22,1	16,1
8	15,7	19,4
9	13,0	22,7
10	13,6	25,9

Tabulka 15 obsahuje absolutní hodnoty jednotlivých měření zkušebních tělísek pro keramický materiál: VITA TITANKERAMIK titanový povrch: neupravený a-AL₂O₃, neimplantovaný • · • ·« ·» ·

Tabulka 15:

n	TR τ/MPa	TC τ/MPa
1	13,0	17,8
2	18,3	14,8
3	17,4	21,0
4	16,6	10,9
5	12,8	7,1
6	18,6	16,6
7	20,5	19,6
8	10,0	15,2
9	19,7	13,3
10	14,8	15,1

Grafické znázornění na obr. 5 středních hodnot pevnosti spojení v naměřených hodnotách v tab. 14 a 15.

poskytuje přehled MPa, založený na

Adhezivní pevnost iontově implantovaných testovacích tělísek (20,9 MPa po termocyklu) byla 39 % nad hodnotou (15 MPa) po termocyklu. Adhezivní pevnost nemodifikovaných kontrolních sérií byla 17 MPa po suchém uložení a klesla o

10,6 % na 15,2 % po termocyklu.

Po suchém uložení byla hodnota iontovým paprskem modifikovaného titanu o 11,8 % nižší než hodnota pro nemodifikovaný titan. Po termocyklu byla situace obrácená, a hodnoty pro nemodifikované série byly o 23,3 % nižší než hodnoty pro modifikované série.

»· ···* ·· »· • · · · « · · · ··· ··· ·· ··

Příklad 10: Výsledky zkoušek metodou EDAX a SEM

Uspořádání měřících bodů je znázorněno na obr. 5 a bylo již popsáno v příkladu 5, SEM zrcadlové obrazy a semikvantitativní EDAX analýzy. SEM fotografie na obr. 7 až 14 zobrazují přechodovou oblast nebo oblast styku mezi titanem a keramikou pod zvětšením 2000, 3200 a 3300. Titan se jeví jako nestrukturovaný světle šedý povrch. Keramická skelná matrice má tmavší, světle modrou barvu. Oxidy kovů jsou rozeznatelné podle jejich barvy, tmavošedé až antracitové. Inkluze těžkých kovů s vysokou hustotou se jeví světlé až bílé. Výsledky jsou uvedeny pro testovací tělíska podrobené termocyklu, a v následujících tabulkách jsou údaje pro nejdůležitější prvky (Ti, Si, Al). Přímé srovnáni testovacích tělísek modifikovaných iontovou implantací křemíkem a nemodifikovaných testovacích tělísek mechanickou úpravou povrchu a se stejným obkladovým materiálem poskytuje představu o se stejnou keramickým změnách v oblasti styku titanu a keramiky vyvolaných modifikaci.

Podíl označený jako zbytek v následujících tabulkách označuje prvky, které nebylo možno,identifikovat pomocí EDAX procesu.

Test 10.1: Titan upravený a-AlgOg/TIBOND, TC

Obr. 7 a 8 představují SEM fotografie kombinace: Titan upravený a-AlgOg/TIBOND, podrobený termocyklu TC.

Obr. 7 a 8 představují titanový poovrch zdrsněný pískováním korundem, s dobrou vazbou mezi kovem a keramikou, ···<

·· ·«

» < · · k · · · φφφ · φ φ naznačující dobré smočení titanového povrchu pojivém. Pojivo pro iontově implantovaná zkušební tělíska má nízkou porozitu.

Bez iontové implantace (obr. 8) se nad titanovým povrchem jeví jasně viditelná šupinkovitá krystalická mezivrstva, s šířkou asi 6 gm, zatímco po iontové implantaci se prakticky žádné krystalické šupinky netvoří (obr. 7). Koncentrace titanu a křemíku naměřené v bodě 8. (obr. 6) bez iontové implantace byly příslušně vysoké. Obr. 7 a 8 oba vykazují dutiny, ve ktrých jsou vysoké naměřené koncentrace hliníku (32 % pro iontovou implantaci a 92,2 % bez iontové implantace).

Naměřené koncentrace uvedených prvků v procentech jsou uvedeny v tabulce 16.

Tabulka 16: Výsledky EDAX analýzy pro kombinaci: Titan upravený ot-Al₂O₃/TIBOND, TC

	2 μιη v kovu	oblast (měrný bod	styku 7)	2 μπι v keramice (měrný bod 8.)	5 gm v keramice (měrný bod 9)
(měrný bod j	5)
+ ion	- ion	+ ion	- ion	+ ion	- ion	+ ion	- ion
Ti	83,4	98,9	26,5	78,3	2,7	13,7	0,8	0,9
Si	6,4	0 , 0	20,3	2,3	40,0	51,1	34,4	35,1
Al	4,2	0,0	5,6	4,4	11,0	3,3	3,5	4,1
Zby- tek	3,3	1,1	24,8	15,3	23,3	31,1	48,1	45,6

Test 10.2: Titan upravený a-Al₂O₃/VITA TITANKERAMIK, TC fe* »···

• ·· ·· · * • fe • fe « · ·»« ···· • fe fe· • · · · • · · · ««« fefefe • · «· fe·

Obr. 9 a 10 představují SEM fotografie.

Titanový povrch, zdrsněný pískováním korundem, vykazuje dobré smáčení mezi pojivém a titanem, stejně jako u odpovídajících sérií TIBOND. Šupinková krystalická mezivrstva je zřetelně viditelná v případě zkušebních tělísek neimplantovaných křemíkem (obr. 10), zatímco oblast styku upravená iontovou implantací nevykazuje žádné srovnatelné struktury (obr. 9). EDEX analýzy potvrzují optický dojem, distribuce prvků v měrném bodě 8. (obr. 6) je zvláště důležitá. Obsah titanu v tomto místě je značně nižší po iontové implantací než bez iontové implantace. V této kombinaci titanu, keramiky a mechanického opracování povrchu jsou stále viditelné dutiny s vyským obsahem hliníku 66,4 % bez iontové implantace a 71 % s iontovou implantací.

V tabulce 17 jsou uvdeny naměřené hodnoty.

Tabulka 17: Výsledky EDAX analýzy pro kombinaci: Titan upravený a-Al₂O₃/VITAKERAMIK, TC

	2 /zm v kovu	oblast (měrný bod	styku 7)	2 μιυ v keramice (měrný bod 8)	5 μπι v keramice (měrný bod 9.)
(měrný bod (	3)
+ ion	- ion	+ ion	- ion	+ ion	- ion	+ ion	- ion
Ti	100,00	100,00	49,7	61,8	1,5	9,6	0,9	1,4
Si	0,0	0,0	17,0	9,7	33,3	48,6	30,9	32,7
Al	0,0	0,0	4,4	8,6	3,2	5,4	7,8	4,6
Zby- tek	0,0	0,0	23,4	17,2	46,8	30,2	42,8	48,7

Test 10.3: Titan neupravený a-Al₂O₃/TIBOND, TC ·· ···· •· • · · « • · · • 4 · · • * *

4444 ·· ·· • * * ί • · · 1 > 444 444

Obr. 11 a 12 představují SEM fotografie.

Kovový povrch je výrobně hladký, na rozdíl od zkušebních tělísek pískovaných korundem. Není zde vliv na smáčení pojivém.

Oblast styku titan-keramika nemodifikovaná iontovým parskem vykazuje výrazné šupinkové krystalické struktury, které se rozprostírají poměrně daleko do vrstvy pojivá. V měrném bodě 8 bez iontové implantace vykazuje EDAX analýza extrémně vysokou koncentraci titanu, zatímco koncentrace křemíku je nižší. Naproti tomu u zkušebních tělísek, upravených a-Al₂O₃, je koncentrace neidentifikovatelných zbytkových prvků ne okraji titanu (měrný bod 7) nižší.

Tabulka 18: Výsledky EDAX analýzy pro kombinaci: Titan neupravený a-Al₂O₃/TIBOND, TC

	2 μτη v kovu (měrný	oblast styku (měrný bod 7)	2 μτη v keramice (měrný bod 8)	5 gm v keramice (měrný bod 9)
bod j	5)
+ ion	- ion	+ ion	- ion	+ ion	- ion	+ ion	-ion
Ti	98,8	100,0	88,8	81,2	1,2	41,5	0,6	1,7
Si	0,0	0,0	5,2	3,4	33,7	14,5	38,2	31,7
Al	0,0	0,0	1,2	0,7	4,5	2,2	3,2	8,9
Zby- tek	1,2	0,0	1,8	11,6	46,3	33,1	44,7	47,1

Obr. 13 a 14 představují SEM fotografie.

Test 10.4: Titan neupravený a-Al₂O₃/VITA TITANKERAMIK, TC ·· ···!

.·· ·':

• · * * a · *

Zřetelné rozdíly jsou viditelné také v tomto titanokeramickém adhezivním spojení. V souladu s předcházejíčími pozorováními vykazuje vrstva pojivá na titanu, neupraveném iontovým bombardováním, krystalickou strukturu charakteristickou zrnitým vzhledem. Také v tomto případě se tyto struktury vyskytují v celé vrstvě pojivá a mají vysoký podíl titanu (12 %) v měrném bodě 8.. Naopak v případě neimplantovaného titanu je vrstva pojivá homogenní a nestrukturovaná. V souladu s tím bylo 2 ptm nad okrajem kovu zjištěno jen 1,2 % titanu (měřící bod 8).

V tomto případě také koncentrace zbytkových prvků naměřená v bodě 7 byla nižší než v případě povrchů neupravených a-Al₂O₃. Jako u všech ostatních titanokeramických adhezivních spojení, integrita oblasti spojení je dobrá a kovový povrch je zcela smočen pojivém.

Tabulka 19: Výsledky EDAX analýzy pro kombinaci: Titan neupravený α-Αΐ₂Ο₃/VITA TITANKERAMIK, TC

	2 gm v kovu	oblast (měrný bod	styku 7)	2 μιη v kera-	5 gm v keramice (měrný bod 9.)
(měrný bod (	υ	mice (r bod ř	něrný 3)
+ ion	- ion	+ ion	- ion	+ ion	- ion	+ ion	-ion
Ti	98,1	100,0	79,1	96,5	1,2	12,1	1,0	1,3
Si	0,0	0,0	9,9	1,2	30,5	22,2	29,2	28,3
Al	0,0	0,0	1,2	0,0	2,8	2,3	2,7	5,1
Zby- tek	1,9	0,0	6,8	1,9	55,1	45,3	57,3	52,1

Závěr ····

Jak ukazují výše uvedené skoušky, je možné v podstatě zamezit ztrátě adhezivní pevnosti, zejména při cyklických změnách teplotního namáhání, pomocí způsobu výroby titano-keramického adhezivního kompozitního systému pro dentální protézy, a pomocí výsledného titano-keramického adhezivního spojení pro zubní protézy.

Jak bylo výše uvedeno, při zkouškách byly na taženém, frézovaném titanu 2 vypáleny dva různé titano-keramické materiály (TIBOND a VITA TITANKERAMIK), obládaný povrch byl upraven implantací křemíkovými ionty. Kromě toho, titan obvyklým způsobem opískovaný a-Al₂O₃ byl porovnán s titanem, který nebyl upraven a-Al₂O₃. Testovací série mající obkládaný povrch neupravený iontovým paprskem byly použity pro srovnání. Po suchém uložení po dobu 24 hodin a po umělém stárnutí pomocí 5000 cyklických změn teplotního namáhání byla zkoušena adhezivní pevnost keramického obložení pomocí SCHMITZ-SCHULMEYERova smykového testu.

Bez iontové implantace byla ztráta adhezivní pevnosti jako výsledek termocyklu statisticky významná (6,2 % až 17,3 %) . Naproti tomu v případě iontově implantovaného titanového povrchu nebyla změna hodnot po termocyklu, s jednou výjimkou, statisticky významná (mezi ztrátou 1,7 % a nárůstem 1,8 % adhezivní pevnosti). Za zmínku stojí nárůst v případě VITA TITANKERAMIK, který byl založen na iontově implantovaném titanu neopískovaném korundem. Tyto série vykazovaly velmi významný nárůst adhezivní pevnosti (39 %).

Při suchém uložení nenastalo statisticky významné zlepšení adhezivní pevnosti keramiky na titanu vlivem iontové implantace vyjma v případě TIBOND, zatímco v případě • · · · * « • ♦ —·

VITA TITANKERAMIK nenastala změna, a mírné zhoršení nastalo v případě titanu upraveného a-Al₂O₃.

Po termocyklu byly hodnoty pro všechny iontově modifikované testované série statisticky významně nad hodnotami pro nemodifikované série.

Srovnání mezi zkušebními tělísky upravenými a-Al₂O₃ a neupravenými zkušebními tělísky po termocyklu ukazuje, že neupravena adhezivní zkušebních implantace.

zkušební pevnost tělísek tělíska po srovnatelnou upravených iontové implantaci mají s adhezivní pevností α-Α1₂Ο₃ bez iontové

Výsledky EDAX analýzy a vyšetřování oblasti styku titan-keramiky pomocí skenovací elektronové mikroskopie potvrdily dobré výsledky smykového testu podle SCHMITZ-SCHULMEYERa. Difúze titanu a křemíku v opačných směrech a výsledná tvorba šupinkových krystalických silicidů titanu v keramice v blízkosti titanového povrchu, která byla zjistitelná v případě testovacích sérii neupravených iontovou implantací, byla implantací křemíku zcela zablokována.

Protože se titan-křemíková vrstva 2 povrchu 1 čisté titanové struktury vyrábí iontovou implantací, může být základní člen zubní protézy zcela vytvarován před implantací a zachovává si své rozměry. Je pak jen třeba nanést vypalováním dentální keramiku.

Titanová vrstva 2 se může nanášet na celou strukturu. V případě zubních protéz se dentální keramika nanáší vypalováním pouze na jednotlivé části, zejména v oblasti • · · ·

zubu a v oblasti styku s tkání sliznice. Nanesená titano-křemíková vrstva 2. také zabraňuje úniku iontů titanu ze základního členu zubní protézy.

Titano-keramický ahezivní kompozitní systém je také s výhodou aplikovatelný na struktury nebo součástky pro použtií v oblasti vysokých teplot 600 až 3600 °C.

V uvedeném případě se ionty křemíku zavádějí mezi atomy 5 titanu nebo atomy 5. titanové slitiny v povrchu struktury z čistého titanu nebo titanové slitiny implantací iontovými paprsky 2· Titano-křemíková vrstva 2 je tvořena povrchem i struktury v penetrační oblasti iontové implantace. Krystalické nekovové anorganické materiály se ukládají na titano-křemíkovou vrstvu 2. a tvoří adhezivni kompozitní systém. Křemíkové ionty 4 mohou být zabudovány ve formě křemékových agregátů v titano-křemíkové vrstvě 2.

Křemíkové ionty 4 se implantuji do povrchu 1. struktury z čistého titanu nebo titanové slitiny při dávce iontů 1 χ 10⁸ až 1 χ 10¹⁸ atomů/cm², s výhodou 9 χ 10¹⁶ atomů/cm² a energii iontů 30 až 400 keV, s výhodou 150 keV.

Krystalický, nekovový anorganický materiál sestává ze skelně-keramických materiálů, neoxidických keramických materiálů nebo oxidických keramických materiálů. Tím je možno využít specifických vlastností titanu, tj. jeho vysoké pevnosti a nízké hmotnosti, také pro součástky určené pro provoz při vysokých teplotách. Jednou výhodnou aplikací je výroba součástek pro motory a hnací jednotky při stavbě mototrových vozidel nebo v letecké a kosmické dopravě.

Zvláštní výhodou při této aplikaci je, že struktura z

čistého titanu nebo titanové slitiny se před iontovou implantací tvaruje do tvaru součásti pro použití při vysokých teplotách od 600 do 3600 °C a, nehledě na tepelné nanášení krystalického, nekovového anorganického materiálu, po vytvoření titano-křemíkové vrstvy 2 v povrchu 1 struktury se již neprovádí žádné další opracování struktury.

Titano-keramický adhezivní kompozitní systém podle vynálezu také zlepšuje adhezivní pevnost při proměnlivém teplotním namáhání ve vysokoteplotní oblasti.

Použití titano-keramického adhezivního kompozitního systému není omezeno na uvedenou oblast, ale týká se všech oblastí, kde je požadováno pevné spojení mezi nanesenými nekovovými anorganickými materiály a titanovým základním členem i pod tepelným namáháním. To otevírá možnost dodatečného nanášení na chemická zařízení, neboť také některé chemické procesy probíhají při vysokých teplotách.

Nanesený materiál zejména také zanezuje nežádoucím chemickým reakcím s materiálem nádoby, ve které procesy probíháj i.

Claims (37)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   Způsob výroby titano-keramického adhezivního kompozitního systému, vyznačující se tím, že se zavádějí křemíkové ionty do povrchu (1) struktury z čistého titanu nebo titanové slitiny iontovou implantací pomocí iontových paprsků (3) mezi atomy (5) titanu nebo atomy (5) titanové slitiny, čímž se vytváří titano-křemíková vrstva (2) v povrchu (1) struktury v penetrační vrstvě iontové implantace, a na tuto titano-křemíkovou vrstvu se tepelně nanáší krystalické nekovové materiály a vytvoří se adhezivní spojení s těmito materiály.
2. 2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že křemíkové ionty (4) se zabudují do titano-křemíkové vrstvy (2) ve formě křemíkových agregátů.
3. 3. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že krystalické nekovové anorganické materiály sestávají ze skelných keramických materiálů, neoxidických keramických materiálů nebo oxidických keramických materiálů.
4. 4. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že použitá titanová slitina je slitina titan-vanad-hliník o složení TÍ-6A1-4V.
5. 5. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že titanová slitina je titanová slitina splňující zvláštní požadavky aplikace a možné techniky výroby.

   Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že • · implantace křemíkových iontů (4) do povrchu (1) struktury z čistého titanu nebo titanové slitiny se provádí dávkou iontů 1 x 10° až 1 x 10 atomů/cm a energií iontu 30 až 400 keV.
6. 7. Způsob podle nároku 6, vyznačující se tím, že implantace křemíkových iontů (4) do povrchu struktury (1) z čistého titanu nebo titanové slitiny se provádí dávkou η z O iontů 9 x 10^±ο atomů/cm a energií iontů 150 keV.
7. 8. Způsob výroby titano-keramického adhezivního kompozitního systému podle nároku 1, vyznačující se tím, že pro použití v dentálních protézách se zavádějí křemíkové ionty (4) do povrchu (1) struktury z čistého titanu iontovou implantací pomoci iontových paprsků (3) mezi atomy (5) titanu, čímž se vytvoří titano-křemíková vrstva (2) v povrchu (1) struktury v penetrační vrstvě iontové implantace, a na této titano-křemíkové vrstvě se vypálí dentální keramika pro plátování titanu.
8. 9. Způsob podle nároku 8, vyznačující se tím, že implantace křemíkových iontů (4) do povrchu (1) struktury z čistého titanu se provádí dávkou iontů 1 x 10^{11 12 *} až 1 x 10³³ atomů/cm² a energií iontů 30 až 400 keV.
9. 10. Způsob podle nároku 9, vyznačující se tím, že implantace křemíkových iontů (4) do povrchu (1) struktury z čistého titanu se provádí dávkou iontů 3 x 10¹⁷ atomů/cm² při energii iontů 150 keV.
10. 11. Způsob podle některého z nároků 8 až 10, vyznačující se tím, že čistý titan obsahuje následující množství v % hmotnostních:

    • ·

    ·.· ··· « · ·· *· °max ^{0,12 N}max °'^{05 C}max °'⁰⁶ w n m '
11. 12 .

    vyznačuj ící struktury z titaničitého v atmosféře křemíkem (Si

    Způsob podle některého z nároků 8 až 11, se tím, že před iontovou implantací povrchu (1) čistého titanu se povrchová vrstva oxidu odstraní obrobením a následně se zdrsní ochranného plynu mletým monokrystalickým _mon) zrnitosti 50 až 300 gm.
12. 13 .

    vaznačuj ící titaničitého

    Způsob podle se tím, že z povrchu (1) povrch (1) zdrsní pískováním částic 50 až 250 /xm.

    některého z nároků 8 až 10, po odstraněni vrstvy oxidu struktury z čistého titanu se korundem (a-Al₂O₃) o velikosti
13. 14. Způsob podle některého z nároků 8 až 13, vaznačující se tím, že se struktura z čistého titanu, před iontovou implantací, kompletně vytvaruje jako základní prvek pro dentální protézu, a kromě vypalování dentální keramiky se po vytvoření titano-křemíkové vrstvy (2) na povrchu (1) struktury neprovádí žádné další zpracování struktury.
14. 15. Způsob podle některého z nároků 8 až 14, vaznačující se tím, že se titano-křemíková vrstva (2) vytváří na celém povrchu (1) struktury z čistého titanu vytvořené jako základní prvek dentální protézy, a dentální keramika pro plátování titanu se vypaluje na jednotlivých částech povrchu (1), přičemž se dentální keramika vypaluje alespoň na těch částech základního prvku dentální protézy, která tvoří oblasti zubu a oblasti styku se slizniční membránou.
15. 16. Způsob podle některého z nároků 8 až 15, vyznačující se tím, že dentální keramika pro plátování titanu se s výhodou vypaluje na titano-křemičité vrstvě ve čtyřech cyklech:

    1. cyklus: pojivo a/nebo podkladový materiál pro vypalování

    2. cyklus: vypalování základního materiálu

    3. cyklus: vypalování dentinu

    4. cyklus: vypalování skloviny.
16. 17. Způsob výroby titano-keramického adhezivního kompozitního systému podle nároku 1, vyznačující se tím, že pro použití v rozmezí vysokých teplot od 600 do 3600 °C, se ionty (4) křemíku zavádějí do povrchu (1) struktury z čistého titanu nebo titanové slitiny iontovou implantací pomocí iontových paprsků (3) mezi atomy (5) titanu nebo atomy (5) titanové slitiny, čímž se vytváří titano-křemíková vrstva (2) v povrchu (1) struktury v penetrační vrstvě iontové implantace, a na titano-křemíkovou vrstvu se tepelně nanáší krystalické nekovové anorganické materiály, a vytváří se adhezivní spojení s těmito materiály.
17. 18. Způsob podle nároku 17, vyznačující se tím, že křemíkové ionty (4) se zabudovávají ve formě křemíkových agregátů v titano-křemíkové vrstvě (2).
18. 19. Způsob podle nároku 17, vyznačující se tím, krystalické nekovové anorganické materiály sestávají «> ·· ·· skelně-keramických materiálů, neoxidických keramických materiálů, nebo oxidických karamických materiálů.
19. 20. Způsob podle nároku 17, vyznačující se tím, že implantace křemíkových iontů (4) do povrchu (1) struktury z čistého titanu nebo titanové slitiny se provádí dávkou iontů 1 x 10® až 1 x 10¹® atomů/cm² při energii iontů 30 až 400 keV.
20. 21. Způsob podle nároku 20, vyznačující se tím, že implantace křemíkových iontů (4) do povrchu (1) struktury z čistého titanu nebo titanové slitiny se provádí dávkou iontů 9 x 10¹® atomů/cm² a při energii iontů 150 keV.
21. 22. Způsob podle některého z nároků 17 až 21, vyznačující se tím, že před iontovou implantací je struktura z čistého titanu nebo titanové slitiny vytvořena jako součástka pro použití v oblasti vysokých teplot 600 až 3600 °C a, kromě tepelného nanášení krystalického nekovového anorganického materiálu, se po vytvoření titano-křemíkové vrstvy (2) v povrchu (1) struktury neprovádí žádné další zpracování struktury.
22. 23. Způsob podle nároku 22, vyznačující se tím, že součástky jsou určeny pro použití v motorech a hnacích jednotkách motorových vozidel a v letecké a kosmické dopravě.
23. 24. Titano-keramický adhezivní kompozitní systém vyrobený způsobem podle nároku 1, vyznačující se tím, že povrch (1) struktury z čistého titanu nobo titanové slitiny je vytvořen jako titano-křemíková vrstva (2), přičemž křemíkové ionty (4) jsou zavedeny iontovou implantací mezi »» ···· * · tt • · · atomy (5) titanu nebo atomy (5) titanové slitiny, a přičemž krystalický nekovový anorganický materiál je tepelné uložen na titano-křemíkové vrstvě (2) .
24. 25. Titano-keramický adhezívní kompozitní systém podle nároku 24, vyznačující se tím, že křemíkové ionty (4) pro výrobu titano-křemíkové vrstvy (2) jsou zavedeny do povrchu (1) struktury z čistého titanu nebo titanové slitiny při dávce iontů 1 x 10® až 1 χ 10¹® atomů/cm² při energii iontů 30 až 400 keV.
25. 26. Titano-keramický adhezívní kompozitní systém podle nároku 25, vyznačující se tím, že křemíkové ionty (4) jsou zavedeny do povrchu (1) struktury z čistého titanu nebo titanové slitiny při dávce iontů 9 χ 10¹® atomů/cm² a při energii iontů 150 keV.
26. 27. Titano-keramický adhezívní kompozitní systém vyrobený způsobem podle nároku 8, vyznačující se tím, že pro použití pro dentální protézy je povrch (1) struktury z čistého titanu tvořen titano-křemíkovou vrstvou (2), přičemž křemíkové ionty implantací mezi atomy (5) titano-křemíkové vrstvě (2) pro plátování titanu.

    (4) jsou zavedeny iontovou čistého titanu, a přičemž na je vypálena dentální keramika
27. 28. Titano-keramický adhezívní kompozitní systém podle nároku 27, vyznačující se tím, že křemíkové ionty (4) pro vytvoření titano-křemíkové vrstvy (2) jsou zavedeny do povrchu (1) struktury z čistého titanu při dávce iontů 1 χ 10¹² až l χ 10¹® atomů/cm² při energii iontů 30 až

    400 keV.

    max

    N max

    C max

    TJ max

    Ti

    31.
28. 29. Titano-keramický adhezivni kompozitní systém podle nároku 28, vyznačující se tím, že jsou křemíkové ionty (4) pro vytváření titano-křemikové vrstvy (2) zavedeny do η •rn povrchu struktury z čistého titanu při dávce iontů 3 x 10 atomů/cm a při energii iontů 150 keV.
29. 30. Titano-keramický adhezivni kompozitní systém podle některého z nároků 27 až 29, vyznačující se tím, že čistý titan má následující složení v % hmotnostních:

    0,12 0,05 0, 06 0 , 013 zbytek.

    Titano-keramický adhezivni kompozitní systém podle některého z nároků 27 až 30, vyznačující se tím, že struktura z čistého titanu ještě před přeměnou jejího povrchu (1) na titano-křemíkovou vrstvu (2) je kompletně vytvořena jako základní prvek pro dentální protézu, a po vytvoření titano-křemíkové vrstvy (2) je na ni nanesena dentální keramika vypalováním v jediné pracovní operaci.
30. 32. Titano-keramický adhezivni kompozitní systém podle některého z nároků 27 až 31, vyznačující se tím, že titano-křemičitá vrstva je vytvořena na celém povrchu (1) struktury z čistého titanu, která má tvar základního prvku pro dentální protézu, a zubní keramika určená pro plátování titanu je vypálena na jednotlivých částech povrchu (1), přičemž je dentální keramika vypálena alespoň na těch částech povrchu základního prvku dentální protézy, která tvoří oblasti zubu a oblasti styku se slizniční membránou.
31. 33. Titano-keramický adhezivní kompozitní systém vyrobený podle nároku 17, vyznačující se tím, že pro použití v rozmezí vysokých teplot od 600 do 3600 °C, je povrch (1) struktury z čistého titanu nebo titanové slitiny vytvořen jako titano-křemíková vrstva (2), přičemž ionty (4) křemíku jsou zavedeny iontovou implantací mezi atomy (5) titanu nebo atomy (5) titanové slitiny, a přičemž na titano-křemíkové vrstvě (2) je tepelně uložen krystalický nekovový anorganický materiál.
32. 34. Titano-keramický adhezivní kompozitní systém podle nároku 33, vyznačující se tím, že křemíkové ionty (4) jsou zabudovány v titano-křemíkové vrstvě (2) ve formě křemíkových agregátů.
33. 35. Titano-keramický adhezivní kompozitní systém podle nároku 33, vyznačující se tím, že krystalické nekovové anorganické materiály sestávají ze skelně-keramických materiálů, neoxidických keramických materiálů nebo oxidických keramických materiálů.
34. 36. Titano-keramický adhezivní kompozitní systém podle nároku 33, vyznačující se tím, že implantace křemíkových iontů (4) do povrchu (1) struktury z čistého titanu nebo titanové slitiny je provedena při dávce iontů 1 x 10® až 1 x 10¹® atomů/cm² při energii iontů 30 až 400 keV.
35. 37. Titano-keramický adhezivní kompozitní systém podle nároku 36, vyznačující se tím, že implantace křemíkových iontů (4) do povrchu (1) struktury z čistého titanu nebo titanové slitiny je provedena při dávce iontů

    9 x 10¹⁶ atomů/cm² a při energii iontů 150 keV.
36. 38. Titano-keramický adhezivní kompozitní systém podle některého z nároků 33 až 37, vyznačující se tím, že před iontovou implantací je struktura z čistého titanu nebo titanové slitiny vytvořena jako součástka pro použití v oblasti vysokých teplot 600 až 3600 °C, a kromě tepelného nanesení krystalického nekovového anorganického materiálu není po vytvoření titano-křemíkové vrstvy (2) v povrchu (1) struktury provedeno žádné další zpracování.
37. 39. Titano-keramický adhezivní kompozitní systém podle nároku 38, vyznačující se tím, že součástka je použitelná v motorech a hnacích jednotkách v konstrukci mototrových vozidel a letecké a kosmické dopravě.