PL218651B1 - Sposób wytwarzania powłok ceramicznych metodą zol-żel - Google Patents
Sposób wytwarzania powłok ceramicznych metodą zol-żelInfo
- Publication number
- PL218651B1 PL218651B1 PL395703A PL39570311A PL218651B1 PL 218651 B1 PL218651 B1 PL 218651B1 PL 395703 A PL395703 A PL 395703A PL 39570311 A PL39570311 A PL 39570311A PL 218651 B1 PL218651 B1 PL 218651B1
- Authority
- PL
- Poland
- Prior art keywords
- coating
- sol
- substrate
- deposited
- argon
- Prior art date
Links
- 238000005524 ceramic coating Methods 0.000 title claims description 8
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 51
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 33
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 23
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 21
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 17
- 239000000443 aerosol Substances 0.000 claims description 12
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 11
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 10
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 claims description 9
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 9
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 claims description 6
- 229960001714 calcium phosphate Drugs 0.000 claims description 6
- 229910000389 calcium phosphate Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000001506 calcium phosphate Substances 0.000 claims description 6
- 235000011010 calcium phosphates Nutrition 0.000 claims description 6
- 229910052588 hydroxylapatite Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 6
- XYJRXVWERLGGKC-UHFFFAOYSA-D pentacalcium;hydroxide;triphosphate Chemical compound [OH-].[Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O XYJRXVWERLGGKC-UHFFFAOYSA-D 0.000 claims description 6
- QORWJWZARLRLPR-UHFFFAOYSA-H tricalcium bis(phosphate) Chemical compound [Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O QORWJWZARLRLPR-UHFFFAOYSA-H 0.000 claims description 6
- 238000003980 solgel method Methods 0.000 claims description 5
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 4
- 239000001307 helium Substances 0.000 claims description 4
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 230000004913 activation Effects 0.000 claims description 3
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims description 3
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 3
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 claims description 2
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 2
- RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);zirconium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[Zr+4] RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 claims description 2
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910001928 zirconium oxide Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 4
- 239000012495 reaction gas Substances 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 2
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 230000000975 bioactive effect Effects 0.000 description 1
- 229960005069 calcium Drugs 0.000 description 1
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 239000007943 implant Substances 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 239000012688 phosphorus precursor Substances 0.000 description 1
- 238000009832 plasma treatment Methods 0.000 description 1
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
Landscapes
- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
- Materials For Medical Uses (AREA)
Description
Opis wynalazku
Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania powłok ceramicznych metodą zol-żel, zwłaszcza powłok tlenkowych i wapniowo-fosforanowych, w tym hydroksyapatytu, na powierzchniach szklanych, ceramicznych, metalowych i polimerowych.
Z opisu europejskiego zgłoszenia patentowego EP 0486393 jest znany sposób osadzania cienkich warstw zol-żel wspomagany natryskiwaniem naddźwiękowym.
Znane jest wykorzystanie plazmy niskotemperaturowej w procesach wytwarzania powłok w których plazma jest wykorzystywana do budowy powłoki, a także do czyszczenia i modyfikacji podłoży przed osadzaniem powłok.
Znane jest także, z czasopism Thin Solid Films 332 (1998) 444-448 i Applied Surface Science 245 (2005) 304-309) wykorzystanie plazmy do obróbki powłok wytworzonych metodą zol-żel w innym procesie. Powłoki nanosi się z zolu przez wyciąganie lub nanoszenie odśrodkowe (spin-coating) i w osobnym reaktorze dokonuje się obróbki tych powłok plazmą niskotemperaturową.
Z opisu zgłoszenia patentowego P. 375648 jest znany sposób nakładania powłok biokompatybilnych i bioaktywnych na implantach metalicznych techniką wyładowania plazmowego o częstotliwości 13,56 MHz i mocy 50-300 W, z użyciem prekursorów wapniowych i fosforowych w postaci gazowej, w obecności tlenu jako gazu nośnego przepływającego w ilości 10-100 sccm przy ciśnieniu nie niższym niż 13,3 Pa.
Sposób wytwarzania powłok ceramicznych metodą zol-żel, zwłaszcza tlenkowych i wapniowofosforanowych, w tym hydroksyapatytu na powierzchniach szklanych, ceramicznych, metalowych i polimerowych, polegający na modyfikacji podłoża przed osadzeniem na nim powłoki, osadzeniu powłoki z zolu materiału powłoki oraz modyfikacji osadzonej powłoki, w którym wykorzystuje się technikę wyładowania w plazmie niskotemperaturowej, o częstotliwości 13,56 MHz w atmosferze tlenu, argonu, helu lub ich mieszaniny jako gazu nośnego, według wynalazku charakteryzuje się tym, że podłoże, przed osadzeniem na nim powłoki, aktywuje się w wyniku wyładowania plazmowego o mocy 100-500 W prowadzonego w czasie 1-10 min, korzystnie 2-5 min, w atmosferze tlenu, argonu lub ich mieszaniny przepływających z natężeniem 2-50 sccm przy ciśnieniu 10-80 Pa. Powłokę ceramiczną osadza się bezpośrednio po aktywacji podłoża, metodą zol-żel, przy ciśnieniu atmosferycznym, bez udziału wyładowania plazmowego, z aerozolu materiału powłoki doprowadzanego za pomocą gazu nośnego argonu lub azotu przepływającego z szybkością 100-1000 l/h, w czasie 1-15 min. Osadzoną powłokę utwardza się w wyniku wyładowania plazmowego o mocy 50-500 W prowadzonego w czasie 3-60 min w atmosferze tlenu, argonu, helu lub ich mieszaniny, przepływających z natężeniem 2-50 sccm przy ciśnieniu 10-80 Pa. Aktywację podłoża, osadzanie powłoki oraz utwardzanie osadzonej powłoki wykonuje się w tej samej komorze przystosowanej do wytworzenia w niej próżni i wzbudzania wyładowania jarzeniowego. Stosuje się aerozol materiału powłoki wytworzony z zolu tego materiału w generatorze wyposażonym w element piezoelektryczny, połączonym z komorą reakcyjną. Jako materiał tlenkowy lub wapniowo-fosforanowy stosuje się tlenek tytanu, tlenek glinu tlenek cyrkonu, tlenek krzemu, hydroksyapatyt. Wytworzone powłoki, po ich utwardzeniu, ewentualnie poddaje się wygrzewaniu w piecu w temperaturze i czasie uzależnionym od rodzaju powłoki i podłoża.
Sposób według wynalazku łączy w sobie zalety technologii zol-żel oraz techniki plazmowej i jednocześnie eliminuje ich wady jak konieczność wygrzewania powłok (technika zol-żel), niska adhezja do podłoża i konieczność używania prekursorów gazowych (technika plazmowa), których dobór stanowi poważny problem. Umożliwia wytwarzanie powłok wielowarstwowych i gradientowych, przy czym powłoki wielowarstwowe wytwarza się przez nanoszenie kolejnych warstw w powtarzających się cyklach nanoszenia powłok i ich obróbki plazmowej, zaś powłoki gradientowe wytwarza się po przyłączeniu do komory próżniowej drugiego generatora aerozolu, w wyniku wprowadzania do komory aerozolu z jednego i drugiego generatora w zmieniających się proporcjach. Sposób według wynalazku umożliwia uzyskanie powłok na podłożach rozbudowanych przestrzennie (o skomplikowanych kształtach). Uzyskane powłoki charakteryzują się lepszą adhezją do podłoża w porównaniu z powłokami wytworzonymi innymi technikami zol-żel oraz lepszą jednorodnością w porównaniu z powłokami uzyskanymi techniką aerozol-żel bez aktywacji wstępnej podłoża. Modyfikacja osadzonej powłoki za pomocą plazmy niskotemperaturowej umożliwia obniżenie temperatury obróbki cieplnej osadzonych powłok bądź jej wyeliminowanie oraz wytwarzanie powłok na podłożach wrażliwych na wysoką temperaturę.
PL 218 651 B1
Sposób według wynalazku ilustrują poniższe przykłady z powołaniem się na rysunek przedstawiający schemat blokowy reaktora do wytwarzania powłok ceramicznych.
P r z y k ł a d I.
Na elektrodzie 7 komory reakcyjnej 1 reaktora umieszczono podłoże szklane przeznaczone do -3 osadzenia na nim powłoki i za pomocą pompy próżniowej 5 uzyskano w komorze próżnię rzędu 10-3 Pa. Ciśnienie w komorze 1 mierzono za pomocą sondy ciśnienia 6. Następnie do komory 1 wprowadzano, ze zbiornika 8, gaz reakcyjny - tlen przepływający z natężeniem 20 sccm (natężenie przepływu kontrolowano za pomocą przepływomierza 10), aż do uzyskania w reaktorze ciśnienia 20 Pa, po czym, za pomocą generatora RF 3 z układem dopasowania 4, wzbudzono wyładowanie plazmowe o częstotliwości 13,56 MHz i o mocy 200 W. Proces wyładowania prowadzono 5 min. W następnym etapie do komory 1 wprowadzano, za pomocą gazu nośnego - argonu przepływającego z szybkością 300 l/h, aerozol tlenku glinu (AI2O3) wytworzony z zolu w generatorze 2 wyposażonym w element piezoelektryczny, połączonym zaworem z komorą 1. Gaz nośny doprowadzano ze zbiornika 9 tego gazu. Nakładanie powłoki z aerozolu prowadzono w czasie 4 min. Po nałożeniu powłoki z komory 1 odpompo-3 wano część gazu za pomocą pompy 5 aż do osiągnięcia ciśnienia rzędu 10-3 P, po czym wprowadzono, ze zbiornika 8, gaz reakcyjny - tlen przepływający z natężeniem 20 sccm, aż do osiągnięcia w komorze 1 ciśnienia 30 Pa i za pomocą generatora RF 3 z układem dopasowania 4 wzbudzono wyładowanie plazmowe o częstotliwości 13,56 MHz i mocy 200 W. Wyładowanie plazmowe prowadzono w czasie 10 min. W wyniku tego procesu otrzymano jednorodną, dobrze przylegającą do podłoża powłokę.
P r z y k ł a d II.
Na elektrodzie 7 komory reakcyjnej 1 reaktora umieszczono podłoże ze stali kwasoodpornej przeznaczone do osadzenia na nim powłoki i za pomocą pompy próżniowej 5 uzyskano w komorze -3 próżnię rzędu 10-3 Pa. Ciśnienie w komorze 1 mierzono za pomocą sondy ciśnienia 6. Następnie do komory 1 wprowadzano, ze zbiornika 8, gaz reakcyjny - tlen przepływający z natężeniem 30 sccm (natężenie przepływu kontrolowano za pomocą przepływomierza 10), aż do uzyskania w reaktorze ciśnienia 30 Pa, po czym, za pomocą generatora RF 3 z układem dopasowania 4, wzbudzono wyładowanie plazmowe o częstotliwości 13,56 MHz i o mocy 150 W. Proces wyładowania prowadzono 5 min. W następnym etapie do komory 1 wprowadzano, za pomocą gazu nośnego - argonu przepływającego z szybkością 300 l/h, aerozol wapniowo-fosforanowy wytworzony z zolu w generatorze 2 wyposażonym w element piezoelektryczny, połączonym zaworem z komorą 1. Gaz nośny doprowadzano ze zbiornika 9 tego gazu. Nakładanie powłoki z aerozolu prowadzono w czasie 7 min. Po nałożeniu powłoki z komory 1 odpompowano część gazu za pomocą pompy 5 aż do osiągnięcia ciśnienia rzędu 10-3 P, po czym wprowadzono, ze zbiornika 8, gaz reakcyjny - tlen przepływający z natężeniem 20 sccm, aż do osiągnięcia w komorze 1 ciśnienia 30 Pa i za pomocą generatora RF 3 z układem dopasowania 4 wzbudzono wyładowanie plazmowe o częstotliwości 13,56 MHz i mocy 300 W. Wyładowanie plazmowe prowadzono w czasie 10 min. Po wyjęciu z reaktora podłoże z wytworzoną powłoką dodatkowo wygrzano w piecu w temperaturze 500°C przez 20 minut. W wyniku tego procesu otrzymano dobrze przylegającą do podłoża powłokę hydroksyapatytu.
Claims (3)
1. Sposób wytwarzania powłok ceramicznych metodą zol-żel, zwłaszcza tlenkowych i wapniowo-fosforanowych, w tym hydroksyapatytu na powierzchniach szklanych, ceramicznych, metalowych i polimerowych, polegający na modyfikacji podłoża przed osadzeniem na nim powłoki, osadzeniu powłoki z zolu materiału powłoki oraz modyfikacji osadzonej powłoki, w którym wykorzystuje się technikę wyładowania w plazmie niskotemperaturowej, o częstotliwości 13,56 MHz w atmosferze tlenu, argonu, helu lub ich mieszaniny jako gazu nośnego, znamienny tym, że podłoże, przed osadzeniem na nim powłoki, aktywuje się w wyniku wyładowania plazmowego o mocy 100-500 W prowadzonego w czasie 1-10 min, korzystnie 2-5 min, w atmosferze tlenu, argonu lub ich mieszaniny przepływających z natężeniem 2-50 sccm przy ciśnieniu 10-80 Pa, powłokę ceramiczną osadza się bezpośrednio po aktywacji podłoża, metodą zol-żel, przy ciśnieniu atmosferycznym, bez udziału wyładowania plazmowego, z aerozolu materiału powłoki doprowadzanego za pomocą gazu nośnego - argonu lub azotu przepływającego z szybkością 100-1000 l/h, w czasie 1-15 min, osadzoną powłokę utwardza się w wyniku wyładowania plazmowego o mocy 50-500 W prowadzonego w czasie 3-60 min w atmosferze tlenu,
PL 218 651 B1 argonu, helu lub ich mieszaniny, przepływających z natężeniem 2-50 sccm przy ciśnieniu 10-80 Pa, przy czym aktywację podłoża, osadzanie powłoki oraz utwardzanie osadzonej powłoki wykonuje się w tej samej komorze przystosowanej do wytworzenia w niej próżni i wzbudzania wyładowania jarzeniowego, nadto stosuje się aerozol materiału powłoki wytworzony z zolu tego materiału w generatorze wyposażonym w element piezoelektryczny, połączonym z komorą reakcyjną.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że powłokę ceramiczną osadza się z aerozolu materiału tlenkowego lub wapniowo-fosforanowego, jak tlenek tytanu, tlenek glinu, tlenek cyrkonu, tlenek krzemu, hydroksyapatyt.
3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że wytworzone powłoki, po ich utwardzeniu, ewentualnie poddaje się wygrzewaniu w piecu w temperaturze i czasie uzależnionym od rodzaju powłoki i podłoża.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL395703A PL218651B1 (pl) | 2011-07-19 | 2011-07-19 | Sposób wytwarzania powłok ceramicznych metodą zol-żel |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL395703A PL218651B1 (pl) | 2011-07-19 | 2011-07-19 | Sposób wytwarzania powłok ceramicznych metodą zol-żel |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| PL395703A1 PL395703A1 (pl) | 2013-01-21 |
| PL218651B1 true PL218651B1 (pl) | 2015-01-30 |
Family
ID=47624862
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PL395703A PL218651B1 (pl) | 2011-07-19 | 2011-07-19 | Sposób wytwarzania powłok ceramicznych metodą zol-żel |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| PL (1) | PL218651B1 (pl) |
-
2011
- 2011-07-19 PL PL395703A patent/PL218651B1/pl unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| PL395703A1 (pl) | 2013-01-21 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2009137553A (ru) | Способ нанесения высокопрочного покрытия на изделия и/или производственные материалы | |
| KR20170038778A (ko) | 플라즈마 빔에 의한 기판의 코팅 및 표면 처리 방법 및 장치 | |
| ATE529542T1 (de) | Verfahren zum herstellen metallischer beschichtungen aus flüssigen lösungen mittels eines kalten plasmas | |
| JP7084394B2 (ja) | 優れた安定性及び耐久性を有する親水性の多機能性超薄コーティング | |
| CN101177779A (zh) | 采用磁控溅射在碳化硅反射镜表面涂覆硅膜的方法 | |
| CN113636868B (zh) | 一种氧化锆陶瓷种植体材料的表面涂层方法及其应用 | |
| PL218651B1 (pl) | Sposób wytwarzania powłok ceramicznych metodą zol-żel | |
| JP4791636B2 (ja) | ハイブリッドパルスプラズマ蒸着装置 | |
| Sannomiya et al. | Investigation on Hard-Tissue Compatibility of TiN Surface Formed by Atmospheric-Pressure-Plasma Nitriding | |
| RU2551331C2 (ru) | Способ получения многослойного градиентного покрытия методом магнетронного напыления | |
| Shi et al. | The effect of process conditions on the properties of bioactive films prepared by magnetron sputtering | |
| CN110042371B (zh) | 一种采用低温等离子体制备多孔性热障涂层的装置及方法 | |
| Inagaki et al. | Effects of plasma gas composition on bond strength of hydroxyapatite/titanium composite coatings prepared by rf-plasma spraying | |
| EP2753594B1 (en) | Process for preparing ceramic implants for medical purposes | |
| Yang et al. | A comparison of the microstructural feature and bonding strength of plasma-sprayed hydroxyapatite coatings with hydrothermal and vacuum post-heat treatment | |
| PL214958B1 (pl) | Sposób modyfikacji warstwy wierzchniej tytanu i jego stopów fosforem lub wapniem i fosforem metodą elektrochemicznego utleniania plazmowego | |
| JP2014148718A (ja) | ハイドロキシアパタイト薄膜の製造方法 | |
| CN112176272B (zh) | 一种等离子喷涂制备羟基磷灰石涂层的方法 | |
| SG122046A1 (en) | Process for applying in particular optical coatings | |
| RU2515714C1 (ru) | Способ нанесения нанокомпозитного покрытия на поверхность стального изделия | |
| Sato et al. | Hydroxyapatite formation on calcium phosphate coated titanium | |
| Hwangbo et al. | In-vitro calcium phosphate formation on electrostatic sprayed–perovskite BaTiO3 layer on Ti implant after poling treatment | |
| JP4613303B2 (ja) | セラミックス粉末及び金属粉末を用いた傾斜組織コーティング複合材料及びその作製方法 | |
| CN106583213B (zh) | 一种应用溶胶凝胶法在az31表面制备甲基纤维素/羟基磷灰石复合涂层 | |
| RU2800189C1 (ru) | Способ улучшения роста и адгезии нанопленок меди на подложках кремния с использованием технологии молекулярно-слоевого осаждения |