background image

Projekt implantacji jonowej 

materiałów 

charakteryzujących się 

wysoką odpornością 

tribologiczną

Wydział IMiIP
Inżynieria 
Materiałowa
Rok III

Edyta Kęsek
Kaja Kastelik

IMPLANT STOMATOLOGICZNY

background image

Tribologia

Nauka o procesach zachodzących w ruchomym styku 

ciał stałych,   w której skład wchodzą badania nad 

tarciem, zużywaniem oraz smarowaniem zespołów 

ruchomych maszyn. Stosowanie tej wiedzy pozwala 

osiągnąć polepszenie sprawności, niezawodności           

          i trwałości różnych urządzeń.

background image

Implantacja 

jonowa

Jedna z technik inżynierii jonowej należąca do technologii 

modyfikacji struktury (krystalicznej, geomtrycznej, chemicznej) 

warstwy wierzchniej ciał stałych za pomocą jonów.

Proces implantacji jonowej 

dokonywany jest poprzez 

jonizację atomów, 

dostarczania im dużej 

energii (rozpędzania ich) 

podczas ich ruchu w polu 

elektromagnetycznym i 

kierowanie ich na próbkę 

ciała stałego. Pozwala to na 

dawkowanie dowolnych 

pierwiastków 

z wysoką precyzją. 

background image

Implantacja 

jonowa

ISTOTNE PARAMETRY PROCESU:

rodzaj implantowanych jonów;

energia jonów;

dawka implantowanych jonów;

gęstość prądu wiązki implantowanych jonów.

background image

Implantacja 

jonowa

SCHEMAT 

IMPLANTATORA

background image

Implantacja 

jonowa

DWUWIĄZKOWY 

IMPLANTATOR JONÓW

Zdolność rozdzielcza 
masowa:

dM/M = 1/350

Obraz wiązki jonów:

prostokąt 10x120 mm

Napięcie 
przyspieszające:

5-50 kV

Stabilizacja:

10

-4

Prąd wiązki jonów:

do kilku mA

Krotność jonizacji:

1 - 5 (w zależności od 
pierwiastka)

Gęstość prądu jonów:

około 500 mA/cm

2

background image

Implant 

stomatologic

zny

Implant stomatologiczny to 

śruba      o długości nie 

przekraczającej 20 mm, która 

mocowana jest bezpośrednio     

w kości, aby po ok. 3-6 

miesiącach       w pełni 

zintegrować się z nią i stworzyć 

pewne podparcie, które posłuży 

jako filar estetycznej i 

pełnowartościowej odbudowy 

protetycznej zastępującej w 

pełni utracony ząb.

background image

Wymagania 

dla 

materiału

Wysoka odporność tribologiczna – odporność 

zmęczenieniowa, odporność na ścieranie.

Odporność korozyjna w środowisku tkankowym.

Odporność na korozję chemiczną.

Biozgodność materiałów.

background image

Materiał 

na implant 

TYTAN Z IMPLANTOWANĄ WARSTWĄ JONÓW AZOTU

Tytan - materiał biozgodny, dobrze tolerowany przez całą 

populację. W stosunkowo krótkim czasie zostaje przyjęty 

przez organizm i w procesie osteointegracji zrasta się z 

kością pacjenta stanowiąc z czasem integralną część 

organizmu. Tytan jest metalem niemagnetycznym 

charakteryzującym się wysoką wytrzymałością 

mechaniczną, wysoką odpornością korozyjną        w 

porównaniu z powszechnie stosowanymi biomateriałami 

metalicznymi - tj. stalami austenitycznymi, niską 

gęstością, wysoką wytrzymałością zmęczeniową.

Implantacja jonów azotu – wzrost wytrzymałości 

zmęczeniowej, wzrost wytrzymałości na ścieranie, 

podwyższenie odporności korozyjnej, wzrost zdolności do 

pasywacji tytanu.

background image

Zalety 

procesu 

implantacji

Możliwość implantowania dowolnym pierwiastkiem 

dowolnego materiału, w krótkim czasie (rzędu 10 ÷ 

100 s/cm2powierzchni) i dowolnej temperaturze (nie 

przekraczającej 600°C), znacznie jednak ograniczona 

w zastosowaniach praktycznych; 

Utwardzenie powierzchni materiału, dzięki czemu 

staje się on bardzo odporny na zużycie, a zwłaszcza 

zużycie adhezyjne;

Zmniejszenie tarcia, co redukuje zatarcia;

Zwiększenie wytrzymałości zmęczeniowej nawet o 

30%;

Możliwość prowadzenia procesu w temperaturach 

niskich (zwykle poniżej 200°C) pozwalająca na jego 

stosowanie niezależnie od klasycznej obróbki cieplnej 

do części gotowych, bez zmian kształtu i wymiarów 

wsadu;

background image

Zalety 

procesu 

implantacji

Zachowanie stanu powierzchni (np. powierzchnia 

dogładzona) i jej charakterystyk mechanicznych (np. 

stal odpuszczana w niskiej temperaturze);

Brak rozwarstwień (nie jest to powłoka); 

Znacznie zwiększona odporność na korozję;

łatwość elektrycznego sterowania procesem, 

możliwość precyzyjnej kontroli koncentracji i rozkładu 

dodatków stopujących przez zaprogramowanie dawki 

i energii jonów, możliwość monitorowania;

niskie zużycie energii elektrycznej;

czystość procesu (próżnia) i niezanieczyszczanie 

środowiska naturalnego.

background image

Wady 

procesu 

implantacji

wiązkowość procesu (można implantować 

powierzchnie znajdujące się prostopadle do osi wiązki 

jonów);

niewielka głębokość implantacji (maks. do 1 µm);

niemożność implantowania wsadów o złożonych 

kształtach przestrzennych i ścian głębokich otworów;

bardzo wysoki koszt implantatorów;

wysoki koszt implantacji;

konieczność bardzo dokładnego mycia i czyszczenia 

powierzchni wsadu przed implantacją;

ochrona przed promieniowaniem rentgenowskim.

background image

Bibliografia

http://

mech.pg.edu.pl/documents/174709/23717562/Metody

%20in%C5%BCynierii%20powierzchni

%2013.2014.pdf – 19.10.2014

http://laboratoria.net/download/Artyku

%C5%82y/Biomateria%C5%82y%20metaliczne.pdf – 

19.10.2014

http://winntbg.bg.agh.edu.pl/rozprawy/9740/full9740.

pdf  – 19.10.2014

Karczmarek J., Łunarski J., Stejkowski W., 

Przeciwzmęczeniowa implantacja jonów azotu do 

warstwy wierzchniej stopów tytanu

Burakowski T., Wierzchoń T., Inżynieria powierzchni 

metali, Wyd. Naukowo- Techniczne, Warszawa 1995


Document Outline