Projekt implantacji jonowej
materiałów
charakteryzujących się
wysoką odpornością
tribologiczną
Wydział IMiIP
Inżynieria
Materiałowa
Rok III
Edyta Kęsek
Kaja Kastelik
IMPLANT STOMATOLOGICZNY
Projekt implantacji jonowej
materiałów
charakteryzujących się
wysoką odpornością
tribologiczną
Wydział IMiIP
Inżynieria
Materiałowa
Rok III
Edyta Kęsek
Kaja Kastelik
IMPLANT STOMATOLOGICZNY
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.
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.
Implantacja
jonowa
ISTOTNE PARAMETRY PROCESU:
rodzaj implantowanych jonów;
energia jonów;
dawka implantowanych jonów;
gęstość prądu wiązki implantowanych jonów.
Implantacja
jonowa
SCHEMAT
IMPLANTATORA
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
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.
Wymagania
dla
materiału
Wysoka odporność tribologiczna – odporność
zmęczenieniowa, odporność na ścieranie.
Odporność korozyjna w środowisku tkankowym.
Odporność na korozję chemiczną.
Biozgodność materiałów.
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.
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;
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.
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.
Bibliografia
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