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



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