НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК


НОВОСИБИРСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА

ISSN (печатн.): 1814-1196          ISSN (онлайн): 2658-3275
English | Русский

Последний выпуск
№3(72) Июль - Сентябрь 2018

Тонкопленочные кальций-фосфатные покрытия на керамике и титане, полученные методом ВЧ-магнетронного распыления

Выпуск № 4 (53) Октябрь - Декабрь 2013
Авторы:

Беркин Александр Борисович,
Дерябина Вера Валерьевна,
Максимовский Евгений Анатольевич,
Шарафутдинов Марат Рашидович
Аннотация
Исследована структура, состав и морфология тонких кальций-фосфатных пленок на оксидированном титане и пористой алюмо-циркониевой керамике, полученных методом ВЧ-магнетронного распыления. Использованы методы дифракции синхротронного излучения длиной волны 1.516 нм, электронной микроскопии высокого разрешения, энергодисперсионного рентгеновского микроанализа (EDX). При нанесении пленки на стационарную подложку, расположенную напротив зоны эррозии мишени, состав кальция лишь незначительно превышает стехиометрический (Са/Р = 1.7 вместо 1.67). При использовании вращающегося подложкодержателя в пленке наблюдается избыток кальция (Са/Р = 2…2.1), по сравнению со стехиометрическим гидроксиапатитом мишени. Установлено, что кристаллическая структура плёнки, толщиной 0.5–1 мкм начинает формироваться в процессе напыления при температуре 250–300 °С как на подложке из титана, так и из керамики. При последующем термическом отжиге на воздухе формирование поликристаллической структуры, соответствующей гидроксиапатиту, происходит при температуре 700–750 °С. Объем пленки в этом случае представляет собой большие агломераты диаметром 500…1000 нм, которые в свою очередь состоят из мелких нанокристаллитов диаметром 40…100 нм. Выявлены отличия в механизме формирования пленки на различных гранях микрочастиц алюмооксидной керамики. На вершинах микрочастиц пленка плохо структурирована, в отличии от боковых граней. Показано, что в процессе работы состав поверхности мишени изменяется - возникает избыток кальция (Са/Р = 1.73). Объемная структура мишени по данным рентгеноструктурного анализа сохраняет структуру поликристаллического гидроксиапатита.  
Ключевые слова: кальций-фосфатные пленки, ВЧ-магнетронное распыление, состав, структура, морфология поверхности, дифракция синхротронного излучения, электронная микроскопия, EDX-анализ

Список литературы
[1] Dee K.C. An Introduction to Tissue-Biomaterial Interactions, John Wiley & Sons Inc. / K.C. Dee, D.A. Puleo. – New York, 2002. [2] ISO 6474-2 Implants for surgery Ceramic materials Part 2: Composite materials based on a highpurity alumina matrix with zirconia reinforcement ttp://www.iso.org/iso/ru/iso_catalogue/catalogue_tc/catalogue_detail.htm?csnumber=50699 ISO 6474-1:2010 Имплантаты для хирургии. Керамические материалы. Часть 1. Керамические материалы на основе оксида алюминия высокой чистоты – http://www.iso.org/iso/ru/iso_catalogue/catalogue_tc/catalogue_detail.htm? csnumber=45577 [3] Гайдаш А.А. и др. Структурные и физико-химические механизмы консолидации костной ткани с Al2O3-ZrO2 керамикой, покрытой методом магнетронного распыления механосинтезированным гидроксиапатитом / А.А. Гайдаш и др. // Труды III международной научно-практической конференции «Современные керамические материалы. Свойства. Технологии. Применение (КерамСиб-2011)», 14–16 сентября 2011, Новосибирск, Нонпарель, 2011. – С. 11–19. [4] ISO 13779-2:2008 Имплантаты для хирургии. Гидроксиапатит. Часть 2. Покрытия из гидроксиапатита www.iso.org/iso/ru/iso.../catalogue_tc_browse.htm? [5] Каназава Т. Неорганические фосфатные материалы / Т. Каназава; пер. с англ., под ред. акад. А.П. Шпака и В.Л. Карбовского. – Киев: Наукова думка, 1998. – 297 с. [6] Баринов С.М. Биокерамика на основе фосфатов кальция / С.М. Баринов, В.С. Комлев. – М.: Наука, 2005. – 204 с. [7] Yang Y. A review on calcium phosphate coatings produced using a sputtering process – an alternative to plasma spraying / Y. Yang, K.-H. Kim, J.L. Ong // Biomaterials. – 2005. – Vol. 26. – Р. 327–337. [8] Dijk K. van Influence of discharge power level on the properties of hydroxyapatine films deposited on Ti6A14V with RF magnetron sputtering / K. van Dijk, H.G. Schaeken, J.C.G. Wolke // J. of Biomedical Materials Research. – 1995. – Vol. 29. – Р. 269–276. [9] Shi J.Z. Application of magnetron sputtering for producing bioactive ceramic coating on implant materials / J.Z. Shi, C.Z. Chen, H.J. Yu // Bull. Mater. Sci. – 2008. – Vol. 3. – № 6. – Р. 877–884. [10] Shuyan Xu, Jidong Long, Lina Sim, RF Plasma Sputtering Deposition of Hydroxyapatite Bioceramics: Synthesis, Performance, and  Biocompatibility   Plasma Process. Polym. – 2005. – № 2. – Р. 373–390. [11] Беркин А.Б. Проблемные вопросы технологии ВЧ магнетронного нанесения кальцийфосфатных покрытий / А.Б. Беркин, В.В. Дерябина, И.А. Батаев // Труды III международной научно-практической конференции «Современные керамические материалы. Свойства. Технологии. Применение (КерамСиб-2011)», 14–16 сентября 2011, Новосибирск, Нонпарель, 2011, стр. 67. [12] Dee K.C. An Introduction to Tissue-Biomaterial Interactions / K.C. Dee, D.A. Puleo, R. Bizios. – New York: John Wiley & Sons Inc., 2002. [13] Сурменев Р.А. ВЧ-магнетронные кальций-фосфатные покрытия на материалах медицинских имплантатов / Р.А. Сурменев, В.Ф. Сурменева, В.Ф. Пичугин // Известия Томского политехнического университета. – 2009. – Т. 315. – № 2. – С. 138–141. [14] Evdokov O.V. In situ time-resolved diffractometry at SSTRC / O.V. Evdokov, V.M. Titov, M.R. Sharafutdinov // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment. 2009. [15] Aulchenko V.M. One-coordinate X-ray detector OD-3M / V.M. Aulchenko, O.V. Evdokov, V.D. Kutovenko, B.Ya. Pirogov, M.R. Sharafutdinov, V.M. 39 Titov, B.P. Tolochko, A.V. Vasiljev, I.A. Zhogin, V.V. Zhulanov // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A 603 – 2009. – Р. 76–79. [16] The International Centre for Diffraction Data (ICDD) Diffraction Data (ICDD), (Database Joint Committee on Powder Diffraction Standards (JCPDS)). http://rapidog.com/jcpds-database-rapidshare.html [17] Gross K.A. Thermal processing of hydroxyapatite for coating production / K.A. Gross, C.C. Berndt // Journal Biomed Materials Res. – 1998. – Vol. 39. – № 4. – P. 580–587. [18] Chun-Jen Liao Thermal decomposition and reconstruction of hydroxyapatite in air athmosphere / Chun-Jen Liao, Feng-Huei Lin, Ko-Shao Chen // Biomaterials. – 1999. – № 20. [19] Y. Yan, J.C.C. Wolke, A.De Ruijter, Li Yubao, J.A. jansen Growth behavior of rat bone marrow cells on RF magnetron sputtered hydroxyapatite and dicalcium pyrofosphate coatings J. of Biomedical Materials Research, part A DOI 10,1002/jbm.a – www.interscience.wiley.com. DOI: 10,1002/jbm.a.30665 [20] Баринов С.М. и др. Морфологические изменения при термическом отжиге нанопорошков гидроксиапатита / С.М. Баринов и др. // Конденсированные среды и межфазные границы. – 2007. – Т. 12. – № 1. – С. 22–27.  
Просмотров: 612