I Wyjazdowa Sesja Naukowa Doktorantów Politechniki Łódzkiej

I Wyjazdowa Sesja Naukowa Doktorantów
Politechniki Łódzkiej
Kwiecień 17 – 19, 2011; Rogów - Polska
BADANIA WPŁYWU RODZAJU MIĘDZYWARSTWY NA ADHEZJĘ POWŁOK
HYDROKSYAPATYTU WYTWARZANYCH METODĄ ZOL-ŻEL NA STOPIE TYTANU
Doktorant: Daniel Kucharski
Promotor: Zbigniew Gawroński
* Instytut Inżynierii Materiałowej, Wydział Mechaniczny, Politechnika Łódzka, Polska
e-mail: [email protected]
Streszczenie
Tematyka rozprawy doktorskiej związana jest z nowymi trendami wykorzystania materiałów
inżynierskich w medycynie do budowy implantów. Priorytetem w tym kierunku jest wytworzenie
takiego materiału, który w otoczeniu ludzkiego organizmu będzie odznaczał się wysoką
biozgodnościąi biofunkcjonalnością. Co za tym idzie materiał taki stosowany m.in. na protezy stawu
biodrowego powinien charakteryzować się odpowiednią odpornością korozyjną, określonymi
właściwościami mechanicznymi (wysoką wytrzymałością na ściskanie, rozciąganie, ścinanie,
zginanie, odpowiednią ciągliwością, twardością i odpornością na ścieranie) oraz tendencją do
tworzenia trwałego połączenia zkością.
Celem niniejszej pracy jest wytworzenie materiału kompozytowego z wykorzystaniem
technologii zol–żel spełniającego wyżej wymienione wymagania. Główny cel tej pracy to dobór
odpowiedniej warstwy przejściowej, która będzie cechowała się najwyższą siłą adhezji pomiędzy
podłożem, a warstwą zewnętrzna. Zastosowana metoda zol–żel służy do modyfikacji powierzchni
materiałów polegającej na nakładaniu powłok o określonych właściwościach. Charakteryzuje się
możliwością otrzymywania wieloskładnikowych i wielowarstwowych powłok o grubości poniżej 1µm
na przedmiotach o złożonych kształtach. W stosunkowo niskich temperaturach procesu w zakresie
200†600oC. Ponadto metoda ta jest prosta, ekonomiczna i efektywna.
Materiały użyte w pracy do budowy kompozytu to: stop tytanu Ti6Al7Nb odznaczający się
dobrymi właściwościami mechanicznymi, dobrą odpornością na korozję oraz biozgodnością, którego
zadaniem jest pełnienie funkcji nośnych. Tlenki TiO2, Al2O3, SiO2 i ZrO2, które charakteryzują się
wysoką jednorodnością warstwy, dobrą przyczepnością do materiału pokrywanego ze względu na
zbliżony współczynnik rozszerzalności cieplnej oraz wysoką odpornością korozyjną. Zadaniem
tlenków jest tworzenie warstwy przejściowej zwiększającej adhezję innych warstw zewnętrznych.
Ceramika hydroksyapatytowaCa10(PO4)6(OH)2, która odznacza się wysoką bioaktywnością, jej skład
chemiczny i fazowy zbliżony jest do ludziej kości i co ważne tworzy trwałe połączenie pomiędzy
materiałem implantowanym a tkanką kostną.
Przewidywany plan badań podzielony został na cztery etapy. I etap – przygotowanie podłoży
i opracowanie parametrów nakładania warstw. II etap – nakładanie powłok na podłoże stopu Ti:
hydroksyapatyt, powłoki tlenkowe (TiO 2, Al2O3, ZrO2, SiO2) i kompozyty tlenek + HAp. III etap
– wykonanie badań na powłokach: skład fazowy, budowa chemiczna, grubość, adhezja, twardość
i moduł E oraz morfologia. IV etap–analiza wyników.
I Wyjazdowa Sesja Naukowa Doktorantów
Politechniki Łódzkiej
Kwiecień 17 – 19, 2011; Rogów - Polska
RESEARCHSINFLUENCE OFA KINDINTERLAYERFOR ADHESION
HYDROXYAPATITECOATINGSPRODUCEDBYSOL-GEL TECHNIQUEON THE
TITANIUM ALLOY
PhD Student: Daniel Kucharski
Supervisor: Zbigniew Gawroński
*Institute of Materials Science and Engineering, Faculty of Mechanical Engineering,
Technical University of Lodz, Poland
e-mail address: [email protected]
Abstract:
Subjectof the doctoral thesisis involvedwith the newtrendsof engineering materialsusedin
medicalapplication. The aimof this studyis to produce acomposite materialusing thesol-geltechnology.
This composite material should have good mechanical propertise, biocompatibility and bioactive. The
maingoalof workisthe selection ofa suitableinterlayer,whichischaracterized by the highestofadhesion
strenghtbetween thesubstrateand theouterlayer.
The sol–gel technique applied in this investigation represents an alternative approach for the
coating preparation with potential advantages such as higher purity and homogenetly, lower
processing temperatures, low thickness layers (below 1µm), simple and cheap method of preparation.
Main components of composite materials: titanium alloy Ti6Al7Nb is used widley as
biomaterials due to its good mechanical properties, excellent corossion resistance and
biocompatibility, its taskisperformas load bearing.
Oxides TiO2, Al2O3, SiO2 and ZrO2, which are characterized by high homogeneity, good
adhesion to the substrates due to thesimilarthermal expansion coefficientandhighcorrosion resistance.
Theirs task are creatingofinterlayer coating, whichare increasing of the adhesionotherouter
layers.Hydroxyapatite Ca10(PO4)6(OH)2 has excelent bioactivity, its chemical and phase composition is
similarity to human tissues and creates chemical bonding between implant material and bone tissue.
The doctoral thesis was divided into four steps: first – preparation materials and methods.
Second – coating films by sol – gel technique. Third – analisys of coating films: phase and chemical
composition (FTIR), adhesion, hardness and module Younge (Nanoindenter), morphology (SEM,
AFM