專利名稱：醫(yī)用鈦合金植入材料表面的氮化碳改性薄膜的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于生物醫(yī)用涂層，具體地說，是一種具有良好生物相容性、并可應(yīng)用于外科移 植鈦合金植入體表面的生物醫(yī)用氮化碳(CN》改性薄膜的沉積制備方法。
背景技術(shù)：
生物醫(yī)用材料是指用于醫(yī)療的能植入生物體，或能與生物組織相接合的一類特殊的功 能材料。隨著生命科學(xué)的發(fā)展、醫(yī)療技術(shù)水平的提高，外科移植也越來越成熟，越來越多的 生物醫(yī)用材料被成功地作為外科植入體而移植入患者體內(nèi)。每年有大量的人造髖關(guān)節(jié)、心臟 瓣膜、牙根、眼內(nèi)透鏡等移植到患者體內(nèi)，已實(shí)用化的生物醫(yī)用材料幾乎已可以滿足人體所 有部位的器官移植。
要滿足在人體(生物體)內(nèi)的安全使用，生物醫(yī)用材料必須滿足嚴(yán)格的生物相容性要求。 所謂生物相容性是指生物材料和人體的血液/組織接觸后，在材料-血液/組織界面發(fā)生一系列 相互作用后最終被人體所接受的性能，且材料對(duì)人體的正常生理功能無不良影響、無毒、無 排異反應(yīng)等。對(duì)于已臨床應(yīng)用的各種生物醫(yī)用材料，在具有良好的體材料特性的同時(shí)，很少 能同時(shí)擁有良好的生物相容性。同時(shí)，作為外科移植的醫(yī)用植入材料，還必須具備優(yōu)異的耐 體液腐蝕、耐摩擦磨損、良好的力學(xué)性能等綜合性能。如人工關(guān)節(jié)一般設(shè)計(jì)壽命約為20 50年，在臨床治療的應(yīng)用中至少也要長(zhǎng)達(dá)數(shù)年甚至10年以上。人工關(guān)節(jié)1年內(nèi)要反復(fù)承受 (1.5~3.5"106周次、且數(shù)倍于人體體重的負(fù)荷，因此對(duì)植入材料在復(fù)雜應(yīng)力環(huán)境下的結(jié) 構(gòu)、性能穩(wěn)定性提出了嚴(yán)格的要求。
在包括生物金屬、生物陶瓷(生物玻璃)、生物醫(yī)用功能高分子、復(fù)合材料等在內(nèi)的諸多 生物醫(yī)用材料中，以NiTi形狀記憶合金、T6AI4V合金等為代表的鈦合金，在外科移植治療 中的應(yīng)用非常廣泛。但在金屬植入材料的應(yīng)用過程中，仍存在著許多的問題或隱患，對(duì)患者 的身體健康，甚至生命安全帶來威脅。如在伴隨著人體運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的復(fù)雜應(yīng)力的作用下，生 物金屬材料容易變形和松動(dòng)；由于摩擦磨損或體液銹蝕引發(fā)的金屬離子釋放，以及不良的組 織相容性或血液相容性會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞破壞和凝血等副作用，從而導(dǎo)致外科移植的失敗，甚至危 及患者的生命健康。因此，生物醫(yī)用材料或器械的表面改性非常重要。如在NiTi形狀記憶 合金中含有大量的Ni元素，而Ni具有很強(qiáng)的細(xì)胞毒性和致癌作用，在人體環(huán)境下將由于Ni 離子的析出而造成嚴(yán)重危害；T舊AI4V合金多作為金屬型髖關(guān)節(jié)假體，但其所含有的鋁和釩 元素對(duì)人體細(xì)胞也具有極大的毒性。因此，在鎳鈦(NiTi)合金、Ti6AI4V、鈦鈮鋯錫 (Ti24Nb4Zr7.9Sn)等醫(yī)用鈦合金的表面，也必須沉積或涂覆具有良好力學(xué)及生物相容性的改 性涂層或薄膜。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明的目的是針對(duì)作為醫(yī)用植入體的鈦合金在外科移植治療中的摩擦磨 損、體液腐蝕，以及生物相容性等問題，提供了一種醫(yī)用鈦合金植入材料表面的氮化碳改性 薄膜的制備方法，從而提高鈦合金在外科移植治療中的可靠性、安全性。技術(shù)方案本發(fā)明提出的氮化碳(CN》薄膜，是近年來才發(fā)現(xiàn)的一種新材料。20世紀(jì)80 年代末，科學(xué)家通過理論預(yù)測(cè)當(dāng)碳原子取代氮化硅晶格中的硅原子后可形成以亞穩(wěn)態(tài)存在 的氮化碳，并具有超過金剛石的超高硬度。進(jìn)入90年代后，科學(xué)家們利用各種方法進(jìn)行嘗 試，終于合成制備得到這種自然界中原來并不存在的新材料，并逐漸發(fā)掘出其優(yōu)越的力學(xué)、 半導(dǎo)體特性、非線性光學(xué)、場(chǎng)致發(fā)射等性能。對(duì)氮化碳(CN》的組成及結(jié)構(gòu)分析可發(fā)現(xiàn)，其 組成元素僅為碳和氮元素，且化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，與生物體具有天然的相容性，而與目前常用的 類金剛石(DLC)薄膜、氮化鈦(TiN)薄膜等醫(yī)用改性薄膜相比，在耐摩擦磨損、抗腐蝕等許多 方面都具有更為優(yōu)異的性能。但相對(duì)于鈦合金等金屬醫(yī)用植入材料而言，氮化碳(CN》屬于 無機(jī)共價(jià)化合物，兩者在彈性模量、膨脹系數(shù)、晶格參數(shù)等各多方面都存在著明顯的差異， 如何實(shí)現(xiàn)氮化碳在鈦合金表面的成功沉積和良好結(jié)合，并成功發(fā)揮其良好的生物相容性，則 是制約氮化碳(CN》在外科移植應(yīng)用中的關(guān)鍵。
在本發(fā)明中，醫(yī)用鈦合金植入材料表面的氮化碳改性薄膜的制備利用直流磁控濺射方 法，在鎳鈦合金、Ti6AI4V、鈦鈮鋯錫-Ti24Nb4Zr7.9Sn醫(yī)用鈦合金表面先沉積鈦過渡層， 再濺射具有良好生物醫(yī)用性能的氮化碳改性薄膜。
具體過程如下
1) 靶材和基底的安裝及真空度控制將純鈦靶、高純石墨靶、以及鎳鈦合金、
Ti6AI4V、鈦鈮鋯錫-Ti24Nb4Zr7.9Sn醫(yī)用鈦合金基底分別固定安裝于真空反應(yīng)室 中相應(yīng)的靶位和濺射沉積位置；再關(guān)閉真空反應(yīng)室，依次利用機(jī)械泵、分子泵，將 反應(yīng)室抽至真空，并控制本底真空度-1.0x1(^Pa;
2) 鈦過渡層的沉積
① 以氬氣為工作氣體，氬氣流量為5-30sccm，通過氣體流量計(jì)調(diào)整氬氣的通入 量，并調(diào)整真空室的工作氣壓為0.5-3.0Pa;
② 調(diào)整濺射位置，將純鈦靶對(duì)準(zhǔn)空白濺射位，調(diào)整濺射功率為100-300W，加載電 壓進(jìn)行輝光放電電離氬氣并產(chǎn)生等離子體，利用氬離子刻蝕鈦靶1-2分鐘以除去 表面氧化物、雜質(zhì)以及油污；
③ 再次調(diào)整濺射位置，將純鈦靶對(duì)準(zhǔn)鈦合金，繼續(xù)濺射10-20分鐘；
3) 氮化碳改性薄膜的沉積
① 以氬氣和氮?dú)獾幕旌蠚怏w為工作氣體；氬氣流量為5-30sccm，氮?dú)饬髁繛?-30sccm,通過氣體流量計(jì)調(diào)整氬氣和氮?dú)馔ㄈ肓康南鄬?duì)比例，并控制真空室的 工作氣壓為0.5-3.0Pa;
② 調(diào)整靶位，將高純石墨靶對(duì)準(zhǔn)鈦合金，并繼續(xù)加載電壓進(jìn)行輝光放電轟擊石墨 靶，通過濺射出來的碳離子與真空反應(yīng)室中電離的氮離子結(jié)合為氮化碳，并沉積 到鈦合金表面的鈦過渡層上形成氮化碳薄膜，濺射時(shí)間控制在1-5小時(shí)。
有益效果
1. 工藝簡(jiǎn)單。通過磁控濺射這種制備薄膜的常用技術(shù)，在鈦合金表面先預(yù)沉積鈦(Ti)過渡 層，再繼續(xù)沉積氮化碳(CN》改性薄膜，可有效地提高鈦合金基底與CNx薄膜之間的結(jié)合
力，實(shí)現(xiàn)了CNx薄膜與鈦合金植入材料的良好結(jié)合；
2. 結(jié)構(gòu)可控?？赏ㄟ^濺射時(shí)間的長(zhǎng)短、濺射功率的大小、工作氣體的壓強(qiáng)等參數(shù)的調(diào)整， 對(duì)鈦(Ti)過渡層，以及表面氮化碳(CNx)改性薄膜的表面形貌、厚度等進(jìn)行控制。
3. 沉積所得到的CNx薄膜，具有良好的生物醫(yī)用性能，表現(xiàn)出理想的改性效果。主要體現(xiàn)在以下幾方面
(A) .表面致密均勻光滑，具有優(yōu)異的耐摩擦磨損性能-,
(B) .理化性質(zhì)穩(wěn)定，具有良好的耐腐蝕性能；
(C) .具有優(yōu)越的生物相容性，不會(huì)引起凝血等副反應(yīng)。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1:
以NiTi生物鈦合金作為基底。采用超高真空磁控濺射系統(tǒng)，利用機(jī)械泵、分子泵將反 應(yīng)室抽至至本底真空度S1.0xl(rSpa,先以純鈦?zhàn)鳛榘胁臑R射10分鐘，以氬氣(Ar)作為濺射 氣體，氬氣的流量為20sccm，調(diào)整濺射功率為150W,在NiTi生物鈦合金表面沉積上一層 鈦過渡層。再以高純石墨為靶材，以氬氣和氮?dú)獾幕旌蠚怏w為工作氣體，氬氣的流量為 5sccm，氮?dú)獾牧髁繛?5sccm，繼續(xù)濺射5小時(shí)，在鈦過渡層上沉積得到CNy薄膜。
為做對(duì)比，另用同樣的方法，在NiTi合金表面沉積Ti過渡層后，再繼續(xù)沉積臨床常用 的DLC醫(yī)用改性薄膜，此時(shí)僅使用氬氣作為工作氣體，氬氣的流量控制為20sccm。通過氣 體流量計(jì)調(diào)整氬氣或氬氣/氮?dú)獾耐ㄈ肓?，將沉積鈦過渡層和CW薄膜、以及DLC醫(yī)用改性 薄膜時(shí)的工作氣壓都控制在2.0 Pa，濺射功率均恒定為150W。
對(duì)沉積得到的CNX薄膜進(jìn)行結(jié)構(gòu)形貌觀察，可發(fā)現(xiàn)CN,薄膜為無定型態(tài)，表面光滑致 密，并略優(yōu)于DLC薄膜。利用自動(dòng)劃痕儀，比較CNx薄膜、DLC薄膜與鈦合金的結(jié)合狀 況。結(jié)果表明CrV薄膜的結(jié)合力約為64N，而DLC薄膜的結(jié)合力約為38N。通過預(yù)沉積 Ti過渡層，實(shí)現(xiàn)了 CNx薄膜與鈦合金的結(jié)合，并比臨床應(yīng)用的DLC薄膜具有更高的結(jié)合 力。
實(shí)施例2:
以NiTi生物鈦合金作為基底。采用超高真空磁控濺射系統(tǒng)，利用機(jī)械泵、分子泵將反 應(yīng)室抽至本底真空度sl.0x10—3Pa。先以純鈦?zhàn)鳛榘胁臑R射15鐘，以氬氣作為濺射氣體，氬 氣的流量為30sccm，調(diào)整濺射功率為100W，在NiTi生物鈦合金表面沉積上一層鈦過渡 層。再以高純石墨為靶材，以氬氣和氮?dú)獾幕旌蠚怏w為工作氣體，氬氣的流量為化sccm, 氮?dú)獾牧髁繛?0sccm，繼續(xù)濺射5小時(shí)，在鈦過渡層上沉積得到CNx薄膜。通過氣體流量 計(jì)調(diào)整氬氣或氬氣/氮?dú)獾耐ㄈ肓浚瑢⒊练e鈦過渡層和CNX薄膜時(shí)的工作氣壓恒定為2.5 Pa,濺射功率都為100W。
利用球盤式摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)，以Si3N4陶瓷球?yàn)閷?duì)偶，對(duì)NiTi合金、表面沉積的CNx薄膜 進(jìn)行摩擦磨損對(duì)比。結(jié)果表明，摩擦30分鐘后，在氧化磨損、磨粒磨損、疲勞磨損等機(jī)制綜 合作用下NiTi合金表面產(chǎn)生大量的磨損溝槽和劃痕；而CNx薄膜表面沒有明顯的變化，既沒 有塑性變形，也未見明顯的磨損現(xiàn)象。
實(shí)施例3:
以Ti6AI4V生物鈦合金作為基底。采用超高真空磁控濺射系統(tǒng)，利用機(jī)械泵、分子泵將 反應(yīng)室抽至本底真空度^1.0xl(rSpa。先以純鈦?zhàn)鳛榘胁臑R射10分鐘，以氬氣作為濺射氣 體，氬氣的流量為15sccm,調(diào)整濺射功率為200W,在T6AI4V合金表面沉積上一層鈦過渡 層。再以高純石墨為靶材，以氬氣和氮?dú)獾幕旌蠚怏w為工作氣體，氬氣的流量為15sccm， 氮?dú)獾牧髁繛?5sccm,繼續(xù)濺射2小時(shí)，在鈦過渡層上沉積得到CNU薄膜。
為作對(duì)比，以同樣的方法，在另外一個(gè)Ti6AWV合金表面預(yù)沉積鈦過渡層，再繼續(xù)沉積
5類金剛石(DLC)薄膜。在沉積DLC薄臊時(shí)，僅使用氬氣作為工作氣體，氬氣的流量為 20sccm。通過氣體流量計(jì)調(diào)整氬氣或氬氣/氮?dú)獾耐ㄈ肓?，將沉積鈦過渡層和CNx、 DLC薄 膜時(shí)的工作氣壓恒定為1.0Pa，濺射功率都為200W。
對(duì)沉積得到的CNx薄膜進(jìn)行結(jié)構(gòu)形貌觀察，可發(fā)現(xiàn)CNx薄膜為無定型態(tài)，表面光滑致 密。利用靜滴接觸角測(cè)量?jī)x，對(duì)Ti6AI4V合金基底，以及上述得到的Ti6AI4V-Ti-CNx梯度材 料、Ti6AI4V-Ti-DLC梯度材料進(jìn)行親水性比較。結(jié)果表明CNx薄膜表面的接觸角為32/T, 而Ti6AI4V-Ti-DLC的接觸角為72.3。， Ti6AI4V合金基底的接觸角為45.8"。因此，類金剛石 (DLC)薄膜為疏水性材料，而沉積得到的CN,薄膜的接觸角明顯小于Ti6AI4V基底和DLC薄膜 的接觸角，具有良好的潤(rùn)濕性，有利于提高生物相容性。
實(shí)施例4:
以NiTi生物鈦合金作為基底。采用超高真空磁控濺射系統(tǒng)，利用機(jī)械泵、分子泵將反 應(yīng)窒抽至本底真空度^l.0x10—3Pa。先以純鈦?zhàn)鳛榘胁臑R射5分鐘，以氬氣作為濺射氣體， 氬氣的流量為10sccm，調(diào)整濺射功率為250W，在NiTi合金表面沉積上一層鈦過渡層。再 以高純石墨為靶材，以氬氣和氮?dú)獾幕旌蠚怏w為工作氣體，濺射2小時(shí)，在鈦過渡層上繼續(xù) 沉積得到CNx薄膜。
為作對(duì)比，以同樣的方法，在另外一個(gè)NiTi合金基底表面沉積Ti過渡層和TiN薄膜。 沉積TiN薄膜時(shí)仍采用高純Ti靶，采用氬/氮混合工作氣體，氬氣的流量為5sccm,氮?dú)獾?流量為25sccm。通過氣體流量計(jì)調(diào)整氬氣或氬氣/氮?dú)獾耐ㄈ肓?，將沉積鈦過渡層和CNx薄 膜時(shí)的工作氣壓恒定在1.5Pa，濺射功率都為250W。
利用靜滴接觸角測(cè)量?jī)x，對(duì)NiTi合金基底，以及上述得到的NiTi-Ti-CNx梯度材料、NiTi-Ti-TiN梯度材料進(jìn)行親水性比較。結(jié)果表明CNx表面的接觸角為33.2。，而TiN的表面接觸角 為68.6°，而NiT合金基底的接觸角為50.4、因此，TiN薄膜是弱疏水性材料，而沉積的CN^ 薄膜的接觸角小于NiTi合金和TiN薄膜的接觸角，具有良好的潤(rùn)濕性，有利于提高生物相容 性。
實(shí)施例5:
以鈦鈮鋯錫(Ti24Nb4Zr7.9Sn)生物鈦合金作為基底。采用超高真空磁控濺射系統(tǒng)，利 用機(jī)械泵、分子泵將反應(yīng)室抽至本底真空度^1.0x10-spa。先以純鈦?zhàn)鳛榘胁臑R射15分鐘， 以氬氣作為濺射氣體，氬氣的流量為30sccm,調(diào)整濺射功率為100W，在Ti24Nb4Zr7.9Sn 合金表面預(yù)沉積上一層鈦過渡層。再以高純石墨為靶材，以氬氣和氮?dú)獾幕旌蠚怏w為工作氣 體，氬氣的流量為10sccm，氮?dú)獾牧髁繛?0sccm,繼續(xù)濺射2小時(shí)，在鈦過渡層上沉積 得到CNx薄膜。通過氣體流量計(jì)調(diào)整氬氣或氬氣/氮?dú)獾耐ㄈ肓浚练e鈦過渡層和CNx薄膜 時(shí)的工作氣壓均為1.0Pa。
為作對(duì)比，以同樣的方法，在另外的Ti24Nb4Zr7.9Sn合金表面的鈦過渡層上，繼續(xù)分 別沉積DLC薄膜和TiN薄膜。沉積DLC薄膜時(shí)，仍采用高純石墨靶，僅使用氬氣作為濺射氣 體，氬氣的流量為30sccm,;沉積TiN薄膜時(shí)仍采用高純Ti靶，采用氬/氮混合工作氣體，氬 氣的流量為10sccm，氮?dú)獾牧髁繛?0sccm。沉積DLC和TiN薄膜時(shí)，同樣都是在1.0Pa的工
6作氣壓下繼續(xù)沉積2小時(shí)，濺射功率都為1O0W。
對(duì)Ti24Nb4Zr7.9Sn鈦合金表面，以及本實(shí)施例中的得到的CIV DLC、 TiN等改性薄膜 分別進(jìn)行表面形貌和親水性對(duì)比。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，制備所得到的各種薄膜都具有連續(xù)的界面過渡 結(jié)構(gòu)，以及光滑均勻的表面形貌。但親水性的對(duì)比結(jié)果則表明，DLC薄膜和TiN薄膜的接觸 角分別為73.8°和69.1°,都屬于疏水性材料；而Ti24Nb4Zr7.9Sn鈦合金和CNx薄膜的表面接 觸角分別為59.3。和32.8。，都低于65°，同屬于親水性材料，但CNx薄膜表面的接觸角明顯低 于Ti24Nb4Zr7.9Sn鈦合金59.3。的接觸角，更有利于提高與生物體的親合性。
實(shí)施例6:
以Ti6AI4V生物鈦合金作為基底。采用超高真空磁控濺射系統(tǒng)，利用機(jī)械泵、分子泵將 反應(yīng)室抽至本底真空度S1.0x10—Spa。先以純鈦?zhàn)鳛榘胁臑R射15鐘，以氬氣作為濺射氣體， 氬氣的流量為25sccm,調(diào)整濺射功率為200W，在NiTi生物鈦合金表面沉積上一層鈦過渡 層。再以高純石墨為靶材，以氬氣和氮?dú)獾幕旌蠚怏w為工作氣體，氬氣的流量為10sccm， 氮?dú)獾牧髁繛?0sccm,繼續(xù)濺射3小時(shí)，在鈦過渡層上沉積得到CI^薄膜。通過氣體流量計(jì) 調(diào)整氬氣或氬氣/氮?dú)獾耐ㄈ肓浚练e鈦過渡層和CNx薄膜時(shí)的工作氣壓均為1.5Pa。
將新鮮人血進(jìn)行處理，依次得到抗凝人血、稀釋人血，并利用離心分離得到的上清液體 進(jìn)行血小板黏附試驗(yàn)，測(cè)試和對(duì)比T舊AI4V鈦合金表面，以及CI^薄膜的抗凝血性能。結(jié)果 發(fā)現(xiàn)Ti6AI4V鈦合金的溶血率約為4.58%,而CNx薄膜的烙血率約為1.22%。對(duì)比血小板 在Ti6AI4V鈦合金以及CNy薄膜的黏附形貌可發(fā)現(xiàn)NiTi合金表面黏附了大量的血小板，且 血小板彼此之間交織連接著"偽足"結(jié)構(gòu)，伴隨著基質(zhì)的釋放，顯示血小板處于激活狀態(tài)，存 在著形成血栓的危險(xiǎn)；而在CNx薄膜表面的血小板則形態(tài)保持較好，顯示出良好的抗凝血性 能，濺射功率都為200W。
實(shí)施例7:
以NiTi生物鈦合金作為基底。采用超高真空磁控濺射系統(tǒng)，利用機(jī)械泵、分子泵將反 應(yīng)室抽至本底真空度-1.0x10'Spa。先以純鈦?zhàn)鳛榘胁臑R射5鐘，以氬氣作為濺射氣體，氬 氣的流量為10sccm,調(diào)整濺射功率為150W,在NiTi生物鈦合金表面沉積上一層鈦過渡 層。再以高純石墨為靶材，以氬氣和氮?dú)獾幕旌蠚怏w為工作氣體，氬氣的流量為30sccm， 氮?dú)獾牧髁繛?0sccm，繼續(xù)濺射2小時(shí)，在鈦過渡層上沉積得到CNx薄膜。
為作對(duì)比，以同樣的方法，在另外的NiTi鈦合金表面分別沉積DLC薄膜和TiN薄膜。沉 積DLC薄膜時(shí)，仍采用高純石墨靶，采用氬氣作為濺射氣體，氬氣的流量控制為10sccm; 沉積TiN薄膜時(shí)仍采用高純Ti耙，采用氬/氮混合工作氣體，氬氣的流量為30sccm,氮?dú)獾牧?量為10sccm。在沉積Ti過渡層、CNx薄膜、DLC薄膜、TiN薄膜等時(shí)，通過氣體流量計(jì)調(diào)整 氬氣或氬氣/氮?dú)獾耐ㄈ肓浚瑢⒐ぷ鳉鈮壕刂圃?Pa，濺射功率均恒定為150W。
對(duì)NiTi鈦合金表面，以及本實(shí)施例中的得到的CNx薄膜、DLC薄膜、TiN薄膜分別迸行表 面溶血率測(cè)試。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，NiTi合金的溶血率為2.35。/。， CNx薄膜、DLC薄膜、TiN薄膜等的 溶血率則分別為1.12。/。、 1.94%、 1.62%。上述材料的溶血率都低于醫(yī)用材料5。/。溶血率的要 求，但CNx薄膜的溶血率僅為1.12。/。，體現(xiàn)出最好的血液相容性。
權(quán)利要求
1.一種醫(yī)用鈦合金植入材料表面的氮化碳改性薄膜的制備方法，其特征在于利用直流磁控濺射方法，在鎳鈦合金、Ti6Al4V、鈦鈮鋯錫-Ti24Nb4Zr7.9Sn醫(yī)用鈦合金表面先沉積鈦過渡層，再濺射具有良好生物醫(yī)用性能的氮化碳改性薄膜。
2. 如權(quán)利要求1所述的醫(yī)用鈦合金植入材料表面的氮化碳改性薄膜的制備方法，其特征在于具體過程如下-[1) 靶材和基底的安裝及真空度控制將純鈦靶、高純石墨靶、以及鎳鈦合金、Ti6AI4V、鈦鈮鋯錫-Ti24Nb4Zr7.9Sn醫(yī)用鈦合金基底分別固定安裝于真空反應(yīng)室中相應(yīng)的靶位和濺射沉積位置；再關(guān)閉真空反應(yīng)室，依次利用機(jī)械泵、分子泵，將反應(yīng)室抽至真空，并控制本底真空度^1.0x10—，a;[2) 鈦過渡層的沉積① 以氬氣為工作氣體，氬氣流量為5-30sccm,通過氣體流量計(jì)調(diào)整氬氣的通入 量，并調(diào)整真空室的工作氣壓為0.5-3.0Pa;② 調(diào)整濺射位置，將純釹靶對(duì)準(zhǔn)空白濺射位，調(diào)整濺射功率為100-300W，加載電 壓進(jìn)行輝光放電電離氬氣并產(chǎn)生等離子體，利用氬離子刻蝕鈦靶1-2分鐘以除去 表面氧化物、雜質(zhì)以及油污；③ 再次調(diào)整濺射位置，將純鈦靶對(duì)準(zhǔn)鈦合金，繼續(xù)濺射10-20分鐘；[3) 氮化碳改性薄膜的沉積-① 以氬氣和氮?dú)獾幕旌蠚怏w為工作氣體；氬氣流量為5-30sccm,氮?dú)饬髁繛?-30sccm，通過氣體流量計(jì)調(diào)整氬氣和氮?dú)馔ㄈ肓康南鄬?duì)比例，并控制真空室的 工作氣壓為0.5_3 OPa;② 調(diào)整靶位，將高純石墨靶對(duì)準(zhǔn)鈦合金，并繼續(xù)加載電壓進(jìn)行輝光放電轟擊石墨 靶，通過濺射出來的碳離子與真空反應(yīng)室中電離的氮離子結(jié)合為氮化碳，并沉積 到鈦合金表面的鈦過渡層上形成氮化碳薄膜，濺射時(shí)間控制在1-5小時(shí)。
全文摘要
醫(yī)用鈦合金植入材料表面的氮化碳改性薄膜的制備方法是一種具有良好生物相容性、并可應(yīng)用于外科移植鈦合金植入體表面的生物醫(yī)用氮化碳(CN_x)改性薄膜的沉積制備方法，利用直流磁控濺射方法，在鎳鈦(NiTi)合金、Ti6Al4V、鈦鈮鋯錫(Ti24Nb4Zr7.9Sn)等醫(yī)用鈦合金表面先沉積鈦(Ti)過渡層，再濺射具有良好生物相容性的氮化碳(CN_x)改性薄膜。本發(fā)明的技術(shù)方案，實(shí)現(xiàn)了氮化碳(CN_x)薄膜與鈦合金等醫(yī)用植入材料的良好結(jié)合，并具有良好的生物醫(yī)用性能，有利于提高鎳鈦(NiTi)合金、Ti6Al4V、鈦鈮鋯錫(Ti24Nb4Zr7.9Sn)等醫(yī)用鈦合金植入材料在外科移植治療中的可靠性、安全性。
文檔編號(hào)A61L27/00GK101555586SQ200910030710
公開日2009年10月14日 申請(qǐng)日期2009年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月10日
發(fā)明者敏 劉, 王繼剛 申請(qǐng)人:東南大學(xué)