РАЗРАБОТКА МЕТОДОЛОГИИ И ПРОЦЕССОВ МОДИФИКАЦИИ ПОВЕРХНОСТНЫХ СВОЙСТВ ИЗДЕЛИЙ МЕДИЦИНСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ

РАЗРАБОТКА МЕТОДОЛОГИИ И ПРОЦЕССОВ
МОДИФИКАЦИИ ПОВЕРХНОСТНЫХ СВОЙСТВ ИЗДЕЛИЙ
МЕДИЦИНСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ
Отделение
нанотехнологий и
информационных
технологий РАН
ОНИТ РАН
Институт
конструкторскотехнологической
информатики РАН
ИКТИ РАН
СОВМЕСТНЫЙ НАУЧНЫЙ ПРОЕКТ
Докладчик
директор ИКТИ РАН, д.т.н., проф.
ШЕПТУНОВ СЕРГЕЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ
ТРЕБОВАНИЯ К ИЗДЕЛИЯМ
МЕДИЦИНСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ
ТЕХНИЧЕСКИЕ и ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ
ТРЕБОВАНИЯ
ПОТРЕБИТЕЛЬСКИЕ и МЕДИЦИНСКИЕ
ТРЕБОВАНИЯ
1. Надежность, долговечность,
высокие эксплуатационные свойства
1. Доступный ценовой уровень при
массовом применении
2.Высокая коррозионная стойкость,
износостойкость и твердость
2. Упругость при низкой склонности к
хрупкому разрушению
3. Низкая химико-физическая
поверхностная активность
3. Биологическая активность, способность
«приживаться» в организме
СОЗДАНИЕ ИЗДЕЛИЙ С ЗАДАННЫМИ ПАРАМЕТРАМИ
и «ранее не существовавшими» свойствами
КОНЦЕПЦИЯ СОЗДАНИЯ ИННОВАЦИОННЫХ
КОМПОЗИТНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
ТРЕБОВАНИЯ К ПОВЕРХНОСТНОМУ СЛОЮ:
- химическая активность/инертность;
- коррозионная и антиоксидантная стойкость к
агрессивным средам;
- барьерные свойства между субстратами и
биологической средой;
- сохранение микроструктуры;
- высокая адгезия по отношению к субстрату;
- повышенные твёрдость и износостойкость
МАТЕРИАЛ ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ:
Цирконий, Хром, Серебро и их комбинации.
Al2O3, CrN, ZrN, TiN, (Ti,Cr)N, (Ti,Al)N
ТРЕБОВАНИЯ К ОСНОВЕ (СУБСТРАТУ)
- эластичность
- прочность
- технологичность
- сохранность формы
- создание трехмерной (объемной) структуры
- низкая плотность (удельный вес)
- относительно низкая себестоимость
МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ СУБСТРАТОВ:
- титан высокой чистоты (стержни,
микроразмерная проволока и т.д.);
-медицинская нержавеющая сталь (в том числе
прошедшие специальную термообработку),
- ПОЛИМЕРЫ, БИООРГАНИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ
СЛОЖНОСТРУКТУРИРОВАННЫЙ
КОМПОЗИТНЫЙ ПОВЕРХНОСТНЫЙ СЛОЙ
АРХИТЕКТУРА СЛОИСТО-КОМПОЗИЦИОННОЙ КЕРАМИКИ
(СКК) С НАНОДИСПЕРСНЫМ
МНОГОСЛОЙНО-КОМПОЗИЦИОННЫМ ПОКРЫТИЕМ (НПМ)
КОНЦЕПЦИЯ АРХИТЕКТУРЫ
НПМ
1 – НАНО-ДИСПЕРСНОЕ
МНОГОСЛОЙНОКОМПОЗИЦИОННОЕ
ПОКРЫТИЕ;
2 – КЕРАМИЧЕСКИЙ СЛОЙ
3 – ТВЕРДОСПЛАВНЫЙ
СУБСТРАТ
1 – НАРУЖНЫЙ СЛОЙ С
НАНОТОЛЩИНАМИ СУБСЛОЕВ
(пример TiCrAlN, ZrCrAlN, TiCrAlSiN и т.д.)
2 – ПРОМЕЖУТОЧНЫЙ СЛОЙ
(пример TiN, ZrN, CrN);
3 – АДГЕЗИОННЫЙ ПОДСЛОЙ
(пример Ti,Zr,TiN,ZrN);
4 – СУБСТРАТ
НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКИЙ ЗАДЕЛ.
ПРИМЕРЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В ПРОМЫШЛЕННОСТИ
НЕДОСТАТКИ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ТРАДИЦИОННЫХ
ВАКУУМНО - ДУГОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
1
высокая температура осаждения покрытий,
наносимых по стандартным технологиям (от 500 0С и выше)
2
структурные дефекты, наличие капельных включений, микропоры,
снижение барьерных и коррозионных свойств покрытий
3
электроэрозионное растравливание поверхности изделия
4
физические процессы, позволяющие получать более качественные
покрытия с меньшим количеством пор (например, магнитронное
напыление), не позволяющие получить высокую адгезию между
покрытием и основой
5
сложность осаждения на изделия из диэлектрических материалов
ПРЕИМУЩЕСТВА НОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
МОДИФИЦИРУЮЩИХ ПОКРЫТИЙ И КОМПЛЕКСОВ
ТВЕРДОСТЬ
повышенная износостойкость,
коррозионная стойкость;
ПЛАСТИЧНОСТЬ
при высокой сопротивляемости
хрупкому разрушению,
обеспечиваемая нанодисперсной
структурой формируемых покрытий
ВЫСОКИЕ КАЧЕСТВЕННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
отсутствие микрокапель, низкое содержание пор,
однородность структуры
ВЫСОКАЯ АДГЕЗИЯ
по отношению к материалу субстрата
ВОЗМОЖНЫЙ СИНТЕЗ ПОКРЫТИЙ
при температурах от 90 оС, что позволяет
формировать получение покрытий на
субстратах из низкотеплостойких
материалах, в том числе – на
диэлектриках
ПРИМЕРЫ МОДИФИЦИРУЮЩИХ ПОКРЫТИЙ –
НИТРИДОВ, КАРБИДОВ, ОКСИДОВ И ЧИСТЫХ МЕТАЛЛОВ
10-15нм
Наноразмерное многослойно-композиционное
покрытие Zr-ZrN-(Zr,Cr,Al)
Патент РФ «RU № 2198243 C2»
Многослойно-композиционное покрытие Ti-TiN(Ti,Cr,Al.Si)N (Патент РФ «RU № 2198243 C2)
нанесенное на субстрат
из керамического материала Al2O3- 20%TiC
Наноградуированное износостойкое покрытие
CrN-TiAlN с толщиной субслоев 10-15 нм.
Керамические покрытия Al2O3 –Ni (САПФИРОВЫЕ)
различной толщины
НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ И
ОПЫТНО-ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ БАЗА
ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ РАЗРАБОТОК
Комплект фиксаторов для операции
остеосинтеза при переломах бедренной
кости
Объемная сетчатая основа
для создания «искусственной кожи»
ПЕРСПЕКТИВЫ ВНЕДРЕНИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ
РАЗРАБОТОК, ИМЕЮЩИЕСЯ АНАЛОГИ
ШИРОКОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ В МЕДИЦИНЕ
ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ПОКРЫТИЙ
повышенные защитные свойства
и биологическая совместимость изделий
медицинского назначения в технологически
развитых странах
(Германия, США, Швейцария, Япония и др.)
ЗНАЧИТЕЛЬНЫЙ СПРОС
НА ТЕХНОЛОГИИ СИНТЕЗА И ОТРАБОТКУ
ПРОЦЕССОВ ОСАЖДЕНИЯ ПОКРЫТИЙ
на изделия из полимерных и биоорганических
материалов низкой теплостойкости, таких как
силикон и коллаген
ИЗВЕСТНЫХ АНАЛОГОВ защитных и биосовместимых покрытий
на материалы низкой теплостойкости на рынке НЕ СУЩЕСТВУЕТ
Спасибо за внимание!