Lớp phủ thủy tinh-gốm được cấu trúc nano cho các ứng dụng chỉnh hình-Phần 2

Thủy tinh - gốm sứ bao gồm cả hai pha vô định hình và tinh thể đã thu hút sự quan tâm lớn trong

lĩnh vực vật liệu sinh học. Một trong những ưu điểm của chúng so với bioglass là chúng cung cấp khả năng tuyệt vời để thao tác các đặc tính của chúng, bao gồm độ bền, khả năng chống mài mòn và hệ số giãn nở nhiệt [26]. Tốc độ phân hủy hoặc hành vi giải phóng ion của chúng có thể được điều chỉnh bằng cách kiểm soát mức độ tinh thể hóa bằng cách sử dụng các phương pháp xử lý hậu nhiệt [26,27]. Plasma phun kỹ thuật có lợi thế cho sản xuất thủy tinh-gốm sứ. Thứ nhất, nó tạo ra nhiệt độ lên đến 12 000 K trong vùng lõi của một máy bay phản lực plasma. Thứ hai, tốc độ làm mát của quá trình phun plasma vượt quá 10 6 –10 7 8 ℃ s -1 [3]. Dưới những điều kiện nhiệt này, bột thức ăn được tan hoàn toàn hoặc một phần trong máy bay phản lực plasma, tùy thuộc vào tính chất của bột và các thông số chế biến. Các bột tan chảy trải qua quá trình đông rắn nhanh theo tốc độ làm mát cao này. Khi tốc độ làm mát cao có thể ngăn chặn sự tạo mầm từ tan chảy và sự tăng trưởng của tinh thể, kiểm soát đúng cách điều kiện xử lý có thể giữ cho cả hai

thủy tinh và pha tinh thể trong lớp phủ, do đó tạo thành lớp phủ thủy tinh - gốm. Ngoài ra, nó là

đáng lưu ý rằng việc điều chỉnh các thông số xử lý thích hợp có thể tạo ra lớp phủ phun plasma với cấu trúc nano [28,29], được chứng minh là có lợi cho khả năng tương thích sinh học của chúng [30-33].

Trong nghiên cứu này, lớp phủ HT và gốm thủy tinh với bề mặt nano được lắng đọng trên

Hợp kim Ti-6Al-4V sử dụng kỹ thuật phun plasma. Việc sử dụng tiềm năng của chúng như lớp phủ y sinh cho các ứng dụng chỉnh hình được khám phá trong công việc này.


2. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP


2.1. Tổng hợp bột và chế tạo lớp phủ


Bột HT (Ca 2 ZnSi 2 O 7 ) và SP (CaTiSiO 5 ) được tổng hợp bằng phản ứng rắn nhiệt độ cao. Tóm lại, bột thuốc thử CaCO 3 , ZnO và SiO 2 được trộn với tỷ lệ mol 2: 1: 2 để tổng hợp bột gốm HT; Bột CaCO 3, TiO 2 và SiO 2 được trộn với tỷ lệ mol 1: 1: 1 để tổng hợp bột gốm SP. Sau khi sấy khô, bột hỗn hợp được thiêu kết ở 1200 ℃ trong 3 giờ (bột HT) và ở 1290 ℃ trong 6 giờ (bột SP). Sau đó, bột thiêu kết được nghiền và nghiền bột với kích thước hạt dưới 75 μm đã được thực hiện dễ dàng hơn bằng cách pha với 6 wt% poly (vinyl alcohol) (PVA) giải pháp cho phun plasma. Quá trình hoàn nguyên bột có thể được mô tả ngắn gọn như sau: bột được đặt trong cối, và dung dịch PVA được thêm vào bột khi nghiền nhẹ nhàng. Sau khi trộn kỹ, bột được sấy khô ở 80 ℃ trong 12 h. Các bột hoàn nguyên cuối cùng đã được sieved bằng cách sử dụng 80 lưới sàng. Những người dưới 80 lưới (dưới 177 μm ) được sử dụng để phun plasma.

Một hệ thống phun plasma trong khí quyển (Sulzer Metco, Thụy Sĩ) đã được áp dụng để gửi lớp phủ HT và SP trên các đĩa Ti-6Al-4V thương mại ( Baoji Junhang Metal Material Co., Ltd) ) có đường kính 15 mm và dày 1mm . Trước khi phun plasma, các đĩa được làm sạch ultrasonically trong ethanol tuyệt đối và grit-blasted với cát alumina. Các thông số xử lý, được tối ưu hóa liên quan đến thành phần pha của lớp phủ, được mô tả như sau: argon (40 slpm) và hydro (12 slpm) được sử dụng làm khí tạo thành plasma phụ và chính, tương ứng. Tỷ lệ cho ăn bột là khoảng 20 g min - 1 sử dụng argon (3,5 slpm) như một khí mang. Dòng điện hồ quang plasma và điện áp lần lượt là 600 A và 70 V. Khoảng cách phun được cố định ở 100 mm. Đường kính ống dẫn là 1,8 mm, góc cho ăn bột là 90 °; vận tốc của ngọn đuốc là 10 mms - 1, khoảng thời gian giữa các đèo liền kề là khoảng 5 s; tổng số chu kỳ là 20. Sau khi phun, các mẫu sơn được cắt thành hai nửa và được gắn trong nhựa epoxy với mặt phẳng cắt mới quay xuống. Mặt cắt ngang được nghiền bằng giấy mài mòn SiC và được đánh bóng bằng cách sử dụng bột đánh bóng 0,3 O 2 O 3 . Bề mặt của các mẫu phủ được sử dụng cho các thử nghiệm vi thụt đầu dòng cũng được nghiền và đánh bóng.

Hình thái của bề mặt và mặt cắt ngang của lớp phủ được kiểm tra bằng kính hiển vi điện tử quét phát xạ trường (SEM, Zeiss EVO 50). Thành phần pha của lớp phủ được phân tích bằng cách sử dụng nhiễu xạ tia X (XRD, Siemens D6000, Đức) với bức xạ Cu Ka1 ở bước kích thước 0,02 °. Dữ liệu thu được từ 15 đến 75 ° (2 θ ) ở tốc độ quét 4 ° min -1 . Độ nhám bề mặt (R a ) được đo bằng máy đo bề mặt (Hommelwerke T8000-C, Đức). Ba mẫu cho mỗi loại lớp phủ đã được kiểm tra và các giá trị độ nhám của năm tuyến đường khác nhau trên mỗi mẫu được ghi lại. Giá trị Ra được biểu diễn dưới dạng độ lệch chuẩn + trung bình (sd) (n = 15).


******còn tiếp******