整形外科用ナノ構造ガラス - セラミックコーティング - 第2部

アモルファス相と結晶相の両方からなるガラスセラミックスは、

バイオマテリアル分野。 バイオガラスよりも優れた点の1つは、強度、耐摩耗性、熱膨張率などの特性を操作する大きな可能性を提供することである[26]。 それらの分解速度またはイオン放出挙動は、後熱処理を用いて結晶化の程度を制御することによって調整することができる[26,27]。 プラズマ溶射技術は、ガラスセラミックを製造するための利点を有する。 第1に、プラズマジェットの炉心領域において最高12000Kの温度を生じる。 第2に、プラズマスプレープロセスの冷却速度は10 6〜10 7 8℃s -1を超える[3]。 これらの熱条件下では、粉末特性および処理パラメータに依存して、供給ジェットがプラズマジェット中で完全にまたは部分的に溶融される。 溶融した粉末は、この高い冷却速度で急速凝固する。 高い冷却速度が溶融物からの核形成および微結晶の成長を抑制することができるので、処理条件を適切に制御することにより、

ガラス及び結晶相を形成し、これによりガラスセラミックコーティングを形成する。 さらに、

適切に処理パラメータを調整することで、プラズマ溶射されたコーティングにナノ構造が付与されることに注目する価値がある[28,29]。これは生体適合性にとって有益であることが証明されている[30-33]。

本研究では、ナノ構造表面を有するガラスセラミックHTコーティングおよびSPコーティングを、

Ti-6Al-4V合金をプラズマ溶射技術を用いて形成する。 この作業では、整形外科用の生物医学用コーティングとしての潜在的な使用が検討された。


2.材料および方法


2.1。 粉末合成およびコーティング製造


高温固体反応によりHT(Ca 2 ZnSi 2 O 7 )粉末とSP(CaTiSiO 5 )粉末を合成した。 簡潔には、試薬グレードのCaCO 3 、ZnOおよびSiO 2粉末をHTセラミック粉末を合成するために2:1:2のモル比で混合した。 Caセラミック粉末を合成するために CaCO TiO及びSiO粉末を1:1:1のモル比で混合した。 乾燥後、混合粉末を1200℃で3時間(HT粉末)、1290℃で6時間(SP粉末)焼結した。 次いで、焼結したままの粉末を粉砕し、篩い分けした。75μm未満の粒子サイズを有する粉末を、プラズマ溶射用の6重量%のポリビニルアルコール(PVA)溶液で再構成することにより流動性を高めた。 粉末の再構成のプロセスは、以下のように簡単に説明することができる:粉末を乳鉢に入れ、穏やかに粉砕する間にPVA溶液を粉末に滴下した。 十分に混合した後、粉末を80℃で12時間乾燥させた。 再構成した粉末を最終的に80メッシュのふるいを用いて篩い分けした。 プラズマ溶射には80メッシュ未満(177μm 未満 )のものを使用した。

商業的Ti-6Al-4Vディスク(HT -7 )にHTおよびSPコーティングを堆積させるために大気プラズマ溶射システム(Sulzer Metco、スイス)を適用した( Baoji Junhang Metal Material Co.、Ltd )を直径15mm、厚さ1mmのものとした プラズマ溶射の前に、ディスクを無水エタノール中で超音波洗浄し、アルミナの砂でグリットブラストした。 コーティングの相組成に関して最適化された処理パラメータは、次のように記載される:アルゴン(40slpm)および水素(12slpm)をそれぞれ第1および補助プラズマ形成ガスとして使用した。 粉体供給速度は、搬送ガスとしてアルゴン(3.5slpm)を用いて約20g /分であった。 プラズマアーク電流および電圧は、それぞれ600Aおよび70Vであった。 噴霧距離は100mmに固定した。 供給管の直径は1.8mm、粉末供給角度は90°、 トーチの速度は10mms - 1であり、隣接するパス間の時間間隔は約5sであった。 全体のサイクル数は20回であった。スプレー後、コーティング試料を半分に切断し、新しい切断面を下に向けてエポキシ樹脂に取り付けた。 断面をSiC研磨紙で研磨し、0.3μmのAl 2 O 3研磨ペーストを用いて研磨した。 微小押し込み試験に用いた被覆試料の表面も研磨し、研磨した。

コーティングの表面および断面の形態は、電界放出走査型電子顕微鏡(SEM、Zeiss EVO 50)によって調べた。 コーティングの相組成を、0.02°のステップサイズでCuKα線を用いたX線回折(XRD、Siemens D6000、Germany)を用いて分析した。 データは、4° -1の走査速度で15〜75 °( )から得られた。 表面粗さ(R a )は表面プロフィルメーター(Hommelwerke T8000-C、ドイツ)によって測定した。 各タイプのコーティングについて3つのサンプルを試験し、各サンプル上の5つの異なるトラックの粗さ値を記録した。 Ra値は平均+標準偏差(sd)(n = 15)として表した。


******つづく******