РАЗРАБОТКА МЕТОДОЛОГИИ И ПРОЦЕССОВ МОДИФИКАЦИИ ПОВЕРХНОСТНЫХ СВОЙСТВ ИЗДЕЛИЙ

МЕДИЦИНСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ

Институт конструкторско-технологической

информатики РАН ИКТИ РАН

СОВМЕСТНЫЙ НАУЧНЫЙ ПРОЕКТ

Докладчикдиректор ИКТИ РАН, д.т.н., проф.

ШЕПТУНОВ СЕРГЕЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ

Отделение нанотехнологий и информационных

технологий РАНОНИТ РАН

ТРЕБОВАНИЯ К ИЗДЕЛИЯМ МЕДИЦИНСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ

СОЗДАНИЕ ИЗДЕЛИЙ С ЗАДАННЫМИ ПАРАМЕТРАМИ и «ранее не существовавшими» свойствами

СОЗДАНИЕ ИЗДЕЛИЙ С ЗАДАННЫМИ ПАРАМЕТРАМИ и «ранее не существовавшими» свойствами

ТЕХНИЧЕСКИЕ и ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ТРЕБОВАНИЯ

ТЕХНИЧЕСКИЕ и ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ТРЕБОВАНИЯ

ПОТРЕБИТЕЛЬСКИЕ и МЕДИЦИНСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ

ПОТРЕБИТЕЛЬСКИЕ и МЕДИЦИНСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ

1. Надежность, долговечность, высокие эксплуатационные свойства

1. Надежность, долговечность, высокие эксплуатационные свойства

1. Доступный ценовой уровень при массовом применении

1. Доступный ценовой уровень при массовом применении

2.Высокая коррозионная стойкость,износостойкость и твердость

2.Высокая коррозионная стойкость,износостойкость и твердость

2. Упругость при низкой склонности к хрупкому разрушению

2. Упругость при низкой склонности к хрупкому разрушению

3. Низкая химико-физическая поверхностная активность

3. Низкая химико-физическая поверхностная активность

3. Биологическая активность, способность «приживаться» в организме

3. Биологическая активность, способность «приживаться» в организме

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

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

ТРЕБОВАНИЯ К ОСНОВЕ (СУБСТРАТУ)- эластичность- прочность- технологичность- сохранность формы- создание трехмерной (объемной) структуры- низкая плотность (удельный вес)- относительно низкая себестоимость

ТРЕБОВАНИЯ К ОСНОВЕ (СУБСТРАТУ)- эластичность- прочность- технологичность- сохранность формы- создание трехмерной (объемной) структуры- низкая плотность (удельный вес)- относительно низкая себестоимость

МАТЕРИАЛ ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ: Цирконий, Хром, Серебро и их комбинации. Al2O3, CrN, ZrN, TiN, (Ti,Cr)N, (Ti,Al)N

МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ СУБСТРАТОВ:- титан высокой чистоты (стержни, микроразмерная проволока и т.д.);-медицинская нержавеющая сталь (в том числе прошедшие специальную термообработку), - ПОЛИМЕРЫ, БИООРГАНИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ

КОНЦЕПЦИЯ СОЗДАНИЯ ИННОВАЦИОННЫХКОМПОЗИТНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

СЛОЖНОСТРУКТУРИРОВАННЫЙ КОМПОЗИТНЫЙ ПОВЕРХНОСТНЫЙ СЛОЙ

АРХИТЕКТУРА СЛОИСТО-КОМПОЗИЦИОННОЙ КЕРАМИКИ (СКК) С НАНОДИСПЕРСНЫМ

МНОГОСЛОЙНО-КОМПОЗИЦИОННЫМ ПОКРЫТИЕМ (НПМ)

АРХИТЕКТУРА СЛОИСТО-КОМПОЗИЦИОННОЙ КЕРАМИКИ (СКК) С НАНОДИСПЕРСНЫМ

МНОГОСЛОЙНО-КОМПОЗИЦИОННЫМ ПОКРЫТИЕМ (НПМ)

1 – НАНО-ДИСПЕРСНОЕ МНОГОСЛОЙНО- КОМПОЗИЦИОННОЕ ПОКРЫТИЕ;

1 – НАНО-ДИСПЕРСНОЕ МНОГОСЛОЙНО- КОМПОЗИЦИОННОЕ ПОКРЫТИЕ;

2 – КЕРАМИЧЕСКИЙ СЛОЙ2 – КЕРАМИЧЕСКИЙ СЛОЙ

3 – ТВЕРДОСПЛАВНЫЙ СУБСТРАТ3 – ТВЕРДОСПЛАВНЫЙ СУБСТРАТ

КОНЦЕПЦИЯ АРХИТЕКТУРЫ НПМ

КОНЦЕПЦИЯ АРХИТЕКТУРЫ НПМ

1 – НАРУЖНЫЙ СЛОЙ С НАНОТОЛЩИНАМИ СУБСЛОЕВ (пример TiCrAlN, ZrCrAlN, TiCrAlSiN и т.д.)

1 – НАРУЖНЫЙ СЛОЙ С НАНОТОЛЩИНАМИ СУБСЛОЕВ (пример TiCrAlN, ZrCrAlN, TiCrAlSiN и т.д.)

2 – ПРОМЕЖУТОЧНЫЙ СЛОЙ (пример TiN, ZrN, CrN); 2 – ПРОМЕЖУТОЧНЫЙ СЛОЙ (пример TiN, ZrN, CrN);

3 – АДГЕЗИОННЫЙ ПОДСЛОЙ(пример Ti,Zr,TiN,ZrN); 3 – АДГЕЗИОННЫЙ ПОДСЛОЙ(пример Ti,Zr,TiN,ZrN);

4 – СУБСТРАТ4 – СУБСТРАТ

НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКИЙ ЗАДЕЛ.ПРИМЕРЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В ПРОМЫШЛЕННОСТИ

НЕДОСТАТКИ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ТРАДИЦИОННЫХ ВАКУУМНО - ДУГОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

высокая температура осаждения покрытий, наносимых по стандартным технологиям (от 500 0С и выше) высокая температура осаждения покрытий, наносимых по стандартным технологиям (от 500 0С и выше)

структурные дефекты, наличие капельных включений, микропоры, снижение барьерных и коррозионных свойств покрытийструктурные дефекты, наличие капельных включений, микропоры, снижение барьерных и коррозионных свойств покрытий

электроэрозионное растравливание поверхности изделияэлектроэрозионное растравливание поверхности изделия

физические процессы, позволяющие получать более качественные покрытия с меньшим количеством пор (например, магнитронное напыление), не позволяющие получить высокую адгезию между покрытием и основой

физические процессы, позволяющие получать более качественные покрытия с меньшим количеством пор (например, магнитронное напыление), не позволяющие получить высокую адгезию между покрытием и основой

сложность осаждения на изделия из диэлектрических материаловсложность осаждения на изделия из диэлектрических материалов

11

22

33

44

55

ТВЕРДОСТЬ повышенная износостойкость,

коррозионная стойкость;

ПЛАСТИЧНОСТЬ при высокой сопротивляемости

хрупкому разрушению, обеспечиваемая нанодисперсной

структурой формируемых покрытий

ВЫСОКИЕ КАЧЕСТВЕННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИотсутствие микрокапель, низкое содержание пор,

однородность структуры

ВЫСОКАЯ АДГЕЗИЯпо отношению к материалу субстрата

ВОЗМОЖНЫЙ СИНТЕЗ ПОКРЫТИЙпри температурах от 90 оС, что позволяет

формировать получение покрытий на субстратах из низкотеплостойких

материалах, в том числе – на диэлектриках

ПРЕИМУЩЕСТВА НОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙМОДИФИЦИРУЮЩИХ ПОКРЫТИЙ И КОМПЛЕКСОВ

ПРИМЕРЫ МОДИФИЦИРУЮЩИХ ПОКРЫТИЙ –НИТРИДОВ, КАРБИДОВ, ОКСИДОВ И ЧИСТЫХ МЕТАЛЛОВ

Наноразмерное многослойно-композиционное покрытие Zr-ZrN-(Zr,Cr,Al)

Патент РФ «RU № 2198243 C2»

Наноградуированное износостойкое покрытие CrN-TiAlN с толщиной субслоев 10-15 нм.

Многослойно-композиционное покрытие Ti-TiN-(Ti,Cr,Al.Si)N (Патент РФ «RU № 2198243 C2)

нанесенное на субстрат из керамического материала Al2O3- 20%TiC

Керамические покрытия Al2O3 –Ni (САПФИРОВЫЕ) различной толщины

10-15нм

НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ И ОПЫТНО-ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ БАЗА

Объемная сетчатая основа для создания «искусственной кожи»

Комплект фиксаторов для операции остеосинтеза при переломах бедренной

кости

ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ РАЗРАБОТОК

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.)

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.)

ИЗВЕСТНЫХ АНАЛОГОВ защитных и биосовместимых покрытий на материалы низкой теплостойкости на рынке НЕ СУЩЕСТВУЕТ

ЗНАЧИТЕЛЬНЫЙ СПРОС НА ТЕХНОЛОГИИ СИНТЕЗА И ОТРАБОТКУ

ПРОЦЕССОВ ОСАЖДЕНИЯ ПОКРЫТИЙ на изделия из полимерных и биоорганических материалов низкой теплостойкости, таких как

силикон и коллаген

ЗНАЧИТЕЛЬНЫЙ СПРОС НА ТЕХНОЛОГИИ СИНТЕЗА И ОТРАБОТКУ

ПРОЦЕССОВ ОСАЖДЕНИЯ ПОКРЫТИЙ на изделия из полимерных и биоорганических материалов низкой теплостойкости, таких как

силикон и коллаген

Спасибо за внимание!