Процесс получения металлокерамических материалов с контролируемыми топографией, открытой пористостью и составом поверхности

Штанский Д.В., Левашов Е.А., Шевейко А.Н., Кудряшов А.Е., Батенина И.А.,
Регистрация 11-164-2012 ОИС от 16.04.2012

В перечень подлежащих охране сведений входят:
Технологические режимы и последовательность нанесения функциональных слоев покрытий методами:
- селективного лазерного спекания,
- газодинамического напыления,
- электроэрозионной обработки,
- магнетронного распыления 

Разработана технологическая цепочка получения металлокерамических материалов с контролируемыми топографией, открытой пористостью и элементным составом поверхности, предназначенных для замены поврежденных участков костной ткани. Для получения материалов с различной топографией поверхности в диапазоне Ra=4-80 мкм использовались методы холодного газодинамического напыления и импульсной электроэрозионной обработки. Использование метода селективного лазерного спекания позволило получить материалы с высокой открытой пористостью и средним размером пор 100-300 мкм.  В отличии от методов химического травления, абразивной обработки и капельной наплавки, предложенные методы позволяют сформировать контролируемую по шагу и высоте сетку (или ряды) неровностей. Это обеспечивает оптимальную геометрию поверхности для последующего прорастания костной ткани в углубления рельефа. Второй этап единого технологического цикла, состоит в изменение элементного состава поверхности осуществлялось путем осаждения многокомпонентного биоактивного наноструктурированного покрытия TiCaPCON путем магнетронного распыления композиционной мишени TiC
0.5+10%(Ca3(PO4)2). Конкурентное преимущество этой технологии заключается в использование композиционной мишени, содержащей в своем составе  все необходимые элементы. Покрытие обладают высокой биоактивностью, так как содержат  в своем составе такие функциональные элементы как Ca, P и O. Покрытие обладает высокой  твердостью (более 25 ГПа), упругим восстановлением (>50%) и износостойкостью, чем кардинально отличаются от покрытий из гидроксиаппатита и биоактивных керамических покрытий. Наличие контролируемой пористости позволяет рассматривать данные материалы в качестве имплантатов-контейнеров, с лекарственным препаратом. Таким образом разработана технология обработки имплантатов и получены поверхности с заданной контролируемой шероховатостью и пористостью с твердым износостойким и биоактивным поверхностным слоем. 
Предложен способ комплексной обработки поверхности титановых имплантатов, обеспечивающий получение контролируемого рельефа и заданного элементного состава поверхности для ускорения процесса остеоинтеграции и надежного закрепления имплантата в костной ткани.  Обработка поверхности с использованием технологий селективного лазерного спекания,  газодинамического напыления и электроэрозионной обработки используется для создания микро-шероховатости поверхности. Технология вакуумного магнетронного распыления композиционных мишеней на основе карбида титана, легированного кальцием и фосфором  является финишным этапом обработки и предназначена для осаждения многокомпонентного биоактивного наноструктурного покрытия на ранее полученный рельеф.