Proses dan Material Pelapisan Vakum PVD untuk Gigi Tiruan Logam
Satu, Material Inti
1. Material Substrat (Basis Gigi Tiruan Logam)
| Jenis Material | Komposisi & Spesifikasi | Skenario Aplikasi | Keunggulan Utama |
| Paduan Kobalt-Kromium (Co-Cr) | Co: 56-67.8%, Cr: 30-40%, graphene: 0.1-0.6%, karbon nanotube: 0.1-0.6%, hidroksiapatit: 2-3% | Gigi tiruan sebagian lepasan, jembatan tetap | Kekuatan tinggi, tahan korosi, biaya rendah |
| Paduan Titanium (Ti-6Al-4V) | Ti: 90%, Al: 6%, V: 4% | Mahkota implan, abutmen | Biokompatibilitas yang sangat baik, promosi osseointegrasi |
2. Material Pelapis (Lapisan Deposisi PVD)
| Material Pelapis | Rumus Kimia | Metrik Kinerja | Keunggulan Aplikasi Gigi |
| Titanium Karbonitride | TiCN | Kekerasan >35 GPa, ketahanan aus, warna rose-gold | Pencocokan gingiva estetika, umur pakai yang panjang |
| Titanium Nitrida | TiN | Kekerasan 20-25 GPa, tahan korosi | Penampilan emas klasik, pelepasan ion rendah |
| Karbon Seperti Berlian | DLC | Koefisien gesekan .1, permukaan halus | Mengurangi keausan pada gigi yang berlawanan, antibakteri |
| Hidroksiapatit | HA (Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂) | Biodegradable, komposisi seperti tulang | Meningkatkan osseointegrasi, biokompatibilitas gingiva |
3. Material Tambahan
- Gas Proses: Argon kemurnian tinggi (Ar, 99.999%+ untuk sputtering/pembersihan), nitrogen (N₂, untuk pembentukan nitrida)
- Agen Pembersih: Larutan degreasing alkali (konsentrasi 5-10%), etanol anhidrat, bubuk 研磨 hidroksiapatit (0.5μm/40μm)
- Material Target: Target Titanium (Ti), target paduan titanium-aluminium (Ti-Al), target grafit (untuk DLC)
Dua, Proses Pelapisan Standar (Mesin Pelapisan Vakum PVD)
Tahap 1: Pra-Perawatan (Kritis untuk Adhesi)
- Pembersihan Mekanis
- Pembersihan ultrasonik: 20-30 menit dalam larutan alkali (60-80℃) untuk menghilangkan minyak/kontaminan
- Penggilingan permukaan: Pemolesan manual dengan bubuk hidroksiapatit 0.5μm, diikuti dengan penggilingan ultrasonik dalam suspensi etanol (bubuk HA 40μm) selama 20 menit
- Pengeringan: 10-20 menit pada 60-80℃ untuk menghilangkan kelembaban sisa (tegangan permukaan: 30-50 mN/m)
- Aktivasi Kimia
- Etching asam (untuk paduan Co-Cr): Larutan asam klorida encer untuk membuat permukaan mikro-kasar
- Pasivasi: Larutan asam nitrat (pH 2-4) untuk membentuk lapisan oksida padat, meningkatkan ketahanan korosi
- Pembersihan Plasma
- Pelepasan pijar argon dalam ruang vakum (10⁻² Pa)
- Pemboman ion energi tinggi untuk menghilangkan oksida skala nano dan mengaktifkan atom permukaan
Tahap 2: Pembentukan Lingkungan Vakum
- Evakuasi Dua Tahap
- Pemompaan kasar: Pompa mekanis mengurangi tekanan menjadi <10 Pa
- Pemompaan halus: Pompa turbomolekuler + pompa sublimasi titanium untuk mencapai 10⁻³~10⁻⁴ Pa (vakum ultra-tinggi)
- Pemurnian Gas
- Perangkap dingin suhu rendah (-120℃) menghilangkan kelembaban
- Getter zirkonium-aluminium memurnikan gas proses hingga kemurnian 99.999%+
Tahap 3: Deposisi Pelapisan (Kontrol Proses Utama)
| Langkah Proses | Parameter Operasional | Catatan Teknis |
| Pra-Perawatan Target | Target busur: Busur daya rendah 3-5s (A); Target sputtering: Pra-sputtering 10-15 menit | Menghilangkan oksida permukaan target |
| Pemanasan Substrat | Pemanasan inframerah hingga 200-300℃ (paduan Ti) / 300-500℃ (paduan Co-Cr) | Meningkatkan kristalisasi pelapisan |
| Pemboman Ion | Tegangan bias negatif: -50~-200V; Aliran argon: 20-50 sccm | Meningkatkan ikatan antarmuka |
| Deposisi Reaktif | - TiCN: Target Ti + N₂/CH₄ (rasio VCR 3:1) : Target Ti + N₂ (tekanan parsial 0.5-1 Pa) - DLC: Target grafit + Ar/C₂H₂ | Mengontrol stoikiometri pelapisan |
| Kontrol Laju Deposisi | Deposisi busur: 0.5-2 μm/menit; Sputtering magnetron: 0.1-0.5 μm/menit | Ketebalan pelapisan: 3-8 μm (keseragaman ±5%) |
Tahap 4: Pasca-Perawatan & Inspeksi Kualitas
- Annealing Vakum
- Suhu: 300-400℃; Waktu penahanan: 1-2 jam
- Menghilangkan tegangan internal dan meningkatkan kristalinitas pelapisan
- Pengujian Kinerja
- Adhesi: Uji potong silang (ASTM D3359, kelas 5B) atau indentasi Rockwell (kelas HF1)
- Ketahanan korosi: Uji semprotan garam netral (NSS, 500 jam tanpa karat)
- Kualitas Permukaan: Ra ≤0.05 μm (pengukuran profilometer); Stabilitas warna (ΔE .7 setelah perendaman NaCl 34 hari)
- Penyelesaian Akhir
- Pemolesan presisi untuk menyesuaikan kecocokan oklusi
- Pembersihan ultrasonik untuk menghilangkan residu pasca-pemrosesan
（Catatan: Beberapa konten dokumen mungkin dihasilkan oleh AI）
