Processo e materiali di rivestimento sottovuoto PVD per denti artificiali in metallo
一、Materiali di base
1. Materiali del substrato (basi per denti artificiali in metallo)
| Tipo di materiale | Composizione e specifiche | Scenari applicativi | Vantaggi chiave |
| Lega di cobalto-cromo (Co-Cr) | Co: 56-67,8%, Cr: 30-40%, grafene: 0,1-0,6%, nanotubi di carbonio: 0,1-0,6%, idrossiapatite: 2-3% | Protesi parziali rimovibili, ponti fissi | Elevata resistenza, resistenza alla corrosione, basso costo |
| Lega di titanio (Ti-6Al-4V) | Ti: 90%, Al: 6%, V: 4% | Corone supportate da impianti, monconi | Eccellente biocompatibilità, promozione dell'osteointegrazione |
2. Materiali di rivestimento (strati di deposizione PVD)
| Materiale di rivestimento | Formula chimica | Metriche di prestazione | Vantaggi applicativi dentali |
| Carbonitruro di titanio | TiCN | Durezza >35 GPa, resistenza all'usura, colore oro rosa | Abbinamento estetico gengivale, lunga durata |
| Nitruro di titanio | TiN | Durezza 20-25 GPa, resistenza alla corrosione | Aspetto oro classico, basso rilascio di ioni |
| Carbonio diamantato | DLC | Coefficiente di attrito .1, superficie liscia | Riduce l'usura sui denti antagonisti, antibatterico |
| Idrossiapatite | HA (Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂) | Biodegradabile, composizione simile all'osso | Migliora l'osteointegrazione, biocompatibilità gengivale |
3. Materiali ausiliari
- Gas di processo: Argon ad alta purezza (Ar, 99,999%+ per sputtering/pulizia), azoto (N₂, per la formazione di nitruri)
- Agenti di pulizia: Soluzione alcalina sgrassante (concentrazione 5-10%), etanolo anidro, polvere di idrossiapatite 研磨 (0,5μm/40μm)
- Materiali target: Target di titanio (Ti), target in lega di titanio-alluminio (Ti-Al), target di grafite (per DLC)
二、Processo di rivestimento standard (macchina per rivestimento sottovuoto PVD)
Fase 1: Pre-trattamento (fondamentale per l'adesione)
- Pulizia meccanica
- Pulizia a ultrasuoni: 20-30 minuti in soluzione alcalina (60-80℃) per rimuovere olio/contaminanti
- Levigatura superficiale: Lucidatura manuale con polvere di idrossiapatite da 0,5μm, seguita da levigatura a ultrasuoni in sospensione di etanolo (polvere HA da 40μm) per 20 minuti
- Asciugatura: 10-20 minuti a 60-80℃ per eliminare l'umidità residua (tensione superficiale: 30-50 mN/m)
- Attivazione chimica
- Attacco acido (per leghe Co-Cr): Soluzione diluita di acido cloridrico per creare una superficie micro-ruvida
- Passivazione: Soluzione di acido nitrico (pH 2-4) per formare un film di ossido denso, migliorando la resistenza alla corrosione
- Pulizia al plasma
- Scarica a bagliore di argon nella camera a vuoto (10⁻² Pa)
- Bombardamento ionico ad alta energia per rimuovere ossidi su scala nanometrica e attivare gli atomi superficiali
Fase 2: Stabilimento dell'ambiente sottovuoto
- Evacuazione a due stadi
- Pompaggio preliminare: La pompa meccanica riduce la pressione a<10 Pa
- Pompaggio fine: Pompa turbomolecolare + pompa a sublimazione di titanio per raggiungere 10⁻³~10⁻⁴ Pa (ultra-alto vuoto)
- Purificazione del gas
- Trappola fredda a bassa temperatura (-120℃) rimuove l'umidità
- Getter di zirconio-alluminio purifica i gas di processo a una purezza del 99,999%+
Fase 3: Deposizione del rivestimento (controllo del processo chiave)
| Fase del processo | Parametri operativi | Note tecniche |
| Pre-trattamento del target | Target ad arco: Arcatura a bassa potenza di 3-5 secondi (A); Target di sputtering: Pre-sputtering di 10-15 minuti | Rimuove gli ossidi superficiali del target |
| Riscaldamento del substrato | Riscaldamento a infrarossi a 200-300℃ (lega Ti) / 300-500℃ (lega Co-Cr) | Promuove la cristallizzazione del rivestimento |
| Bombardamento ionico | Tensione di polarizzazione negativa: -50~-200V; Flusso di argon: 20-50 sccm | Migliora l'adesione dell'interfaccia |
| Deposizione reattiva | - TiCN: Target Ti + N₂/CH₄ (rapporto VCR 3:1) : Target Ti + N₂ (pressione parziale 0,5-1 Pa) - DLC: Target di grafite + Ar/C₂H₂ | Controlla la stechiometria del rivestimento |
| Controllo della velocità di deposizione | Deposizione ad arco: 0,5-2 μm/min; Sputtering magnetron: 0,1-0,5 μm/min | Spessore del rivestimento: 3-8 μm (uniformità ±5%) |
Fase 4: Post-trattamento e ispezione di qualità
- Ricottura sottovuoto
- Temperatura: 300-400℃; Tempo di mantenimento: 1-2 ore
- Elimina le sollecitazioni interne e migliora la cristallinità del rivestimento
- Test delle prestazioni
- Adesione: Test a taglio trasversale (ASTM D3359, grado 5B) o indentazione Rockwell (grado HF1)
- Resistenza alla corrosione: Test allo spruzzo di sale neutro (NSS, 500 ore senza ruggine)
- Qualità della superficie: Ra ≤0,05 μm (misurazione con profilometro); Stabilità del colore (ΔE .7 dopo 34 giorni di immersione in NaCl)
- Finitura finale
- Lucidatura di precisione per regolare l'adattamento occlusale
- Pulizia a ultrasuoni per rimuovere i residui di post-elaborazione
（Nota: il contenuto del documento potrebbe essere generato dall'IA）
