РАЗРАБОТКА МЕТОДОЛОГИИ И ПРОЦЕССОВ

1. РАЗРАБОТКА МЕТОДОЛОГИИ И ПРОЦЕССОВ МОДИФИКАЦИИ ПОВЕРХНОСТНЫХ СВОЙСТВ ИЗДЕЛИЙ МЕДИЦИНСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ Отделение нанотехнологий и информационных технологий РАН ОНИТ РАН СОВМЕСТНЫЙ НАУЧНЫЙ ПРОЕКТ Институт конструкторско-технологической информатики РАН ИКТИ РАН Докладчик директор ИКТИ РАН, д.т.н., проф. ШЕПТУНОВ СЕРГЕЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ

2. ТРЕБОВАНИЯ К ИЗДЕЛИЯМ МЕДИЦИНСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКИЕ и ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ТРЕБОВАНИЯ ПОТРЕБИТЕЛЬСКИЕ и МЕДИЦИНСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ Надежность, долговечность, высокие эксплуатационные свойства 1. Доступный ценовой уровень при массовом применении 2.Высокая коррозионная стойкость, износостойкость и твердость 2. Упругость при низкой склонности к хрупкому разрушению 3. Низкая химико-физическая поверхностная активность 3. Биологическая активность, способность «приживаться» в организме СОЗДАНИЕ ИЗДЕЛИЙ С ЗАДАННЫМИ ПАРАМЕТРАМИ и «ранее не существовавшими» свойствами

3. КОНЦЕПЦИЯ СОЗДАНИЯ ИННОВАЦИОННЫХ КОМПОЗИТНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ 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 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

4. СЛОЖНОСТРУКТУРИРОВАННЫЙ КОМПОЗИТНЫЙ ПОВЕРХНОСТНЫЙ СЛОЙ АРХИТЕКТУРА СЛОИСТО-КОМПОЗИЦИОННОЙ КЕРАМИКИ (СКК) С НАНОДИСПЕРСНЫМ МНОГОСЛОЙНО-КОМПОЗИЦИОННЫМ ПОКРЫТИЕМ (НПМ) КОНЦЕПЦИЯ АРХИТЕКТУРЫ НПМ 1 – НАНО-ДИСПЕРСНОЕ МНОГОСЛОЙНО- КОМПОЗИЦИОННОЕ ПОКРЫТИЕ; 2 – КЕРАМИЧЕСКИЙ СЛОЙ 1 – НАРУЖНЫЙ СЛОЙ С НАНОТОЛЩИНАМИ СУБСЛОЕВ (пример TiCrAlN, ZrCrAlN, TiCrAlSiN и т.д.) 3 – ТВЕРДОСПЛАВНЫЙ СУБСТРАТ 2 – ПРОМЕЖУТОЧНЫЙ СЛОЙ (пример TiN, ZrN, CrN); 3 – АДГЕЗИОННЫЙ ПОДСЛОЙ (пример Ti,Zr,TiN,ZrN); 4 – СУБСТРАТ

5. НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКИЙ ЗАДЕЛ. ПРИМЕРЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В ПРОМЫШЛЕННОСТИ

6. НЕДОСТАТКИ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ТРАДИЦИОННЫХ ВАКУУМНО - ДУГОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ высокая температура осаждения покрытий, наносимых по стандартным технологиям (от 500 0С и выше) 1 структурные дефекты, наличие капельных включений, микропоры, снижение барьерных и коррозионных свойств покрытий 2 3 электроэрозионное растравливаниеповерхности изделия физические процессы, позволяющие получать более качественные покрытия с меньшим количеством пор (например, магнитронное напыление), не позволяющие получить высокую адгезию между покрытием и основой 4 5 сложность осаждения на изделия из диэлектрических материалов

7. ПРЕИМУЩЕСТВА НОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ МОДИФИЦИРУЮЩИХ ПОКРЫТИЙ И КОМПЛЕКСОВ ВЫСОКАЯ АДГЕЗИЯ по отношению к материалу субстрата ПЛАСТИЧНОСТЬ при высокой сопротивляемости хрупкому разрушению, обеспечиваемая нанодисперсной структурой формируемых покрытий ТВЕРДОСТЬ повышенная износостойкость, коррозионная стойкость; ВОЗМОЖНЫЙ СИНТЕЗ ПОКРЫТИЙ при температурах от 90 оС, чтопозволяетформироватьполучениепокрытийна субстратах из низкотеплостойкихматериалах, в том числе – на диэлектриках ВЫСОКИЕ КАЧЕСТВЕННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ отсутствие микрокапель, низкое содержание пор, однородность структуры

8. ПРИМЕРЫ МОДИФИЦИРУЮЩИХ ПОКРЫТИЙ – НИТРИДОВ, КАРБИДОВ, ОКСИДОВ И ЧИСТЫХ МЕТАЛЛОВ 10-15нм Наноразмерное многослойно-композиционное покрытие Zr-ZrN-(Zr,Cr,Al) Патент РФ «RU № 2198243 C2» Наноградуированное износостойкое покрытие CrN-TiAlNс 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

9. НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ И ОПЫТНО-ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ БАЗА

10. ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ РАЗРАБОТОК Комплект фиксаторов для операции остеосинтеза при переломах бедренной кости Объемная сетчатая основа для создания «искусственной кожи»

11. 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.) ЗНАЧИТЕЛЬНЫЙ СПРОС НА ТЕХНОЛОГИИ СИНТЕЗА И ОТРАБОТКУ ПРОЦЕССОВ ОСАЖДЕНИЯ ПОКРЫТИЙ на изделия из полимерных и биоорганических материалов низкой теплостойкости, таких как силикон и коллаген ИЗВЕСТНЫХ АНАЛОГОВ защитных и биосовместимых покрытий на материалы низкой теплостойкости на рынке НЕ СУЩЕСТВУЕТ

12. Спасибо за внимание!