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025 功能材料 2004 年第 4 期(35) 卷
不同能量离子束辅助沉积对形成氮化钛薄膜性能的影响2
李立1 ,赵杰1 ,李德军1 ,顾汉卿2
(1. 天津师范大学物理与电子信息学院材料研究所,天津 300074 ;2. 天津医科大学泌尿外科研究所,天津 300020)
摘要: 用不同能量离子束辅助沉积方法在医用不锈钢 317L 理控制离子束的能量,能量过高会影响薄膜生长的质量,能量过
和 Si (100) 基底上沉积 TiN 薄膜。通过 X 射线光电子能谱低起不到增强界面混合的作用。因此,正确使用辅助沉积过程
(XPS) 、X 射线衍射(XRD) 和俄歇电子能谱(AES) 分析研究了薄中的离子束能量是值得研究的重要课题。
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膜的结构特征;测试了薄膜与基底的附着力和耐磨性;用电化学因此,本文采用不同能量离子束辅助沉积方法在医用 317L
腐蚀的方法检测了薄膜在 Hank′s 模拟体液中的耐腐蚀性能;最不锈钢表面沉积 TiN 薄膜,测试了薄膜和基体材料之间的附着
后采用成纤维细胞、骨髓细胞体外培养试验考察了生长于不同力和耐磨性以及在 Hank′s 模拟体液中的抗腐蚀性和细胞相容
薄膜表面的细胞粘附、增殖、展布情况及细胞的形态。研究结果性,并用 XRD、XPS 和 AES 分析研究了薄膜的结构特征,初步讨
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表明:用高、低能氮离子兼用的 IBAD 方法制备的 TiN 多晶薄膜论了薄膜结构对其性能的影响为临床应用提供了一些有参考价
比只用高能或低能沉积的薄膜具有更强的附着力和耐磨性,在值的数据。
Hank′s 模拟体液中显示出更强的抗腐蚀能力,并在细胞体外培
2 实验方法
养中显示出良好的细胞相容性。
关键词: 离子束辅助沉积( IBAD) ;氮化钛( TiN) ;附着力;耐腐基底材料 317L 不锈钢的型号为 00Gr18Ni14Mo3 ,其主要化
蚀;细胞体外培养学成分为 C < 0. 03 %、Cr :18 %~20 %、Ni :11 %~15 %、Mo:3 %~
中图分类号: O484 文献标识码:A 4 %、Fe :rem。将其切割成 4mm × 7mm × 3mm 的样品后,将其一
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文章编号:1001 9731(2004) 04 0520 04 面经 800~2000 水砂纸逐级磨光,再用 Al2O3 微粉抛光至镜面
光洁度,再用蒸馏水和无水乙醇进行超声清洗烘干后备用。
1 引言本文用来合成氮化钛薄膜的 IBAD 设备具有两个水冷四工
金属材料用于人体已有数百年的历史[1] 。医用金属材料最位靶台,一个水冷可旋转的四工位样品台,样品台既可公转又可
常用于骨和牙等硬组织修复和替换,如人工关节、人工骨、各种以自转,4 个宽束 Kaufman 离子源,其中的两个聚焦型离子源用
内外固定器械、口腔整矫等。还可广泛用于制作医疗仪器、器件于离子束溅射靶材,一个高能轰击离子源,一个低能轰击离子源
和手术器械,如心脏瓣膜支架、心脏起搏器、生殖避孕器材等。作为辅助沉积。沉积前,将抛光清洗好的 317L 不锈钢和作比较
应用中的主要问题是由于生理环境的腐蚀而造成的金属离子向分析用的硅片(100) 放入 IBAD 设备的水冷可旋转样品台上,抽
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