專利名稱：口腔科用小型等離子體鍍膜裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于復(fù)合表面處理設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種口腔科用小型等離子體鍍 膜裝置。
背景技術(shù)：
純鈦具有良好的理化性能、生物相容性，在口腔醫(yī)學(xué)中廣泛應(yīng)用于制作義齒支架、 冠與固定橋、種植體等。純鈦的缺點是硬度偏低，耐磨性較差，顏色不美觀。氮化鈦具有較 高的硬度、耐磨性和化學(xué)穩(wěn)定性。因此，在純鈦表面制備硬質(zhì)氮化鈦薄膜，不僅可改善鈦的 表面性能，而且使其呈現(xiàn)出美麗的金黃色。鍍膜方法可分為物理氣相沉積PVD和化學(xué)氣相沉積CVD兩大類，物理氣相沉積包 括蒸發(fā)鍍膜，濺射鍍膜和離子鍍膜等，目前最常用的是非平衡磁控濺射鍍和電弧離子鍍。同 濺射鍍膜相比，離子鍍具有繞射性能好，薄膜沉積效率高，膜基結(jié)合力高等優(yōu)點，尤其適合 在外形不規(guī)則物體表面鍍膜。由于氮化鈦的硬度較大，而純鈦的硬度較低，硬質(zhì)TiN薄膜承受載荷時，薄膜、基 體均發(fā)生不同的形變，薄膜容易開裂、脫落。并且TiN薄膜與鈦基體的熱膨脹系數(shù)存在差 異，使薄膜產(chǎn)生熱應(yīng)力，過高的熱應(yīng)力降低了膜基結(jié)合強度，使用一段時間后容易脫膜。另一方面，現(xiàn)有的鍍膜機，主要用于工業(yè)生產(chǎn)，體積龐大，不能進行滲氮鍍膜復(fù)合 處理，不適用在鈦義齒表面鍍膜。因而，研制適用于口腔科應(yīng)用的小型等離子體鍍膜機，對 鈦義齒表面進行等離子滲氮、離子鍍TiN薄膜復(fù)合處理，增加TiN薄膜的膜基結(jié)合強度，從 而提高鈦義齒的性能和美學(xué)效果，具有重要的臨床應(yīng)用價值。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種口腔科用小型等離子體鍍膜裝置，對鈦義齒(鈦支 架、冠橋)表面進行等離子滲氮、TiN鍍膜復(fù)合處理，解決了現(xiàn)有技術(shù)設(shè)備龐大不適用于義 齒的表面處理，以及鈦義齒(鈦支架、冠橋)表面鍍TiN薄膜后容易脫膜的難題。本實用新型所采用的技術(shù)方案是，一種口腔科用小型等離子體鍍膜裝置，在真空 室中設(shè)置有工件架、陰極底盤、熱絲、熱電偶、鈦離子源和陽極板，其中，陰極底盤設(shè)置在工 件架的下方，陰極底盤的絕緣軸向下伸出真空室與高電壓的陰極連接，高電壓的陽極與真 空室的殼體連接，陽極板設(shè)置在工件架的上方，陽極板與熱絲電壓的陽極、真空室的殼體同 時連接；與工件架的高度相當(dāng)?shù)奈恢迷O(shè)置有熱絲、熱電偶和鈦離子源，熱絲與熱絲電流連 接；真空室還連通有氮氣源、氬氣源、氨氣源和真空裝置。本實用新型的有益效果是，結(jié)構(gòu)簡單，布置合理，體積小，制作成本低；本裝置顯 著提高了 TiN薄膜與義齒鈦支架、冠橋的結(jié)合強度，增加了鈦義齒的硬度、耐磨性與耐腐蝕 性，同時可改善鈦義齒的顏色，增進美觀，因而達到了提高鈦義齒機械力學(xué)性能、增加美學(xué) 效果的目的。
圖1是本實用新型裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實用新型裝置的工作流程示意圖。圖中，1.工件架，2.陰極底盤，3.高電壓，4.熱電偶，5.熱電偶電源，6.熱絲電流， 7.鈦離子源，8.離子源電源，9.真空裝置，10.陽極板，11.熱絲電壓，12.真空室，13.熱絲。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和具體實施方式
對本實用新型進行詳細說明。如圖1，本實用新型的裝置其結(jié)構(gòu)是，在真空室12中設(shè)置有工件架1、陰極底盤2、 熱絲13、熱電偶4、鈦離子源7和陽極板10，其中，陰極底盤2設(shè)置在工件架1的下方，陰極 底盤2的絕緣軸向下伸出真空室12與高電壓3的陰極連接，高電壓3的陽極與真空室12 的殼體連接，陽極板10設(shè)置在工件架1的上方，陽極板10與熱絲電壓11的陽極、真空室12 的殼體同時連接；與工件架1的高度相當(dāng)?shù)奈恢迷O(shè)置有熱絲13、熱電偶4和鈦離子源7，熱 絲13與熱絲電流6連接，給熱絲13上提供較高的直流電，熱電偶4與對應(yīng)配置的熱電偶電 源5連接，鈦離子源7與對應(yīng)配置的離子源電源8連接，熱絲電流6的陰極、熱絲13同時與 熱絲電壓11的陰極連接；真空室12還連通有氮氣源、氬氣源、氨氣源和真空裝置9，該四個 氣體管路上分別設(shè)置有閥門K1、K2、K3和Κ4。參照圖2，本實用新型裝置的工作過程是，以鈦支架為例首先，以純鈦ΤΑ2為原料，應(yīng)用真空壓力離心鑄鈦機制作義齒鈦支架，依次進行噴 砂、酸洗、拋光、醇醚混合液清洗，然后將義齒鈦支架置于鍍膜機真空室12的工件架1上，對 真空室12預(yù)熱，并通過真空裝置9抽真空。其次，打開閥門Κ3充入氨，進行等離子滲氮處理。氨在電場力作用下發(fā)生輝光放 電，高能粒子與氣體分子或原子碰撞，使其處于激發(fā)態(tài)，成為活性原子或離子，擴散進入義 齒鈦支架內(nèi)部。滲氮的等離子體源采用熱絲結(jié)構(gòu)，熱絲由熱絲電壓11提供所需熱電子，熱 絲加熱發(fā)出的電子在離化電場作用下向陽極板10作定向運動，顯著增大了電子與中性氣 體分子的碰撞幾率，激發(fā)氣體分子電離形成等離子體，使得氣體在較低的氣壓下仍能維持 穩(wěn)定的輝光放電。熱絲電流6增大時，電子數(shù)量增加，氣體離化率與離子流密度隨之增大。然后，通過真空裝置9抽真空，打開閥門Κ2充入氬氣，對義齒鈦支架進行氬+濺射 清洗，去除義齒鈦支架表面的污染物和吸附氣體。隨后打開閥門Kl充入氮氣，應(yīng)用脈沖真 空電弧離子鍍在義齒鈦支架表面制備TiN薄膜。因為是脈沖放電，液滴還沒有形成，放電 就已結(jié)束，克服了連續(xù)電弧離子鍍存在的液滴問題，提高了薄膜質(zhì)量，調(diào)整工藝參數(shù)，使TiN 薄膜呈現(xiàn)明亮的金黃色外觀。本實用新型裝置，在真空室中完成對鈦義齒(鈦支架、冠橋)表面的等離子滲氮、 脈沖真空電弧離子鍍TiN薄膜復(fù)合處理，滲氮所用的氣體為氨，離子鍍氮化鈦所用氣體為 氮。熱絲等離子體源由鎢絲組成，鎢絲上有較高的直流電通過，作用是發(fā)射熱電子，增加放 電空間的電子數(shù)目及電子與氣體分子的碰撞幾率，增強輝光放電。鈦離子源的作用是使鈦 靶離化，生成鈦離子。熱電偶用于測量義齒鈦支架溫度。綜上所述，在純鈦表面沉積TiN薄膜前，先進行等離子滲氮處理，表面生成滲氮復(fù) 合層和擴散層，可提高鈦基體的硬度。同時，滲氮層與鈦基體的結(jié)合強度較高，相當(dāng)于TiN薄膜與基體之間的過渡層，對硬質(zhì)TiN薄膜起到支撐和應(yīng)力緩沖作用，優(yōu)化從膜層到基體 之間的應(yīng)力分布，可顯著提高TiN薄膜與純鈦義齒鈦支架的結(jié)合強度，可顯著提高鈦義齒 的性能，改善顏色，增進美觀。
權(quán)利要求1.一種口腔科用小型等離子體鍍膜裝置，其特征在于在真空室(1 中設(shè)置有工件架 (1)、陰極底盤⑵、熱絲(13)、熱電偶(4)、鈦離子源(7)和陽極板(10)，其中，陰極底盤(2) 設(shè)置在工件架⑴的下方，陰極底盤⑵的絕緣軸向下伸出真空室(12)與高電壓(3)的陰 極連接，高電壓(3)的陽極與真空室(1 的殼體連接，陽極板(10)設(shè)置在工件架(1)的上 方，陽極板(10)與熱絲電壓(11)的陽極、真空室(12)的殼體同時連接；與工件架⑴的高 度相當(dāng)?shù)奈恢迷O(shè)置有熱絲(13)、熱電偶⑷和鈦離子源(7)，熱絲(13)與熱絲電流(6)連 接；真空室(1 還連通有氮氣源、氬氣源、氨氣源和真空裝置(9)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的口腔科用小型等離子體鍍膜裝置，其特征在于所述的氮氣 源、氬氣源、氨氣源和真空裝置(9)管路上分別設(shè)置有閥門。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的口腔科用小型等離子體鍍膜裝置，其特征在于所述的熱電 偶(4)與對應(yīng)配置的熱電偶電源(5)連接，鈦離子源(7)與對應(yīng)配置的離子源電源(8)連 接，熱絲電流(6)的陰極、熱絲(13)同時與熱絲電壓(11)的陰極連接。
專利摘要本實用新型公開了一種口腔科用小型等離子體鍍膜裝置，在真空室中設(shè)置有工件架、陰極底盤、熱絲、熱電偶、鈦離子源和陽極板，其中，陰極底盤設(shè)置在工件架的下方，陰極底盤的絕緣軸向下伸出真空室與高電壓的陰極連接，高電壓的陽極與真空室的殼體連接，陽極板設(shè)置在工件架的上方，陽極板與熱絲電壓的陽極、真空室的殼體同時連接；與工件架的高度相當(dāng)?shù)奈恢迷O(shè)置有熱絲、熱電偶和鈦離子源，熱絲與熱絲電流連接；真空室還連通有氮氣源、氬氣源、氨氣源和真空裝置。本實用新型的裝置結(jié)構(gòu)簡單，布置合理，體積小；顯著提高了TiN薄膜與義齒鈦支架、冠橋的結(jié)合強度，增加了鈦義齒的硬度、耐磨性與耐腐蝕性，同時改善鈦義齒的顏色，增進美觀。
文檔編號A61C8/00GK201850306SQ20102029356
公開日2011年6月1日 申請日期2010年8月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月17日
發(fā)明者佟宇, 彌謙, 梁海鋒, 郭天文 申請人:中國人民解放軍第四軍醫(yī)大學(xué)