Способ обработки поверхности изделий на основе пиролитического углерода

Изобретение относится к области изготовления изделий медицинского назначения на основе пиролитического углерода и может быть использовано для протезов клапана сердца. Технический результат изобретения - повышение качества изделий путем снижения шероховатости и поверхностной пористости. Поверхность изделий на основе пиролитического углерода, например элементы искусственного клапана сердца на основе углеситалла, пропитывают 5-7% спиртовым раствором 3-аминопропилтриэтоксисилана в ультразвуковой ванне в течение 5-10 минут, а затем подвергают термической обработке при температуре 250- 400°С в течение 20-30 минут. Этапы пропитки и термообработки повторяют до 3 раз. Шероховатость и открытая пористость образцов снижаются примерно на 30%. 3 з.п. ф-лы, 1 табл., 2 ил.

 

Изобретение относится к области изготовления изделий медицинского назначения, а именно к способам снижения шероховатости поверхности изделий медицинского назначения на основе пиролитического углерода, например углеситалла.

Широкое применение в производстве изделий медицинского назначения, например протезов клапана сердца (ПКС), получают композиционные материалы на основе пиролитического углерода, в частности углеситалла. Углеситалл представляет собой пиролитический углерод с добавками, в основном бора или кремния (или их сочетания).

Высокие показатели эффективности и надежности ПКС обеспечиваются низкими значениями поверхностной пористости и шероховатости. В ПКС важно, чтобы клетки не закреплялись на его конструктивных элементах.

Известен способ уплотнения пористых изделий путем пропитки их минеральным маслом и последующей термообработкой при температуре 600-1000°С, с периодическим кратковременным воздействием электрического тока в течение 1-10 с [А.С. № 652153 / Е.К. Лысенко, В.Н. Захаров, Ю.Л. Кудрявцев, В.К. Дворняк // Способ уплотнения пористых изделий. - 1979].

Основными недостатками данного способа являются: технологическая сложность, использование минерального масла, что недопустимо в изделиях медицинского назначения.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ уплотнения пористых графитокерамических изделий, включающий попеременную пропитку суспензией, содержащей один или несколько ультрадисперсных металлических порошков (Ni, Zr, Cr, Ti, Al) и термообработку в кислородосодержащей среде при 200-500°С [Патент РФ № 2175956 / И.Ю. Бурлов, А.Ю. Бурлов, В.П. Исаков // Способ пропитки пористых изделий. - 2001].

Недостатком способа является использование дорогостоящих материалов, а именно суспензии металлических порошков.

Задачей изобретения является разработка способа обработки поверхности изделий из композиционных материалов на основе пиролитического углерода, обеспечивающего повышение их качества, путем снижения шероховатости и поверхностной пористости.

Техническим результатом является уменьшение шероховатости и поверхностной пористости изделий на основе пиролитического углерода.

Поставленная задача решается тем, что поверхность изделий на основе пиролитического углерода пропитывают 5-7% спиртовым раствором 3-аминопропилтриэтоксисилана, а затем подвергают термической обработке при температуре 250-400°С в течение 20-30 минут.

При этом пропитка поверхности изделий может быть осуществлена в течение 5-10 мин с использованием ультразвуковой ванны, а термическая обработка поверхности изделий может быть осуществлена в сушильном шкафу или муфельной печи.

Изобретение поясняется чертежами, на которых представлены схема пропитки изделий из пиролитического углерода спиртовым раствором 3-амино-пропилтриэтоксисилана в ультразвуковой (УЗ) ванне (Фиг.1) и схема термической обработки (Фиг.2).

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.

На первом этапе изделие 5 помещают на решетку 4, установленную в УЗ-ванне, заполненной 5-7% спиртовым раствором 3-амино-пропилтриэтоксисилана (Фиг.1). С использованием УЗ-ванны 3, работающей при частоте 22 кГц (в частности, пьезокерамического преобразователя 2 и блока питания 1), производят пропитку поверхностного слоя материала изделия 5 спиртовым раствором 3-аминопропилтриэтоксисилана 6 в течение 5-10 мин, после которой изделие сушат на воздухе в течение 5-6 минут, что позволяет полностью заполнить дефекты поверхностного слоя материала изделия, в том числе открытые поры, 5-7% спиртовым раствором 3-амино-пропилтриэтоксисилана. При уменьшении времени пропитки (менее 5 мин) дефекты материала заполняются раствором не полностью, а увеличение времени пропитки (свыше 10 мин) является экономически нецелесообразным. На втором этапе изделие 5 с пропитанной поверхностью 9 помещают в сушильный шкаф 7 (или муфельную печь), размещая его на керамической подложке 10, установленной в рабочей камере, и, например, при помощи нагревательных элементов 8 подвергают термообработке в воздушной среде при температуре от 250 до 400°С в течение 20-30 мин (Фиг.2). После выдержки при данной температуре, изделие 5 извлекают из сушильного шкафа 7 и охлаждают на воздухе. Возможно повторение этапов пропитки и термической обработки до трех раз.

В результате данной обработки снижаются открытая пористость и высота неровностей на поверхности изделия за счет формирования в порах и во впадинах массива кристаллической фазы оксида кремния. Толщина формируемого слоя составляет 3-5 мкм.

При использовании для пропитки изделия спиртового раствора 3-амино-пропилтриэтоксисилана с концентрацией более 7% увеличивается гетерогенность поверхности изделия, а при концентрации менее 5% пористость снижается незначительно.

Выбранные режимы термической обработки обеспечивают полное терморазложение 3-амино-пропилтриэтоксисилана до оксида кремния. При уменьшении длительности процесса (до 20 мин) и температуры (до 250°С) в поверхностном слое материала частично сохраняется 3-аминопропилтриэтоксисилан. Увеличение длительности (свыше 30 мин) и температуры (свыше 400°С) термообработки является экономически нецелесообразным.

Примеры выполнения способа обработки поверхности изделий на основе пиролитического углерода.

Обработке подвергались элементы искусственного клапана сердца, изготовленные из углеситалла марки УСБМ на основе пиролитического углерода. Обработка проводилась последовательно, в два этапа. На первом этапе изделие пропитывалось 5-7% спиртовым раствором 3-аминопропилтриэтоксисилана в УЗ-ванне УЗВ2-0,16/37 при частоте 22 кГц в течение 5-9 мин. На втором этапе изделие подвергалось термообработке в муфельной печи МП-2У при температуре от 360 до 400°С в течение 20-30 мин. Охлаждение изделия осуществлялось на воздухе. Параметры технологических режимов обработки изделий и характеристики полученных после обработки поверхностей для различных примеров реализации способа представлены в табл. 1.

Таблица 1

№ п/п Концентрация раствора, % Длительность пропитки в УЗ-ванне, мин Длительность термообработки, мин Температура термообработки, °С Количество циклов термообработки и пропитки Высота неровностей Rmax, мкм Открытая порис-тость, %
11. без обработки - - - - - 0,105 30±5
22. прототип - до 600 до 10 200-500 10-40 0,9 25±5
33 5 5 20 175 2 0,030 27±5
44 6 6 15 360 2 0,032 22±5
55 6 7 25 380 2 0,026 11±5
66 6 7 25 400 2 0,028 16±5
77 6 7 25 420 2 0,053 14±5
88 7 9 20 450 3 0,095 18±5

Для подтверждения снижения шероховатости (ГОСТ 2789-73) и открытой пористости были проведены измерения морфологии поверхности образцов пиролитического углерода, контрольных образцов, обработанных предлагаемым способом (примеры 3-8, табл.1) и образцов, обработанных способом, указанным в прототипе. Результаты измерений максимальной высоты неровностей (Rmax, мкм) и открытой пористости (P, %) представлены в табл.1.

Как показали результаты опытной проверки, предлагаемый способ обработки поверхности пиролитического углерода позволяет снизить шероховатость и открытую пористость примерно до 30%.

1. Способ обработки поверхности изделий на основе пиролитического углерода, характеризующийся тем, что поверхность изделий пропитывают 5-7% спиртовым раствором 3-аминопропилтриэтоксисилана, а затем подвергают термической обработке при температуре 250-400°С в течение 20-30 минут.

2. Способ по п.1, характеризующийся тем, что пропитку поверхности изделий осуществляют в ультразвуковой ванне в течение 5-10 мин.

3. Способ по п.1, характеризующийся тем, что термическую обработку поверхности изделий осуществляют в сушильном шкафу или муфельной печи.

4. Способ по п.1, характеризующийся тем, что этапы пропитки и термообработки поверхности изделий повторяют до трех раз.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к производству керамических изделий радиотехнического назначения из кварцевой керамики. Технический результат изобретения - повышение прочности и снижение пористости изделий из кварцевой керамики при сохранении других характеристик на высоком уровне.
Изобретение относится к способу полировки обожженного керамического изделия, такого как кирпич, плитка. .
Изобретение относится к области авиационной и ракетной техники, преимущественно к способу изготовления оболочки головных антенных обтекателей ракет. .
Изобретение относится к области авиационной и ракетной техники, преимущественно к изготовлению антенных обтекателей ракет. .
Изобретение относится к области ракетной техники, преимущественно к изготовлению антенных обтекателей. .
Изобретение относится к технологии производства изделий из конструкционных материалов на основе карбида кремния и/или углерода, например из спеченного карбида кремния, и может быть использовано для изготовления изделий, работающих в условиях высоких термоциклических нагрузок при температурах до 1650-1750°С на воздухе и в продуктах сгорания топлива, а также в элементах теплоизоляции.
Изобретение относится к области авиационной и ракетной техники, преимущественно к изготовлению антенных обтекателей ракет, и может найти применение в машиностроительной и других областях промышленности при создании изделий, обладающих высокой прочностью в сочетании с радиопрозрачностью во всем диапазоне температур эксплуатации.
Изобретение относится к производству строительных материалов, конкретно - к составам, используемым для пропитки строительных материалов. .

Изобретение относится к области медицинской техники и может быть использовано в кардиохирургии при операциях по замене естественных клапанов сердца. Протез включает кольцеобразный корпус 1, запирающий элемент в виде трех выпукло-вогнутых створок 2 и ограничители хода створок.

Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано для замены пораженных естественных клапанов сердца человека. Протез клапана сердца содержит корпус 1, в котором размещен запирающий элемент в виде двух створок 6.

Изобретение относится к медицине, а именно к сердечно-сосудистой хирургии, и может быть использовано для консервации, стерилизации и модификации биологического материала при изготовлении биопротезов сосудов и клапанов сердца.

Группа изобретений относится к медицине. Модульное протезное клапанное устройство содержит множество модулей и самосборный элемент, каждый из которых для установки в устройстве доставки находится в конфигурации для доставки.

Группа изобретений относится к области медицины. Медицинское устройство для усиления внутрисердечной циркуляции крови в сердце пациента посредством поддержки насосного действия левого желудочка содержит блок перемещения, выполненный с возможностью управляемой поддержки перемещения плоскости митрального клапана вдоль длинной оси левого желудочка сердца и сконфигурированный с возможностью расположения в сердце пациента и нахождения в контакте с упомянутым митральным клапаном, чтобы толкать и/или оттягивать митральный клапан таким образом, что митральный клапан двигается в блоке перемещения при помощи возвратно-поступательного движения в течение систолы вдоль упомянутой длинной оси к верхушке сердца и в течение диастолы вдоль упомянутой длинной оси от упомянутой верхушки.

Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано для замены пораженных естественных клапанов сердца человека. Каркас для биологического протеза клапана сердца содержит жесткий трубчатый вкладыш 2, на котором установлен гибкий элемент 5, имеющий гибкие опоры 6, каждая из которых содержит две гибкие балки 7.

Изобретение относится к медицинским ультразвуковым диагностическим системам, а именно к ультразвуковым системам для размещения медицинских устройств с наведением по трехмерным изображениям.

Изобретение относится к сердечно-сосудистой хирургии и предназначено для замены пораженных естественных митральных клапанов сердца в ходе проведения кардиохирургических операций.

Изобретение относится к сердечно-сосудистой хирургии и предназначено для замены пораженных естественных трикуспидальных клапанов сердца в ходе проведения кардиохирургических операций.

Группа изобретений относится к кардиологии. Устройство для усиления внутрисердечной циркуляции крови в сердце пациента, выполненное с возможностью усиления внутрисердечной циркуляции крови в сердце пациента посредством постоянной поддержки насосного действия левого желудочка, содержит первый фиксирующий блок, выполненный с возможностью имплантации в сердечный сосуд упомянутого сердца вблизи митрального клапана сердца, такого как венозный сердечный сосуд, содержащий венечный синус, большую вену сердца, переднюю межжелудочковую вену или сосуд, являющийся их ответвлением.
Наверх