论文部分内容阅读
TiO2薄膜作为一种抗凝血材料引起广泛的关注,目前已有大量研究表明,TiO2具有优于热解碳（LTIC,目前广泛应用于人工心脏瓣膜的抗凝材料）的血液相容性,为了将TiO2薄膜运用于人工心脏瓣膜表面改性,以提高人工心脏瓣膜的血液相容性,本论文提出在人工心脏瓣膜表面制备TiN/TiO2复合薄膜,在提高人工心脏瓣膜血液相容性的同时也提高人工心脏瓣膜的力学性能。本文采用非平衡磁控溅射技术首先在平面样品（Ti6Al4V）上了制备TiN/TiO2复合薄膜,研究了从TiN薄膜到Ti-O薄膜的过渡方式对复合薄膜力学性能的影响。结果表明,在钛合金表面制备TiN薄膜后,逐渐降低N2流量至0sccm,再沉积一层Ti膜,然后逐渐通入O2得到Ti-O薄膜。此工艺制备的TiN/Ti-O薄膜具有优异的力学性能。在平面样品研究的基础上,本文开展在人工心脏瓣环实物上制备了Ti/TiN多层薄膜、Ti-O薄膜的研究,重点研究了Ti、TiN每层的沉积时间对Ti/TiN多层薄膜的结构和性能的影响。通过工艺的调整,在复杂形状的实物样品上制备出血液相容性优异的TiO2、力学性能优异的Ti/TiN多层薄膜及TiN/TiO2复合薄膜。研究结果表明,沉积时间影响着薄膜是否能形成Ti/TiN多层薄膜的多层结构,对薄膜的机械性能有很大影响,当每一个周期中Ti/TiN沉积时间为72s/180s时,调制周期为100nm,Ti/TiN薄膜由Ti2N和TiN的混合相组成,呈现明显的多层结构,具有较高硬度,较好耐磨性。改变氧流量,在人工心脏瓣环上制备了不同氧含量的Ti-O薄膜,并对其血液相容性以及力学性能进行了研究。结果表明,当O流量为14sccm,薄膜为金红石相的TiO2薄膜,具有半导体性质（方块电阻1400O）,水接触角为57.5;血小板粘附实验结果表明,该薄膜具有优异的血液相容性。在前期实验的基础上,制备了Ti-N/TiO2复合薄膜。力学性能检测发现,Ti-N/TiO2复合薄膜的力学性能（硬度、耐磨性、膜基结合力）均比单层的TiO2薄膜有了大幅提高。本文模拟了人工心脏瓣膜在人体内的服役情况,将样品置于SBF模拟体液中进行摩擦实验,结果显示薄膜的磨损机制为疲劳磨损,在磨损的过程中先有溶液中的Ca、P盐沉积在薄膜表面,在对磨球运动过程中被碾平压紧。随着接触应力的循环加载,薄膜达到疲劳极限后表面出现裂纹,在循环接触应力的作用下,裂纹扩展,最终导致薄膜脱落。本文在实物样品上制备出了血液相容性优异的TiO2薄膜以及抗凝血性能和力学性能都良好的Ti-N/TiO2复合薄膜,这对人工心脏瓣膜、血管支架等心血管人工器官表面改性的研究有重要意义。同时本论文在复杂工件上制备出的具有优异的力学性能Ti/TiN多层薄膜在Ti/TiN多层薄膜工业领域也有重要的应用前景。