Проекты

Изменение поверхностного рельефа титанового сплава в плазме высокочастотного индукционного разряда

Работа призёра открытой городской научно-практической конференции «Инженеры будущего» в секции «Прикладная физика, энергетика, биофизика, бионика» среди индивидуальных работ учащихся 10−11 классов

Направление работы: Материаловедение
Авторы работы: ГБОУ Школа № 1547
Предметы: Физика, Химия
Классы: 11 класс
Мероприятия: Открытая городская научно-практическая конференция «Инженеры будущего» 16−17 апреля 2018 года

Описание

Титан и его сплавы находят широчайшее применение в биомедицине, особенно в области ортопедических и стоматологических имплантов, что является следствием его подходящих механических свойств, хорошей биосовместимости и устойчивости к коррозии. Однако приживаемость имплантов может быть существенно улучшена при наличии на поверхности рельефа с неровностями в диапазоне 0,1–10 мкм. Подобные исследования чрезвычайно актуальны для применения в биомедицине и микробиологии.

На сегодняшний день известно множество способов модификации сплавов титана, наиболее эффективной, гибкой и экологичной из которых является ионно-плазменная технология − высокочастотный индукционный (ВЧИ) разряд низкого давления, позволяющий формировать плазму с достаточно однородными параметрами в больших объёмах.

Цель:

Установление зависимости между параметрами плазмы высокочастотного индукционного (ВЧИ) разряда и структурой поверхности обрабатываемых в ней образцов титана ВТ1-0.

Задачи:

  1. Измерение температуры электронов и плотности плазмы ВЧИ-разряда.
  2. Травление поверхности образцов ВТ1-0 в различных режимах.
  3. Выявление корреляции между условиями обработки и рельефом.

Результат

Работа проводилась на экспериментальной установке, в которой формирование плазмы осуществлялось при помощи ВЧИ-антенны, подключённой к высокочастотному генератору через автоматизированное согласующее устройство.

Для измерения параметров плазмы использовался двойной зонд. Из экспериментально измеренных вольт-амперных характеристик были получены значения электронной температуры и плотности плазмы ВЧИ-разряда в аргоне при давлении 5–6×10–3 мбар при различной ВЧ-мощности (800–1600 Вт) для значений продольного магнитного поля 12 Гс и 20 Гс. При увеличении давления температура электронов уменьшается; она слабо зависит от мощности и находится на уровне 4–7 эВ. При увеличении давления плотность плазмы растёт и достигает величин ~ 1018 м–3. Величина магнитного поля слабо влияет на значения параметров плазмы.

Облучение образцов ионами проводилось в различных режимах в течение 30 мин с диагностикой поверхности на сканирующем электронном микроскопе.

Получены зависимости рельефа поверхности от параметров плазмы ВЧИ-разряда, соответствующие теоретическим представлениям об оптимальных условиях обработки.