Anotherdate base material "Ftoraks", covered with silicon carbide
- Authors: Voronov I.A.1
-
Affiliations:
- A.I. Evdokimov Moscow state medical-dental University
- Issue: Vol 20, No 1 (2016)
- Pages: 4-6
- Section: Articles
- URL: https://rjdentistry.com/1728-2802/article/view/42014
- DOI: https://doi.org/10.18821/1728-28022016;20(1):4-6
- ID: 42014
Cite item
Full Text
Abstract
Taking into account that the coating «Pantsyr» is a thin layer of film coating of silicon carbide, to study its hardness was used scanning nanohardness «NanoScan-3D». To study our nanohardness coating samples were produced from plastic «Ftoraks», half of which was coated with a thickness of 1600 nm. Measurements were carried out in 5 randomly selected points on the surface of the plastic samples uncoated and coated with a load on the indenter 1 mN. V result of the study sample nanohardness bases dentures made ofplastic «Ftoraks» uncoated and ion-plasma silicon carbide-coated «Pantsyr» with the help of apparatus «Nano Scan 3D» we are under a load of 1 mN to the indenter, we found that the parameters of the samples nanohardness bases after coating «Pantsyr» increased 1.4 times, reaching values of 310±9 MPa. This result indicates a significant hardening of the surface of the denture base that provides apparently and high wear resistance.
Keywords
Full Text
Введение Для защиты зубных протезов от биодеструкции и изоляции базиса протезов от бактерий разработано новое нанопокрытие «Панцирь» (заявка на патент № 2013127770 от 19 июня 2013 г.) из карбида кремния и способ нанесения его на пластмассы. Покрытие наносится на пластмассы методом ионоплазменного напыления и обладает высокими техническими параметрами и хорошей адгезией к ряду материалов. Цель исследования - определение нанотвердости образцов стоматологического материала из пластмассы «Фто- ракс» с защитным покрытием из карбида кремния, получившего название «Панцирь, на сканирующем нанотвердомере «НаноСкан-ЗБ». Образцы и методы исследования. Для изучения нанотвердости покрытия изготовлены образцы из пластмассы «Фторакс», на половину которых наносили покрытие толщиной 1600 нм. Измерения проводили в 5 произвольно взятых точках на поверхности пластмассовых образцов без покрытия и с покрытием при нагрузке на индентор 1 мН. Принимая во внимание, что покрытие «Панцирь» является тонкослойным пленочным покрытием карбида кремния, для изучения его твердости использовали сканирующий нанотвердомер «НаноСкан-ЗБ» (измерение проводили в ФГБНУ Технологический институт сверхтвердых и новых углеродных материалов (ФГБНУ ТИСНУМ), Москва, го. Original article Показатель Троицк, зав. лаб. Усеинов А.С.) (рис. 1 на вклейке). Данный прибор предназначен для исследования рельефа и структуры поверхностей и измерения механических свойств (твердости и модуля упругости) материалов и тонких пленок в субмикронном и нанометровом масштабе. Сканирующий нанотвердомер «НаноСкан» работает на принципах сканирующей зондовой микроскопии и наноин- дентирования. Отличие данного прибора от классических заключается, в частности, в том, что «НаноСкан» способен осуществлять контролируемое силовое воздействие на исследуемые структуры величиной от нескольких микроньютон до сотен миллиньютон. Не уступая классическим нано- инденторам по возможности измерения твердости, «НаноСкан» существенно превосходит их по качеству получаемых в процессе сканирования изображений поверхности исследуемого материала. Сканирующие нанотвердомеры «НаноСкан» позволяют получать изображения трехмерного рельефа поверхности методом сканирующей зондовой микроскопии. Сканирование производится в полуконтактном режиме алмазным наконечником, закрепленным на пьезокерамическом зонде. Зонд совершает резонансные колебания на частоте f ~10 кГц и с амплитудой А < 50 нм. В процессе сканирования поддерживается постоянной частота f или амплитуда А колебаний. Размер максимального окна сканирования составляет 100x100x10 мкм. Фактическое разрешение, достигаемое при сканировании, ограничивается радиусом пятна контакта наконечника с поверхностью и составляет порядка 10 нм в плоскости XY и не хуже 1 нм по оси Z, что типично для сканирующих силовых микроскопов, работающих на воздухе. Однако все исследования стоматологических материалов методически проводились в достаточно больших микрообъемах материала и при достаточно больших нагрузках, что позволило получить лишь некоторые усредненные оценки измеряемых параметров. В данной работе изучены нанометровые приповерхностные слои материалов на глубине от десятков до сотен нанометров. В результате существенно повышена достоверность оценки параметров твердости. Наибольшее распространение получил метод измерения твердости вдавливанием в поверхность материала индентора определенной формы, деформацией которого можно пренебречь [1]. Он заключается в следующем: твердая игла известной формы вдавливается в поверхность образца с постоянной скоростью. При достижении заданной нагрузки или глубины вдавливания игла отводится в обратном направлении [2]. В процессе нагружения производится выполняется запись значений нагрузки и соответствующего ей смещения иглы. Результирующая зависимость называется кривой нагружения- внедрения (рис. 2 на вклейке). Для анализа кривых могут использоваться применяться разные подходы, при этом в большинстве случаев используется участок кривой, соответствующий разгружению, как, например, в нашей работе. Для расчета твердости пользовались методом, предложенным W.C. Oliver и G.M. Pharr [3]. В рамках данного метода твердость образца H рассчитывали с помощью уравнения: H = P /А, (1) где Ас - площадь проекции отпечатка при максимальном значении приложенной нагрузки P . max Площадь контакта при максимальной нагрузке Ас опреде- Результаты измерения нанотвердости образцов базисов зубных протезов Наноидентирование, 1 мН без покрытия, Н, ГПа с покрытием, Н, ГПа Образцы базисов из 0,22±0,1 0,31±0,09 пластмассы "Фторакс" Наноидентирование, 1 мН 0,5 ляется геометрией индентора и глубиной контакта hc и описывается так называемой функцией формы иглы Ac = f(h ), которая определяется при калибровке индентора на эталонном образце. Данный метод является неразрушающим и позволяет проводить корректные измерения твердости в широком диапазоне значений самых различных материалов от мягких биологических до сверхтвердых алмазоподобных [4]. При этом минимальный размер участка для измерений составляет всего 20 нм. Результаты В результате изучения нанотвердости образцов базисов зубных протезов из пластмассы «Фторакс» без покрытия и с ионно-плазменным карбидокремниевым покрытием «Панцирь» с помощью аппарата «Нано Скан 3D» при нагрузке на индентор 1 мН мы установили, что параметры нанотвердости образцов базисов после нанесения покрытия «Панцирь» повышаются в 1,4 раза, достигая значений 31±9 МПа, по сравнению с образцами без нанесения покрытия - 22±10. Обсуждение Этот результат свидетельствует о значительном упрочнении поверхности базиса протеза, что обеспечивает, по- видимому, и высокую износостойкость (см. таблицу, рис. 3). Заключение Параметры нанотвердости образцов базисов после нанесения покрытия «Панцирь» повышаются в 1,4 раза, достигая значений 31±9 МПа. Этот результат свидетельствует о значительном упрочнении поверхности базиса протеза, что обеспечивает, по-видимому, их высокую износостойкость. Исследование не имело спонсорской поддержки. Автор заявляет об отсутствии конфликта интересов.×
About the authors
Igor' Anatol'evich Voronov
A.I. Evdokimov Moscow state medical-dental University
Email: voronov77@mail.ru
Department of integrated prosthetics; implant surgeon, orthopedist, candidate of medical Sciences, corresponding member of Academy of medical and technical Sciences 127206, Moscow
References
- Хрущев М.М. Трение, износ и микротвердость материалов: Избранные работы (к 120-летию со дня рождения) / Отв. ред. И.Г. Горячева. М.: КРАСАД; 2012.
- ГОСТ 9450-76. Измерение микротвердости вдавливанием алмазных наконечников. Введен 1977-01-01. М.: Издательство стандартов; 1976.
- Oliver W.C., Pharr G.M. An improved technique for determining hardness and elastic modulus using load and displacement sensing indentation experiments. J. Mater. Res. 1992; 7 (06): 1564-83.
- Oliver W.C., Pharr G.M. Measurement of hardness and elastic modulus by instrumented indentation: Advances in understanding and refinements to methodology. J. Mater. Res. 2004; 19 (01): 3-20.