[发明专利]一种非晶碳复合涂层及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于耐磨性涂层领域，具体涉及一种通过超高分子量聚乙烯的表面改性及设置非晶碳顶层的非晶碳复合涂层及其制备方法和应用。

背景技术

人工关节置换是目前治疗骨关节领域疾病最有效的方法，它使很多严重骨关节疾病的患者得到康复。但是人工关节的松动是其致命缺点，根据长期的临床观察和实验研究，引起人工关节松动的原因主要由以下原因引起：假体界面间磨损导致金属、陶瓷、高分子碎屑产生，使关节头与臼界面间的匹配性变差，发生无菌松动并最终导致人工关节的失效，而且这些碎屑通常会引起人体内的生物反应，比如炎症或排斥反应，碎屑被巨噬细胞吞噬后出现肉芽肿损害、引起骨质溶解和骨吸收，甚至出现细胞异常分化、癌变、坏死等。这些技术难题的存在导致了人工关节的使用寿命有限，不仅影响了患者的生活质量，而且也造成了治疗成本的增加。

降低人工关节磨损是解决人工关节假体松动难题的关键，目前临床最普遍使用的人工关节摩擦副是由超高分子量聚乙烯(UHMWPE)制成的人工关节臼杯和金属或者陶瓷制成的关节球头配合组成的摩擦副，如何提高较软UHMWPE材质臼杯的耐磨损性能、减少高分子碎屑的产生是当前亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供了一种非晶碳复合涂层技术方案，通过本技术方案的复合涂层具有高耐磨损性能，以及更好的涂层间结合力。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种非晶碳复合涂层，由在UHMWPE基体表面依次沉积，由改性纯碳形成的纯碳超薄底层和由非晶碳形成的非晶碳顶层构成；所述非晶碳包括有sp²非晶碳和sp³非晶碳两种形式；所述非晶碳顶层中所述sp³非晶碳的原子百分比含量为24～28％。

进一步的，所述非晶碳顶层中，垂直于所述非晶碳顶层的厚度方向的各截面的所述sp²非晶碳与sp³非晶碳的比例相同。

进一步的，所述UHMWPE基体表面为改性UHMWPE。

进一步的，所述改性UHMWPE为在-500V的偏压下经氩等离子体改性处理。

进一步的，所述纯碳超薄底层的厚度为2nm～5nm。

进一步的，所述非晶碳顶层的厚度为700nm～900nm。

一种非晶碳复合涂层的制备方法，包括有以下步骤：

1)将UHMWPE基体置放于旋转工作台上，将所述工作台的腔体预抽真空，通入氩气，进行预溅射，清除靶材表面的杂质和氧化物；

2)其中第一碳靶电流维持在0.25～0.5A，第二碳靶全程保持小电流；控制所述氩气的流量，保持偏压值，所述UHMWPE基体相对停留在所述第一碳靶的对面，在对所述UHMWPE基体进行氩等离子体改性的同时沉积改性的纯碳超薄底层，沉积时间为20～35min；

3)提高所述第一碳靶电流并保持在2～2.5A，提高所述氩气流量并保持在设定值，降低所述偏压值，沉积时间为99min～110min，完成由非晶碳形成的所述非晶碳顶层的沉积。

进一步的，在步骤2)中，所述氩气的流量控制在20～35sccm之间；所述偏压值保持在-500V。

进一步的，在步骤3)中，所述氩气流量控制在40～45sccm之间；所述偏压值由-500V降低为-300V。

进一步的，在步骤1)中，所述第一碳靶与所述第二碳靶以所述旋转工作台为中心对称设置。

进一步的，在步骤1)中，所述UHMWPE基体与所述第一碳靶的距离为5-15cm。

进一步的，步骤1)中，将所述腔体预抽真空至10^-4～10^-3Pa，通入氩气，所述氩气流量控制在25～35sccm之间，在-450--550V的偏压以及0.2～0.5A的所述第一碳靶电流下预溅射20～30min。

进一步的，所述第一碳靶和所述第二碳靶均为石墨靶。

上述任一项所述的非晶碳复合涂层，所述非晶碳复合涂层应用于人工关节臼杯。

本发明的有益效果是：