或者干涉光學(xué)系統(tǒng)的方法實(shí)現(xiàn)大面積周期性結(jié)構(gòu)的制備，具有制作大面積周期性酒窩陣列的優(yōu)點(diǎn)。
[0025](6)由于酒窩陣列，可形成關(guān)節(jié)液或者組織液的小型暫存器，同時(shí)減小摩擦副之間的真實(shí)接觸面積，容納摩擦過程中產(chǎn)生的磨粒，達(dá)到減摩擦的目的。
【附圖說明】
[0026]圖1為本發(fā)明的流程圖；
[0027]圖2為本發(fā)明制備的人工髖關(guān)節(jié)球頭模型圖；
[0028]圖3為本發(fā)明采用三光束干涉實(shí)現(xiàn)人工髖關(guān)節(jié)球頭酒窩陣列的系統(tǒng)示意圖；
[0029]圖4為本發(fā)明采用三光束干涉實(shí)現(xiàn)人工髖關(guān)節(jié)球頭酒窩陣列的系統(tǒng)光路圖；
[0030]圖5和圖6為三光束干涉產(chǎn)生的酒窩陣列結(jié)構(gòu)圖案。
【具體實(shí)施方式】
[0031]圖1所示，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)為:
[0032]在人工髖關(guān)節(jié)球頭表面形成圖案化酒窩陣列，即在人工髖關(guān)節(jié)球頭摩擦表面用激光干涉光刻制備圖案化酒窩陣列，包括以下步驟:
[0033]a.對(duì)髖關(guān)節(jié)球頭進(jìn)行超聲清洗；
[0034]b.建立三光束激光干涉光路系統(tǒng)，刻蝕樣品；
[0035]c.改變?nèi)馐缮鎱?shù)，獲得結(jié)構(gòu)周期從納米級(jí)到微米級(jí)可調(diào)，深度可控的周期性點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)；
[0036]d.優(yōu)化三光束干涉系統(tǒng)的干涉光強(qiáng)和曝光時(shí)間參數(shù)，獲得低摩擦、高硬度性能人工髖關(guān)節(jié)球頭。
[0037]如圖2所示，為本發(fā)明制備的人工髖關(guān)節(jié)球頭模型圖；將人工髖關(guān)節(jié)球頭樣品進(jìn)行超聲清洗，依次在丙酮溶液、無水乙醇、去離子水溶液中超聲清洗5min，洗去表面污染物。搭建如圖3所示的干涉光路進(jìn)行干涉，在人工髖關(guān)節(jié)球頭表面制備酒窩點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，制備效果圖如圖2所示，其中酒窩陣列周期為1-10 μ m，酒窩深度為0.3-6 μ m。
[0038]如圖3所示，為本發(fā)明采用三光束干涉實(shí)現(xiàn)人工髖關(guān)節(jié)球頭酒窩陣列的系統(tǒng)示意圖。采用的激光干涉系統(tǒng)由6個(gè)高反鏡(M1-M6)和兩個(gè)分光鏡(B1-B2)組成分光系統(tǒng)。由激光器(Laser)發(fā)出一束激光，被反射鏡M4折轉(zhuǎn)光路，再由分束系統(tǒng)分成三束相干光束，分束系統(tǒng)是由高反鏡、分光鏡、半波片和偏振片組成，經(jīng)折光系統(tǒng)使三束相干光空間對(duì)稱，整形系統(tǒng)在三光束會(huì)聚于樣品前進(jìn)行光束整形，使他們以一定的入射角同時(shí)照射到樣品上，形成圖案化酒窩點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，如圖5、6所示。
[0039]通過改變?nèi)臻g光干涉參數(shù)，參數(shù)包括波長(zhǎng)、空間角、入射角、相位角、偏振狀態(tài)、干涉光強(qiáng)和曝光時(shí)間等，使三光束激光干涉系統(tǒng)干涉圖案的特征尺寸從納米級(jí)到微米級(jí)可調(diào)，在人工髖關(guān)節(jié)球頭表面上干涉得到不同周期、密度、特征尺寸和不同深度的酒窩點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)。
[0040]在三光束會(huì)聚于樣品前對(duì)三束光分別進(jìn)行光束整形，整形系統(tǒng)放置角度依據(jù)光束的入射角度而定，使光斑能量分布更加均勻，整形成均勻光束。
[0041]如圖4所示，由激光器發(fā)出1064nm波長(zhǎng)的激光，經(jīng)分束、折光和整形系統(tǒng)分成三束相干光，會(huì)聚于人工髖關(guān)節(jié)球頭表面，入射光空間角成系統(tǒng)中心軸對(duì)稱分布，即0°、120°、240°，以5°入射角入射，通過波片和偏振片精確控制各光束的光強(qiáng)和偏振方向，偏振方向?yàn)門E-TE-TM，形成周期性光場(chǎng)分布結(jié)構(gòu)，直接刻蝕人工髖關(guān)節(jié)球頭表面形成相對(duì)應(yīng)的酒窩陣列結(jié)構(gòu)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種表面圖案化制備低摩擦高硬度人工髖關(guān)節(jié)球頭的方法，由鈷鉻鉬合金材料制成，其特征在于:在人工髖關(guān)節(jié)球頭表面形成圖案化酒窩陣列，即在人工髖關(guān)節(jié)球頭摩擦表面用激光干涉光刻制備圖案化酒窩陣列，包括以下步驟: a.對(duì)髖關(guān)節(jié)球頭進(jìn)行超聲清洗； b.建立三光束激光干涉光路系統(tǒng)，刻蝕樣品； c.改變?nèi)馐缮鎱?shù)，獲得結(jié)構(gòu)周期從納米級(jí)到微米級(jí)可調(diào)，深度可控的周期性點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)； d.優(yōu)化三光束干涉系統(tǒng)的干涉光強(qiáng)和曝光時(shí)間等參數(shù)，獲得低摩擦高硬度性能人工髖關(guān)節(jié)球頭。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述圖案化酒窩陣列由大面積周期性微型酒窩有序陣列組成，制備的酒窩陣列周期為1-10 μ m，酒窩深度為0.3-6 μ mo3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述三光束激光干涉系統(tǒng)由激光器，分束，折光和整形系統(tǒng)組成，由激光器發(fā)出一束激光，經(jīng)分束系統(tǒng)分成三束相干光束，分束系統(tǒng)是由高反鏡、分光鏡、半波片和偏振片組成，經(jīng)折光系統(tǒng)使三束相干光空間對(duì)稱，整形系統(tǒng)在三光束會(huì)聚于樣品前進(jìn)行光束整形，使他們以一定的入射角同時(shí)照射到樣品上，改變?nèi)臻g光干涉參數(shù)，參數(shù)包括波長(zhǎng)、空間角、入射角、相位角、偏振狀態(tài)、干涉光強(qiáng)和曝光時(shí)間，使三光束激光干涉系統(tǒng)干涉圖案的特征尺寸從納米級(jí)到微米級(jí)可調(diào)，在人工髖關(guān)節(jié)球頭表面上干涉得到不同周期、密度、特征尺寸和不同深度的酒窩點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于:在三光束會(huì)聚于樣品前進(jìn)行光束整形，整形系統(tǒng)放置角度依據(jù)光束的入射角度而定，使光斑能量分布更加均勻，整形成均勻光束。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于:所用激光器輸出波長(zhǎng)為1064nm，高斯光束整形成均勻光束，曝光時(shí)間為10-70s，激光能量密度為0.15-0.26Jcm 2O6.根據(jù)權(quán)利要求1和3所述的方法，其特征在于:調(diào)整人工髖關(guān)節(jié)球頭表面酒窩陣列的周期、酒窩深度和形貌，得到低摩擦高硬度性能的表面，獲得摩擦系數(shù)減少64%，硬度增強(qiáng)40%的優(yōu)化人工髖關(guān)節(jié)。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種表面圖案化制備低摩擦高硬度人工髖關(guān)節(jié)球頭的方法，其由鈷鉻鉬合金材料制成，特點(diǎn)是在人工髖關(guān)節(jié)球頭表面形成圖案化酒窩陣列，即在人工髖關(guān)節(jié)球頭摩擦表面用激光干涉光刻制備圖案化酒窩陣列，形成關(guān)節(jié)液或者組織液的小型暫存器，同時(shí)減小摩擦副之間的真實(shí)接觸面積，容納摩擦過程中產(chǎn)生的磨粒，達(dá)到減摩擦的目的。激光的瞬時(shí)高溫，使晶粒細(xì)化，材料硬度增強(qiáng)，獲得低摩擦、高硬度性能人工髖關(guān)節(jié)。本發(fā)明人工髖關(guān)節(jié)球頭具有良好的潤(rùn)滑性能，能夠減小人工髖關(guān)節(jié)摩擦副界面間的摩擦作用，降低摩擦。同時(shí)硬度增強(qiáng)，減少了磨損，優(yōu)化了現(xiàn)有人工髖關(guān)節(jié)球頭的摩擦、磨損性能。
【IPC分類】A61F2/32
【公開號(hào)】CN105055050
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510473611
【發(fā)明人】王作斌, 魏曉鳳, 李文君, 梁鉑堅(jiān), 付躍剛, 李冰琳, 宋正勛, 翁占坤, 董莉彤
【申請(qǐng)人】長(zhǎng)春理工大學(xué)
【公開日】2015年11月18日
【申請(qǐng)日】2015年8月5日