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Axyntec Dünnschichttechnik Schwarzer Diamant

Redakteur: Peter Reinhardt

Infolge der zunehmenden Ausstattung von Operationssälen mit Kamera- und Beleuchtungssystemen greifen immer mehr Operateure nach chirurgischen Instrumenten mit dunklen und blendarmen Oberflächen. Diese lassen sich mit modernen Beschichtungstechnologien herstellen.

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Verschleißfest und blendfrei: Speziell für Einsätze in modernen OPs mit vielen Kamera- und Beleuchtungssystemen eignen sich chirurgische Instrumente mit DLC-Beschichtung.
Verschleißfest und blendfrei: Speziell für Einsätze in modernen OPs mit vielen Kamera- und Beleuchtungssystemen eignen sich chirurgische Instrumente mit DLC-Beschichtung.
(Bild: Axyntec)

Die Materialklasse der diamantähnlichen Kohlenstoffe zeigt üblicherweise vor allem in verborgenen, tribologischen Systemen ihre herausragenden mechanischen und chemischen Eigenschaften. Derartige Beschichtungen sind in unterschiedlichsten Modifikationen auch unter dem Überbegriff DLC (Diamond Like Carbon) bekannt. Sie wurden ursprünglich für den Verschleißschutz in Anwendungen wie dem Rennsport sowie der Luft- und Raumfahrt entwickelt.

Durch ihre weiteren Vorzüge wie Biokompatibilität und hochwertiges Erscheinungsbild in Schwarz überzeugen sie zunehmend auch Chirurgen im Operationssaal. Über eine geeignete Schichtarchitektur und Herstellverfahren lassen sich derartige Hartstoffschichten auch auf weichere Metalloberflächen wie Edelstahl, Titan oder Aluminium als schwarze Schutzschicht aufbringen.

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Chemisch beständig, biokompatibel und blendfrei

Die funktionellen Vorzüge solcher Dünnschichten liegen in ihrer hohen Verschleiß- und Kratzbeständigkeit sowie ihrer sehr guten chemischen Beständigkeit gegenüber Säuren, Laugen sowie Lösungsmitteln. Sie haben nur eine Schichtdicke von wenigen Mikrometern, sind aber fünf bis zehn Mal so hart wie Instrumentenstahl. Ihre glatten und chemisch inerten Schichten lassen sich hervorragend dampfsterilisieren und überstehen erfolgreich maschinelle Reinigungsprozeduren im Klinikeinsatz. Die Oberflächen von mit DLC geschützten Instrumenten behalten damit lange Zeit ihre ursprüngliche Qualität. Neben der chemischen Inertheit bieten DLC-Schichten darüber hinaus auch einen extrem geringen Reibwert und zeigen ein hydrophoberes Verhalten als der Edelstahl selbst. Damit wirken sie im Kontakt gegenüber vielen anderen Materialien auch antiadhäsiv.

Um Operateure zu unterstützen und komplexe Eingriffe mit steigender Präzision zum Wohle der Patienten durchführen zu können, kommen in modernen Operationssälen immer mehr Beleuchtungs- und Kamerasysteme zum Einsatz. Mehr und stärkere Lichtquellen bedeuten aber auch mehr Reflexionen auf den üblicherweise metallisch-silbrigen Oberflächen der eingesetzten Instrumente. Dadurch entsteht zunehmend der Wunsch der Chirurgen nach dunklen und blendfreien Oberflächen. An dieser Stelle kommt ein weiterer Vorteil der DLC-Schichten durch ihre hochwertig schwarze und damit blend-arme Oberfläche zum Tragen. Derartige DLC-Beschichtungen kommen daher bereits erfolgreich auf chirurgischen Instrumenten wie Scheren, Pinzetten, Nadelhaltern, Küretten, Raspeln, Rongeuren und auch anderen knochenbearbeitenden Instrumenten zum Einsatz.

Verwandlung in eine schwarze Schönheit

Hinter dem schwarzen Oberflächenschutz verbirgt sich modernste Plasmatechnologie: Das Plasmaimpax-Verfahren ermöglicht eine Schichtabscheidung über Plasmaquellen im Vakuum aus der Gasphase. Es handelt sich dabei um eine Hybridtechnik aus Plasmaaktivierter Niedertemperatur-CVD (Chemischer Gasphasen-Abscheidung) und Ionenimplantation. Damit lassen sich einerseits derartige schwarze Kratzschutzschichten auf Basis von diamantähnlichem Kohlenstoff bei niedrigen Temperaturen von 150 bis 250 °C aufbringen, andererseits auch Oberflächenmodifizierungen durch Ionenimplantationen zur Steigerung der Oberflächenhärte durchführen.

Die Ionenimplantationen können gerade auch bei weichen Grundmaterialien zum Aufbau einer zusätzlichen und gradiert eingebrachten Stützschicht unterhalb der schwarzen Kratzschutzschicht eingesetzt werden. Es lassen sich in diesem Fall Härtesteigerungen im oberflächennahen Bereich von 6 bis 15 GPa erreichen. Im Vergleich dazu haben ungehärteter Edelstahl oder Titan nur eine Härte von 2 bis 4 GPa. Die diamantähnlichen Kohlenstoffschichten (DLC) lassen sich darauf in einem Härtebereich von 7 bis 25 GPa aufbauen.

Fazit: Neben hervorragenden mechanischen Eigenschaften zeigt DLC auch die Vorteile einer sehr hohen chemischen Beständigkeit und Korrosionsresistenz sowie guter Körperverträglichkeit. Das Material enthält keine allergieauslösenden Metalle und kann über das Plasmaimpax-Verfahren auch als Barriereschicht gegenüber Nickelanteilen in Stahllegierungen eingesetzt werden.

Als Hersteller von DLC-Schichten bietet Axyntec auf Basis seiner Plasmabeschichtungsverfahren neben der Lohnveredelung von Bauteilen auch die Dienstleistungen Beratung und Entwicklung kundenspezifischer Beschichtungen sowie Herstellung und Verkauf von Beschichtungsanlagen aus einer Hand an. Die DLC-Schichten gibt es für die chirurgischen Instrumente unter der Produktbezeichnung „Axyprotect Black“ als schwarze Beschichtung – quasi einen Schwarzen Diamanten, der chirurgische Instrumente vor Verschleiß und Operateure vor störenden Reflexionen schützt.

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