一種抗磨損、不破裂的新型金屬陶瓷股骨頭及其制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及生物醫(yī)療器械領(lǐng)域的一種陶瓷股骨頭及其制作方法，尤其涉及一種使陶瓷股骨頭的質(zhì)量、結(jié)構(gòu)和性能等都能極大提高的抗磨損、不破裂的新型金屬陶瓷股骨頭及其制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]股骨頭就是支撐身體上半部分的兩根骨頭，具體位置在骨盆下方，骨盆那里一邊一個髖白，兩個股骨頭正好和髖白配合，起到支撐上體的作用。股骨是人體最重要的骨骼，股骨頭更為重要，人的直立行走、活動、勞動都依靠股骨頭的支撐作用，所以股骨頭也是最容易受傷的部位。股骨頭受傷后，陶瓷股骨頭是人工髖關(guān)節(jié)置換的重要材料。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中的陶瓷股骨頭容易破裂，其結(jié)構(gòu)圖1所示，包括陶瓷股骨頭圓錐孔6、錐孔小端7、股骨頭底部8、傳統(tǒng)陶瓷股骨頭主體9，該結(jié)構(gòu)的股骨頭內(nèi)部一直承受身體質(zhì)量張應(yīng)力的作用，再加上陶瓷股骨頭中圓錐孔與頸圓錐形柱配合而產(chǎn)生的應(yīng)力，且股骨頭底部受到的張力最大，當(dāng)患者行走時因跌、撞、碰、沖產(chǎn)生沖擊力的作用，加大內(nèi)部的張應(yīng)力，導(dǎo)致傳統(tǒng)的陶瓷股骨頭容易破裂，從而患者不得不再次更換股骨頭，不僅增加了患者的痛苦，也提高了治療成本。
[0004]因此，希望提供一種新型結(jié)構(gòu)陶瓷股骨頭，克服傳統(tǒng)陶瓷股骨頭因結(jié)構(gòu)不合理而造成的破裂現(xiàn)象。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為此，本發(fā)明提出了一種可以解決上述問題的至少一部分的新型抗磨損、不破裂的新型金屬陶瓷股骨頭及其制作方法。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種抗磨損、不破裂的新型金屬陶瓷股骨頭，包括金屬陶瓷股骨頭主體和一體式金屬結(jié)構(gòu)件，
[0007]所述一體式金屬結(jié)構(gòu)件設(shè)置在所述金屬陶瓷股骨頭主體的底部，并與所述金屬陶瓷股骨頭主體形成一個整體結(jié)構(gòu)的抗磨損、不破裂的新型金屬陶瓷股骨頭。
[0008]可選地，根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，所述一體式金屬結(jié)構(gòu)件包括金屬錐孔套、金屬卡箍環(huán)和金屬連接環(huán)，
[0009]所述金屬錐孔套和所述金屬卡箍環(huán)通過所述金屬連接環(huán)相連接，
[0010]所述金屬錐孔套的內(nèi)壁所形成的腔體呈錐孔狀。
[0011]可選地，根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，所述金屬陶瓷股骨頭主體按體積百分比包括:60?70%的Al2O3陶瓷顆粒和30?40%的合金粉末，
[0012]所述金屬陶瓷股骨頭主體按密度換算成重量百分比包括:40?50%的Al2O3陶瓷顆粒和50?60%的合金粉末。
[0013]可選地，根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，所述合金粉末按重量百分比包括:85?90% 的 CoCrMo 合金、1.5 ?2 % 的 T1、1.5 ?2 % 的 Zr、1.5 ?2 % 的 Ta、1.5 ?2 % 的 Nb、3?5%的Al和I?2%的B。
[0014]可選地，根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，所述一體式金屬結(jié)構(gòu)件的材料為CoCrMo合金。
[0015]所述合金粉末和所述一體式金屬結(jié)構(gòu)件中的CoCrMo合金均符合GB12417標(biāo)準(zhǔn)。GB12417-1990標(biāo)準(zhǔn)是“外科金屬植入物通用技術(shù)條件”。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種抗磨損、不破裂的新型金屬陶瓷股骨頭的制作方法，包括
[0017]步驟一:預(yù)制一體式金屬結(jié)構(gòu)件；
[0018]步驟二:將所述一體式金屬結(jié)構(gòu)件設(shè)置在陶瓷模具中，
[0019]將Al2O3陶瓷顆粒和合金粉末形成的混合物加入到所述陶瓷模具內(nèi)并包覆在所述一體式金屬結(jié)構(gòu)件的周圍，形成預(yù)焊件；
[0020]步驟三:在真空擴(kuò)散爐中，將所述預(yù)焊件擴(kuò)散焊接，再經(jīng)冷卻、出爐、拆除模具后，即得到所述抗磨損、不破裂的新型金屬陶瓷股骨頭。
[0021]可選地，根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，步驟一中所述一體式金屬結(jié)構(gòu)件包括金屬錐孔套、金屬卡箍環(huán)和金屬連接環(huán)，
[0022]所述金屬錐孔套和所述金屬卡箍環(huán)通過所述金屬連接環(huán)相連接，
[0023]所述金屬錐孔套的內(nèi)壁所形成的腔體呈錐孔狀。
[0024]可選地，根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，步驟三擴(kuò)散焊接所述預(yù)焊件時，真空度為5Xl(T3Pa，壓力為5?20MPa，溫度為1150?1180°C，時間為3?6h。
[0025]可選地，根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，步驟二所述混合物中，所述Al2O3陶瓷顆粒為30?100目，所述合金粉末為100?300目。
[0026]可選地，根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，所述Al2O3陶瓷顆粒占所述混合物重量百分比的40?50%，
[0027]所述合金粉末占所述混合物重量百分比的50?60%。
[0028]本發(fā)明提供的抗磨損、不破裂的新型金屬陶瓷股骨頭及其制作方法至少能夠極大提高陶瓷股骨頭的質(zhì)量、結(jié)構(gòu)和性能。
【附圖說明】
[0029]通過閱讀下文優(yōu)選實施方式的詳細(xì)描述，各種其他的優(yōu)點和益處對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將變得清楚明了。附圖僅用于示出優(yōu)選實施方式的目的，而并不認(rèn)為是對本發(fā)明的限制。而且在整個附圖中，用相同的參考符號表示相同的部件。其中在附圖中，參考數(shù)字之后的字母標(biāo)記指示多個相同的部件，當(dāng)泛指這些部件時，將省略其最后的字母標(biāo)記。在附圖中:
[0030]圖1是傳統(tǒng)易破裂的陶瓷股骨頭的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0031]圖2是本發(fā)明不破裂的金屬陶瓷股骨頭總體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0032]圖3是本發(fā)明不破裂的金屬陶瓷股骨頭主體剖面示意圖。以及
[0033]圖4是本發(fā)明金屬陶瓷股骨頭內(nèi)部一體式金屬錐孔套、卡箍環(huán)、連接環(huán)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0034]其中:金屬陶瓷股骨頭主體1、金屬錐孔套2、金屬卡箍環(huán)3、金屬連接環(huán)4、腔體5、陶瓷股骨頭圓錐孔6、錐孔小端7、股骨頭底部8、傳統(tǒng)陶瓷股骨頭主體9。
【具體實施方式】
[0035]本發(fā)明提供了許多可應(yīng)用的創(chuàng)造性概念，該創(chuàng)造性概念可大量的體現(xiàn)于具體的上下文中。在下述本發(fā)明的實施方式中描述的具體的實施例僅作為本發(fā)明的【具體實施方式】的示例性說明，而不構(gòu)成對本發(fā)明范圍的限制。
[0036]下面結(jié)合附圖和具體的實施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。
[0037]根據(jù)圖2和圖3所示，本發(fā)明提供了一種抗磨損、不破裂的新型金屬陶瓷股骨頭，包括金屬陶瓷股骨頭主體I和一體式金屬結(jié)構(gòu)件，所述一體式金屬結(jié)構(gòu)件設(shè)置在所述金屬陶瓷股骨頭主體I的底部，并與所述金屬陶瓷股骨頭主體I形成一個整體結(jié)構(gòu)的抗磨損、不破裂的新型金屬陶瓷股骨頭。圖4所示，所述一體式金屬結(jié)構(gòu)件包括金屬錐孔套2、金屬卡箍環(huán)3和金屬連接環(huán)4，所述金屬錐孔套2和所述金屬卡箍環(huán)3通過所述金屬連接環(huán)4相連接，所述金屬錐孔套2的內(nèi)壁所形成的腔體5呈錐孔狀。
[0038]傳統(tǒng)易破裂的陶瓷股骨頭如圖1所示，包括陶瓷股骨頭圓錐孔6、錐孔小端7、股骨頭底部8、傳統(tǒng)陶瓷股骨頭主體9。該結(jié)構(gòu)脆弱、易裂，為改變其底部薄弱環(huán)節(jié)，本發(fā)明創(chuàng)造性地在其底部預(yù)置一個連接成一體的金屬錐孔套2與金屬卡箍環(huán)3、金屬連接環(huán)4，并與金屬陶瓷股骨頭主體I形成一個整體的金屬陶瓷股骨頭；其內(nèi)部形成一個鑲套式金屬圓錐孔(即腔體5)，代替陶瓷圓錐孔，使內(nèi)壁承受的是小的平均張應(yīng)力，向其小端(錐孔上端)方向突然的沖擊力對它并無大的影響，以抵消薄弱環(huán)節(jié)處大的內(nèi)張應(yīng)力，使其底部不因沖擊力產(chǎn)生微觀變形引起微裂紋源張口，增強(qiáng)防破裂效果。
[0039]經(jīng)過上述改進(jìn)，本發(fā)明提供的新型結(jié)構(gòu)陶瓷股骨頭，能夠克服傳統(tǒng)陶瓷股骨頭因結(jié)構(gòu)不合理而造成的破裂現(xiàn)象，同時能夠減少患者因置換股骨頭帶來的痛苦，并且降低患者的經(jīng)濟(jì)壓力。
[0040]傳統(tǒng)的陶瓷股骨頭一般采用氧化鋁陶瓷制成。氧化鋁陶瓷股骨頭和髖臼襯，雖具有高硬度，耐磨損，有良好的生物相容性，使其成為人工髖關(guān)節(jié)的首選材料。但是氧化鋁陶瓷的脆性在使用中尤顯突出，受沖擊力的作用容易破裂失效而被迫再次施行手術(shù)。股骨頭內(nèi)部承受張應(yīng)力，是破裂的主要原因，而受張應(yīng)力的最大部位是股骨頭底部，是破裂的次要原因，為薄弱環(huán)節(jié)。當(dāng)球頭受沖擊力的作用，破裂的幾率顯著增加。文獻(xiàn)推薦抗斷裂韌性好的氧化鋁陶瓷其成分是:A1203(82% )+ZrO2 (17% )+SrO(l% )，經(jīng)熱加工結(jié)晶后，由于ZrO2的晶粒增加了強(qiáng)度，提高Al2O3基體的抗斷裂韌性一倍多，但這并不會減少基體結(jié)晶的微觀缺陷，也不能減小多晶質(zhì)彎曲變形差和彈性低的性質(zhì)，仍舊會發(fā)生破裂。因此必須尋求陶瓷股骨頭不破裂的新技術(shù)舉措為追求的目標(biāo)。
[0041]陶瓷具有高硬度，所以抗磨損性亦高，但仍有微觀的磨損量是由多晶質(zhì)特性造成的。多晶質(zhì)之間生成小的微觀缺陷并組成晶粒之間生成大的微觀缺陷。這些缺陷正是陶瓷頭臼受力處產(chǎn)生微觀變形的根源。陶瓷股骨頭內(nèi)部雖有無數(shù)微裂紋源，使它不起作用，陶瓷股骨頭是不會破裂的。其實，該