股骨頭破裂另有其特殊性并受一定條件制約，掌握這些規(guī)律，并摒棄產(chǎn)生破裂的根源，自然會達到股骨頭不破裂的目的。
[0042]為了進一步增強所述陶瓷股骨頭高抗裂韌性，發(fā)明人對本發(fā)明提供的陶瓷股骨頭主體的材料進一步作了改進，形成了金屬陶瓷股骨頭主體。所述金屬陶瓷股骨頭主體I按體積百分比包括:60?70%的Al2O3陶瓷顆粒和30?40%的合金粉末，所述金屬陶瓷股骨頭主體I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。
[0043]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。
[0044]本發(fā)明中，金屬陶瓷股骨頭主體I的主要材料為Al2O3陶瓷，采用陶瓷顆粒與合金粉末經(jīng)真空擴散焊接工藝加工制成，其中主要的金屬成分與股骨柄及髖白杯的成分一致，為GB12417標準的CoCrMo合金，并在其中加入少量極易氧化的元素T1、Zr、Ta、Nb、和Al，其中每種成分含量在I?6%之間調整，再加入I?2%的B，能調節(jié)該合金有合適的熔點和適宜焊接的要求，迫使陶瓷顆粒與合金粉末互相包裹并在接觸處形成陶瓷性結合，極大地提高金屬陶瓷的抗斷裂韌性，總體使該Al2O3陶瓷耐磨性隨之而增高，長期使用磨損量極小。
[0045]T1、Zr、Ta、Nb、Al和B代表的是金屬鈦、鋯、鉭、鈮、鋁和硼。
[0046]Ti，鈦屬于稀有金屬，主要特點是密度小、機械強度大、容易加工，鈦的塑性主要依賴于純度。鈦越純，塑性越大。有良好的抗腐蝕性能，不受大氣和海水的影響。在常溫下，不會被稀鹽酸、稀硫酸、硝酸或稀堿溶液所腐蝕；只有氫氟酸、熱的濃鹽酸、濃硫酸等才可對它作用。
[0047]Zr，鋯是一種銀白色的高熔點金屬，呈淺灰色。廣泛存在于鋯石和二氧化鋯礦中。鋯在上述合金中主要是增加防腐作用。
[0048]Ta，鉭，鋼灰色金屬，鉭有非常出色的化學性質，具有極高的抗腐蝕性，無論是在冷和熱的條件下，對鹽酸、濃硝酸及〃王水〃都不反應。鉭是“親生物金屬”，人體組織可在鉭表面生長。
[0049]Nb，鈮，灰白色金屬，室溫下鈮在空氣中穩(wěn)定，在氧氣中紅熱時也不被完全氧化，高溫下與硫、氮、碳直接化合，能與鈦、鋯、鉿、鎢形成合金。不與無機酸或堿作用，也不溶于王水，但可溶于氫氟酸。做為金屬植入物，鈮與鉭有相近的特性。
[0050]Al，鋁，銀白色輕金屬。有延展性。商品常制成棒狀、片狀、箔狀、粉狀、帶狀和絲狀。在空氣中能形成一層防止金屬腐蝕的Al2O3氧化膜。鋁粉和鋁箔在空氣中加熱能猛烈燃燒，并發(fā)出眩目的白色火焰。易溶于稀硫酸、硝酸、鹽酸、氫氧化鈉和氫氧化鉀溶液，難溶于水。相對密度2.70、熔點660°C、沸點2327°C。鋁在上述合金中是形成表面陶瓷層的主要成分。
[0051]B，硼，單質硼為黑色或深棕色粉末，在空氣中氧化時由于三氧化二硼膜的形成而阻礙內(nèi)部硼繼續(xù)氧化。常溫時能與氟反應，不受鹽酸和氫氟酸水溶液的腐蝕。硼不溶于水，粉末狀的硼能溶于沸硝酸和硫酸，以及大多數(shù)熔融的金屬如銅、鐵、錳、鋁和鈣。熔點2076°C、沸點3927°C，在常溫時為弱電導體，而在高溫時導電良好。單質硼有多種同素異形體，無定形硼為棕色粉末，晶體硼呈灰黑色。單質硼的硬度近似于金剛石，有很高的電阻，但它的導電率卻隨著溫度的升高而增大。晶態(tài)硼較惰性，無定形硼則比較活潑。硼共有14種同位素，其中只有兩個是穩(wěn)定的。硼在合金中主要起調節(jié)熔點的作用。
[0052]所述金屬陶瓷股骨頭中的微觀缺陷被熔化的液態(tài)CoCrMo合金填滿而結合，合金粉末熔化由真空擴散接壓力的作用被壓薄填充冷凝后成網(wǎng)狀膜，成為氧化物結晶的核心，提高了晶界強度，得到一種很高硬度的金屬陶瓷，有極耐磨損的性能；其中加入的T1、Zr、Ta、Nb和Al等少量元素在真空中加熱有強力奪取基體中氧的能力，與基體結合，使晶粒間不再產(chǎn)生微觀變形。
[0053]所述金屬陶瓷股骨頭主體的材質及制造方法如下:將30?100目陶瓷顆粒與100?300目合金粉末按比例混勾，合金粉末的體積約占30?40%，反之，其磨損微粒以金屬為多，金屬微粒會導致骨溶解，柄體松動，有極大的危害；經(jīng)1150?1180°C真空擴散接加工后制成既有陶瓷的硬度耐磨損、又有金屬的韌性抗破裂的金屬陶瓷。
[0054]采用經(jīng)過上述材質改進后得到的金屬陶瓷股骨頭主體I為具有高韌性的金屬陶瓷材料。
[0055]優(yōu)選地，所述一體式金屬結構件的材料為CoCrMo合金，符合12417-1990標準。
[0056]本發(fā)明的優(yōu)點和有益效果:實施以上技術方案后，金屬陶瓷股骨頭既有氧化鋁陶瓷的硬度，又有金屬材料韌性結構的包裹，再加上金屬錐孔套和卡箍環(huán)等結構的保護，達到了金屬陶瓷股骨頭抗磨損、不破裂的效果。經(jīng)測試，破裂強度>63kN，相當于63倍人體重量。
[0057]本發(fā)明提供的一種抗磨損、不破裂的新型金屬陶瓷股骨頭的制作方法，包括以下步驟:
[0058]步驟一:預制一體式金屬結構件，所述一體式金屬結構件包括金屬錐孔套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。
[0059]步驟二:將所述一體式金屬結構件設置在陶瓷模具中，
[0060]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構件的周圍，形成預焊件。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。所述Al2O3陶瓷顆粒占所述混合物重量百分比的40?50%，所述合金粉末占所述混合物重量百分比的50?60%。
[0061]步驟三:在真空擴散爐中，將所述預焊件擴散焊接，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。本步驟擴散焊接所述預焊件時，真空度為5Xl(T3Pa，壓力為5?20MPa，溫度為1150?1180°C，時間為3?6h。
[0062]將上述制作方法進一步細化，包括
[0063]步驟一預制:用Co Cr Mo合金預制包括金屬錐孔套2、金屬卡箍環(huán)3和金屬連接環(huán)4在內(nèi)的一體式金屬結構件，所述金屬錐孔套2的內(nèi)壁圍成金屬錐孔5。
[0064]即:用GB12417標準的CoCrMo合金預制包括金屬錐孔套2、金屬卡箍環(huán)3、金屬連接環(huán)4和金屬錐孔(即腔體5)的一體式金屬結構件，金屬錐孔內(nèi)徑要留出0.5?Imm用于精加工的余量。
[0065]步驟二混合:將定制的30?100目的Al2O3陶瓷顆粒以及定制的100?300目的合金粉末混合形成混合物，其中，所述Al2O3陶瓷顆粒占所述混合物重量百分比的40?50%，所述合金粉末占所述混合物重量百分比的50?60%。
[0066]步驟三定制模具:按所需抗磨損、不破裂的新型金屬陶瓷股骨頭的規(guī)格尺寸定制擴散焊接用Si3N4陶瓷模具，備用。
[0067]步驟四預置:將步驟一制成的一體式金屬結構件預置在Si3N4陶瓷模具內(nèi)并固定。
[0068]步驟五裝夾:將步驟二制成的所述混合物按需要的重量加入到所述Si3N4陶瓷模具內(nèi)并包覆在所述一體式金屬結構件的周圍，將所述Si3N4陶瓷模具裝夾牢固后轉移至真空擴散爐內(nèi)。
[0069]步驟六擴散焊接、冷卻、出爐、拆除模具:將真空擴散爐抽真空至5X10_3Pa，對預焊件施加5?20MPa的壓力，經(jīng)1150?1180°C，3?6h的真空擴散焊接、冷卻、出爐、拆除模具后即成為具有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的新型金屬陶瓷股骨頭毛坯。
[0070]將所述金屬連接環(huán)4的內(nèi)壁圍成的所述金屬錐孔5 (即腔體5)與所述金屬陶瓷股骨頭主體I的外表面用數(shù)控機床加工珩磨拋光至規(guī)定尺寸及粗糙度即形成抗磨損、不破裂的新型金屬陶瓷股骨頭。
[0071]對上述提供的方法制備出的金屬陶瓷股骨頭進行測試:實施以上技術方案后，金屬陶瓷股骨頭既有氧化鋁陶瓷的硬度，又有金屬材料韌性結構的包裹，再加上金屬錐孔套和卡箍環(huán)等結構的保護，達到了金屬陶瓷股骨頭抗磨損、不破裂的效果。經(jīng)測試，破裂強度> 63kN，相當于63倍人體重量。
[0072]下面對本發(fā)明提供的抗磨損、不破裂的新型金屬陶瓷股骨頭及其制備方法作進一步詳細說明:
[0073]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。股骨頭內(nèi)部承受張應力，是破裂的主要原因，而受張應力的最大部位