專利名稱：用于涂敷外科和牙科器械的陶瓷組合物的制作方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及的領(lǐng)域是涂敷手持的外科和牙科器械的工作端(鉗口)的表面以提高該表面的夾緊力和抗磨性。具體來說，本發(fā)明涉及一種材料組合物和它涂敷在器械的夾緊表面，以改進(jìn)其夾緊力并使其耐磨。
按傳統(tǒng)方式分三種形式制造手持的外科和牙科器械，即1)帶有和不帶有細(xì)齒表面的普通不銹鋼；2)帶有火焰噴鍍的碳化鎢的表面；和3)帶有安裝用的平滑的和有細(xì)齒的碳化鎢鑲嵌件。
不銹鋼器械的工作端(鉗口)有一個要經(jīng)受很快磨損的夾緊表面?；鹧鎳娡康奶蓟u提高了器械表面的夾緊力，但火焰噴涂的碳化鎢材料不能提供可以和碳化鎢鑲嵌件相比擬的夾緊表面。碳化鎢鑲嵌件提高了夾緊力和抗磨性，但不能和器械的金屬基片可靠粘結(jié)。如果器械跌落或處理不當(dāng)，鑲嵌件就可能從器械上脫落下來。
發(fā)明概述本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)的上述問題，為外科和牙科器械的工作端提供易于涂敷、抗磨損、極硬的夾緊表面。通過使用獨特的陶瓷材料組合物對鉗口進(jìn)行等離子體噴涂，提高了手持的外科和牙科器械的工作端即鉗口的夾緊能力。等離子體噴涂的陶瓷材料組合物可在普通器械上加上一層堅硬的夾緊表面(RC70)，借此可提高該器械的夾緊能力和抗磨性。
這些器械例如是在外科手術(shù)期間用來夾持極細(xì)規(guī)格的縫合針時使用的器械。和臨時性地固定到器械上的碳化鎢鑲嵌件不同，本發(fā)明的陶瓷組合物是通過等離子體噴涂涂敷到器械上的，等離子體噴涂使所說的陶瓷材料組合物能與器械的金屬基片形成整體粘結(jié)。如果器械跌落或處理不當(dāng)，這種材料不能從器械上脫落下來或突然分開。本發(fā)明的材料組合物優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)的火焰噴涂碳化鎢表面的地方就是陶瓷材料組合物可提供較硬的表面。
因此，本發(fā)明的一個目的是通過涂敷改進(jìn)夾緊能力來強化外科和牙科器械的表面。
本發(fā)明的另一個目的是通過涂敷改進(jìn)抗磨性來強化外科和牙科器械的表面。
本發(fā)明的下一個目的是提供強化外科和牙科器械的夾緊表面的、容易涂敷并且粘結(jié)到器械上的涂敷。
從下面的附圖和對本發(fā)明的優(yōu)選實施例的描述中，本發(fā)明其它的和進(jìn)一步的目的都將變得顯而易見，其中在各個圖中使用相似的標(biāo)號表示相似的部件。
附圖簡介

圖1是具有本發(fā)明的優(yōu)選實施例的材料組合物涂敷夾緊表面的環(huán)形柄夾針器的透視圖。
圖2是圖1的具有本發(fā)明的優(yōu)選實施例的材料組合物涂敷夾緊表面的環(huán)形柄夾針器的工作端的部分放大的平面3是一個示意圖形，表示具有用本發(fā)明的優(yōu)選實施例的材料組合物涂敷的夾緊表面的一個環(huán)形柄夾針器的夾緊能力和抗磨性和具有用其它材料形成的夾緊表面的現(xiàn)有技術(shù)的不銹鋼的、碳化鎢涂敷的、和碳化鎢鑲嵌件的夾針器的比較結(jié)果。使用500次后，不銹鋼夾針器表現(xiàn)出尖峰變圓鈍；碳化鎢涂敷的、碳化鎢鑲嵌件的、和陶瓷的夾針器都沒有表現(xiàn)出磨損。
優(yōu)選實施例描述陶瓷材料極硬，這是外科和牙科器械的夾緊表面所期望的，但它又非常脆。然而，當(dāng)使陶瓷材料在燒結(jié)碳化物基質(zhì)中彌散、然后再通過下面將要全面描述的等離子體涂敷工藝過程時，就可獲得一個具有陶瓷的硬度但又沒有陶瓷的脆性的表面。
參照圖1和2，其中示出有本發(fā)明的材料組合物涂敷夾緊表面3的一個夾針器1。
按本發(fā)明的材料組合物包括燒結(jié)碳化物基質(zhì)50％-90％
陶瓷彌散物 5％-50％雜質(zhì) 0％-5％在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中(已經(jīng)對它的夾緊能力和抗磨性作過實驗)，燒結(jié)碳化物基質(zhì)包含由碳化鎢和鈷構(gòu)成的基質(zhì)。碳化鎢和鈷的相應(yīng)比例如下碳化鎢 75％-95％(最好88％)，按重量計鈷 5％-25％(最好12％)，按重量計碳化鉻可以替換所有的或部分的碳化鎢，具有類似的效果。在燒結(jié)碳化物基質(zhì)中鐵經(jīng)常作為雜質(zhì)存在，一般來說它的數(shù)量約為燒結(jié)碳化物基質(zhì)的重量的1％-2％。主要由鐵構(gòu)成的雜質(zhì)的允許數(shù)量按重量計最多為燒結(jié)碳化物基質(zhì)的10％。
陶瓷彌散物可包括氧化物和有機固體顆粒。在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，陶瓷彌散物可由氧化鋁和二氧化鈦的混合物(即氧化鋁氧化鈦)形成。氧化鉻可替換所有的或部分的氧化鋁和/或二氧化鈦。
適于用在本發(fā)明中的工作陶瓷彌散物可由任何比例的氧化鋁和/或二氧化鈦和/或氧化鉻構(gòu)成。即，陶瓷彌散物可只包括氧化鋁、或只包括二氧化鈦、或只包括氧化鉻。在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，陶瓷彌散物按重量計可包括范圍為80％-90％的氧化鋁、和范圍為10％-20％的二氧化鈦。因此，用于在本發(fā)明外科和牙科器械上形成硬化的整體表面要涂敷的陶瓷材料包括鈷、碳、鐵、和/或鎢，其數(shù)量占材料組分的重量的90％。材料組分的其余的10％包括陶瓷彌散物氧化物、有機固體顆粒、氧化鋁、和/或二氧化鈦。下述材料的組合也可產(chǎn)生可以接受的結(jié)果燒結(jié)碳化物基質(zhì)包括碳化鎢和/或碳化鉻，可任選地加上不銹鋼和/或鎢。
陶瓷彌散物包括氧化鋁、鋁氧化物、氧化鉻、二氧化鈦、氧化鋯、和/或鋁化鎳。最好由400系列馬氏體不銹鋼構(gòu)成器械的工作端。
如以下所述地把上述的混合物涂敷到在外科或牙科器械的工作端的每個夾緊表面。用包含氧化鋁屑或類似的磨料的壓縮空氣吹到器械的工作端而形成夾緊表面。
研磨并徹底混合燒結(jié)碳化物基質(zhì)和陶瓷彌散物，以形成均勻的粉末。把均勻的粉末加到等離子體流中，以便噴向處在等離子體系統(tǒng)中的器械的工作端。等離子體系統(tǒng)最好使用氬或氮作為形成等離子體的一次氣體，并且使用氫和氦作為加熱和提高等離子體氣流的速度的二次氣體。在溫度范圍為3300°F-4000°F(最好為3700°F)下把粉末加到等離子體氣流，在此溫度下粉末變?yōu)槿廴趹B(tài)。
把熔融的陶瓷材料推壓向基片，并以冶金方式把陶瓷材料粘結(jié)到基片上。陶瓷材料向基片表面的典型的粘結(jié)強度超過5000PSI。加到器械表面的陶瓷材料的厚度從0.001英寸到0.25英寸，最好為0.003英寸-0.025英寸，在尖端為全厚度，向器械的底部厚度逐漸變小。
例1從氧化鋁鈦組合物制備陶瓷彌散物，氧化鋁鈦組合物包括鋁氧化物 85.56％二氧化鈦 12.58％其它氧化物0.81％顆粒大小分布是美國篩+3251.3％美國篩-32598.7％陶瓷彌散物與一種燒結(jié)碳化物基質(zhì)混合，燒結(jié)碳化物基質(zhì)包括碳化鎢88％鈷12％然后，在一個等離子體淀積過程中把該混合物噴涂在由400系列馬氏體不銹鋼制造的環(huán)形柄夾針器的工作端(見圖1)。所形成的涂層的厚度在器械的尖端測量為0.003英寸-0.005英寸，并且涂層朝向鉸接處逐漸變薄。
例2用碳化鉻代替碳化鎢重復(fù)例1的實驗。
在每個例中，將器械投入使用，并且發(fā)現(xiàn)該器械具有優(yōu)越的夾緊能力，沒有任何可以測到的磨損。
可以使用本發(fā)明的陶瓷涂層去改進(jìn)實際上任何一種不銹鋼外科和牙科器械的硬度和夾緊能力。上述的材料及其應(yīng)用方法已經(jīng)成功地使用在牙挺的工作端、彈性持針鉗的相對的工作端、組織縫合鉗的相對工作端、和撥牙鉗的相對工作端。根據(jù)器械的性質(zhì)的不同，可把器械的夾緊表面(一個或多個)加到牙齒或其它身體組織上，或加到針、縫合或其它器械上。陶瓷表面有一個高的摩擦系數(shù)，并且具有優(yōu)良的抗切、抗裂、和抗從涂敷的不銹鋼基片上脫開的性質(zhì)。
現(xiàn)在參照附圖3，其中示出的是以上所述的經(jīng)過試驗的組合物的數(shù)據(jù)。容易看出，相對于未經(jīng)涂敷的不銹鋼的器械表面、碳化鎢涂敷的器械表面、和在固定到器械上的碳化鎢鑲嵌件上形成的器械表面來說，本發(fā)明的陶瓷材料產(chǎn)生了優(yōu)異的夾緊能力和抗磨性。
顯然，以上描述了本發(fā)明，在不偏離本發(fā)明的本質(zhì)和范圍的條件下還可以對本發(fā)明進(jìn)行變化和改進(jìn)。
權(quán)利要求
1.一種材料組合物，用于在一種器械的工作端上形成夾緊表面，它包括一種燒結(jié)碳化物基質(zhì)和一種陶瓷彌散物。
2.如權(quán)利要求1中所述的材料組合物，其特征在于燒結(jié)碳化物基質(zhì)存在的數(shù)量范圍按重量計在50％和90％之間。
3.如權(quán)利要求1中所述的材料組合物，其特征在于陶瓷彌散物存在的數(shù)量范圍按重量計在5％和50％之間。
4.如權(quán)利要求1中所述的材料組合物，其特征在于燒結(jié)碳化物基質(zhì)包括從以下的組中選出的一種或多種材料碳化鎢、碳化鉻、鈷、鎢、和不銹鋼。
5.如權(quán)利要求4中所述的材料組合物，其特征在于燒結(jié)碳化物基質(zhì)包括數(shù)量為75％-95％的碳化鎢(按重量計)和數(shù)量為5％-25％的鈷(按重量計)。
6.如權(quán)利要求5中所述的材料組合物，其特征在于燒結(jié)碳化物基質(zhì)包括數(shù)量約為88％的碳化鎢(按重量計)和數(shù)量約為12％的鈷(按重量計)。
7.如權(quán)利要求1中所述的材料組合物，其特征在于陶瓷彌散物包括從以下的組中選擇出來的一種或多種材料氧化鋁、氧化鉻、二氧化鈦、氧化鋯、鋁化鎳。
8.如權(quán)利要求7中所述的材料組合物，其特征在于陶瓷彌散物包括按重量計數(shù)量為80％-90％的氧化鋁和按重量計數(shù)量為10％-20％的二氧化鈦。
9.如權(quán)利要求8中所述的材料組合物，其特征在于陶瓷彌散物包括按重量計數(shù)量約為85％的氧化鋁和按重量計數(shù)量約為13％的二氧化鈦，和按重量計數(shù)量約為2％的其它物質(zhì)。
10.一種外科和牙科器械，具有帶堅硬的陶瓷涂層的工作表面，所說的涂層是從按權(quán)利要求1所述的材料組合物形成的。
11.一種涂敷外科和牙科器械的工作端以改進(jìn)它的硬度和夾緊能力的方法，包括把等離子體流吹到所說的器械的工作端表面，和在所說的等離子體流中注入包括如權(quán)利要求1所述的材料組合物的粉末狀混合物，以便向所說的表面噴灑所說的等離子體，從而使所說的混合物沉積到并以冶金方式粘結(jié)到所說的表面上，從而改進(jìn)它的硬度和夾緊能力。
12.如權(quán)利要求11中所述的方法，其特征在于所說的等離子體流包括一次氣體和二次氣體，一次氣體由從包括氬和氖在內(nèi)的組中選擇出來的一種或多種氣體組成，二次氣體由從包括氫和氦在內(nèi)的組中選擇出來的一種或多種氣體組成。
13.如權(quán)利要求11中所述的方法，其特征在于所說的等離子體的溫度范圍為3300°-4000°F。
14.如權(quán)利要求11中所述的方法，其特征在于所說的等離子體是噴灑到所說的表面上的，直到在所說的表面上形成的所說的組合物涂層的厚度范圍為0.001英寸-0.025英寸時為止。
15.權(quán)利要求11中所述的方法，其特征在于所說的等離子體是噴灑到所說的表面上的，直到在所說的表面上形成的所說的組合物涂層的厚度范圍為0.003英寸-0.005英寸時為止。
全文摘要
外科和牙科器械(1)的工作表面(3)涂敷一種陶瓷材料,該陶瓷材料是通過等離子體噴涂一種組合物形成的,該組合物包括一種燒結(jié)碳化物基質(zhì)和一種陶瓷彌散物,從而形成能改進(jìn)夾緊能力的堅硬的表面。燒結(jié)碳化物基質(zhì)最好包括碳化鎢和/或碳化鉻和/或鈷。陶瓷彌散物最好是氧化鋁或其它氧化物。
文檔編號C22C29/02GK1255111SQ98804955
公開日2000年5月31日 申請日期1998年3月13日 優(yōu)先權(quán)日1997年4月7日
發(fā)明者羅伯特·B.·普列塞, 薩爾瓦托雷·庫奇耐拉 申請人:米爾泰克斯技術(shù)公司