PL170420B1 - Sposób wytwarzania tytanowo-niklowegotworzywa metalicznego z pamięcią kształtu i klamer z tego tworzywa do zespoleń złamań kości - Google Patents

Abstract

Sposób wytwarzania tytanowo-niklowego tworzywa metalicznego z pamięcią kształtu i klamer z tego tworzywa do zespoleń złamań kości, gdzie w pierwszej fazie wykonuje się przetop metali wsadowych i uzyskuje stop w postaci odlewu, a w drugiej fazie drogą przeróbki plastycznej na gorąco i na zimno uzyskuje się półfabrykat w postaci drutu, znamienny tym, że w pierwszej faziejako wsad do przetopu stosuje się trójskładnikową kompozycję metali o czystości specjalnej, o składzie chemicznym 49,5-50% at.Ti, 48,5-49% at.Ni, 1- 1,5% at.Co, w drugiej fazie z otrzymanego półproduktu w postaci drutu o przekroju kołowym, kwadratowym lub prostokątnym wykonuje się klamry z pamięcią kształtu o temperaturze odzysku kształtu zbliżonej do temperatury ludzkiego ciała, przeznaczone do zespoleń złamań kostnych na przykład żuchwy, poprzez plastyczne formowanie w zakresie temperatur 900 - 650°C, ręcznie w płomieniu palnika gazowego, lub przy użyciu matryc, a w trzeciej fazie wykonuje się odkształcenie klamry dostosowujące odległość nóżek do położeń otworów wywierconych w zespalanej kości, po uprzednim oziębieniu klamry poniżej temperatury końca przemiany martenzytycznej Mf w ciekłym azocie lub w zimnej soli fizjologicznej i umieszcza się ją w otworach wywierconych w odłamach kostnych, gdzie pod wpływem ciepła ciała następuje podgięcie nóżek klamry i zespolenie złamanej kości.

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania tytanowo-niklowego tworzywa metalicznego z pamięcią kształtu i klamer z tego tworzywa do zespoleń złamań kości.

Wymienione tworzywo metaliczne należy do grupy stopów w których występują zjawiska pamięci kształtu związane z zachodzącą w nich termosprężystą przemianą martenzytyczną. Elementy wykonane z tych stopów, uformowane w wysokiej temperaturze (w stanie fazy B2), a następnie odkształcone w stanie martenzytycznym (poniżej Mf) przy podgrzewaniu, podczas przemiany odwrotnej, odzyskują samoczynnie swój pierwotny kształt.

Ze względu na dobre własności wytrzymałościowe, odporność na korozję, tolerancję biologiczną i zdolność do odzysku odkształceń stopy te znalazły zastosowanie w produkcji implantów wykorzystywanych w nowoczesnej ortopedii, chirurgi szczękowej i stomatologicznej, ortodoncji, traumatologii, neurochirurgii, urologii oraz jako aktywatory w protetyce mięśni i stawów, blokady skrzepów krwi, zaciski tętniaków, ran lub stelaże zapewniające prześwit i drożność naczyń krwionośnych, jelit i innych narządów wewnętrznych.

Dla stopów wykorzystywanych do produkcji pamięciowych implantatów medycznych konieczne jest, aby temperatura odzysku kształtu implantatu była zblizona do ciepłoty ciała. Pożądaną temperaturę odzysku kształtu można zapewnić dobierając odpowiedni skład chemiczny stopu oraz warunki obróbki cieplnej i/lub cieplnomechanicznej. Struktura· i własności, zakres temperaturowy i przebieg przemian fazowych oraz temperatura i stopień odzysku kształtu zależą silnie od składu chemicznego, czystości i jednorodności stopów oraz sposobu przeróbki plastycznej i rodzaju obróbki cieplnej i cieplno-mechanicznej.

Po specjalnej obróbce cieplno-mechanicznej, wytwarzając zorientowane pole naprężeń od dyslokacji i wydzieleń można zaindukować tzw. dwukierunkowy efekt pamięci kształtu, który przejawia się spontaniczną zmianą kształtu zarówno podczas nagrzewania jak i chłodzenia. Element może zmieniać kształt w pewnym zakresie odkształceń tylko pod wpływem temperatury, na przykład zginając się pod wpływem nagrzewania i wyprostowując przy chłodzeniu. Efekt ten jest bardzo pożądany gdyż po oziębieniu implantat może przybrać kształt ułatwiający usunięcie go z tkanki kostnej.

170 420

Sposób wytwarzania niklowo-tytanowego tworzywa metalicznego z pamięcią kształtu jest znany z patentu polskiego Nr 144 170. Wedługtego sposobu można uzyskać półfabrykaty w postaci płaskowników i drutów z pamięcią kształtu, potrzebnych do produkcji elementów znajdujących w nn\vnc7pęnpi tprhmrp i mpHvrvrnp tpon natpntn ctannn/i nncfpn w zakresie produkcji stopów z pamięcią kształtu, lecz nie zapewnia jeszcze w szerokim zakresie wyrobom finalnym pożądanych wymagań stawianych materiałom na implantaty medyczne.

Celem niniejszego wynalazku jest dalsze udoskonalenie sposobu wytwarzania niklowotytanowego tworzywa metalicznego z pamięcią kształtu dla poprawienia własności plastycznych i dostosowania temperatury odzysku kształtu do temperatury zbliżonej do ciepłoty ciała i opracowanie sposobu otrzymywania implantatów w postaci klamer ze stopów tytanowo-mklowokobaltowych z pamięcią kształtu, które mogą być wykorzystane przy zespoleniach niektórych przypadków złamań kostnych, na przykład złamań żuchwy.

Cel ten udało się osiągnąć dzięki zastosowaniu sposobu według niniejszego wynalazku. Istota sposobu według wynalazku polega na tym, że w pierwszej fazie przygotowuje się trójskładnikową kompozycję metali o czystości specjalnej i namiarowym składzie chemicznym 49,5-50% at.Ti, 48,5-49% at.Ni, 1 -1,5% at.Co, a następnie przetapia się w procesie próżniowego topienia indukcyjnego. W drugiej fazie z otrzymanego półproduktu w postaci drutu o przekroju kołowym, kwadratowym lub prostokątnym wykonuje się klamry z pamięcią kształtu o temperaturze odzysku kształtu zbliżonej do temperatury ludzkiego ciała, przeznaczone do zespoleń złamań kostnych, na przykład żuchwy poprzez plastyczne formowanie zaprogramowanego, końcowego kształtu klamry ręcznie szczypcami, po ogrzaniu drutu do temperatury 900 - 650°C, w płomieniu palnika gazowego lub przy użyciu matryc. Natomiast w trzeciej fazie wykonuje się odkształcenie klamry dostosowujące odległość nóżek do położeń otworów wywierconych w zespalanej kości. Klamrę odkształca się w stanie martenzytycznym, poniżej temperatury końca przemiany martenzytycznej Mf, po ochłodzeniu jej w ciekłym azocie lub w oziębionym suchym lodem alkoholu etylowym albo w zimnej soli fizjologicznej. Odkształcenie to ma na celu zwiększenie odległości pomiędzy nóżkami klamry i musi odpowiadać odległości wywierconych w złamanej kości otworów. Włożenie klamry do złamanej kości powoduje jej nagrzanie ciepłem ciała. Wzrost temperatury klamry do zakresu As - Af powoduje podgięcie nóżek klamry do finalnego położenia, skutkiem czego następuje zespolenie odłamów złamanej kości, aż do zaniku szczeliny złamania. Dzięki zastosowaniu trójskładnikowego stopu z udziałem kobaltu, uzyskuje się tworzywo o podwyższonej plastyczności do produkcji klamer pamięciowych, których temperatura końca odwrotnej, termospręzystej przemiany martenzytycznej, związanej ze zmianą kształtu mieści się w zakresie Af = -40-+ 40°C.

Przykład .W pierwszej fazie trzy metale o czystości specjalnej 99,99Ni, 99,98Ti i 99,99Co i namiarowym składzie chemicznym 50% at.Ti, 48,7% at.Ni i 1,3% at.Co, przetapia się indukcyjnie w próżni, w tyglu grafitowym i odlewa do grafitowej wlewnicy. Wlewek po wyżarzaniu ujednoradniającym w piecu próżniowym przy ciśnieniu 10_Torr w temperaturze 890°C przez 48 godzin poddaje się walcowaniu w profilach na gorąco, w zakresie temperatur 900-700°C, w osłonie stalowej zabezpieczającej przed utlenianiem. Uzyskane pręty o średnicy 5 mm poddaje się kuciu na gorąco na kowarce, w zakresie temperatur 850-650°C, a następnie przeciąganiu na gorąco w temperaturach 700-600°C przez ciągadła ze spieków stosując bardzo małe gnioty i wielokrotne przepusty. W końcowej fazie przeróbki plastycznej stosuje się przeciąganie na zimno, w stanie martenzytycznym, ochładzając drut i ciągadło do temperatury -30°C w alkoholu etylowym oziębionym suchym lodem. Następnie druty poddaje się precyzyjnej obróbce cieplnej w piecu oporowym w atmosferze argonu, wyżarzając je w temperaturze 700°C w czasie 15 minut. Druty po przeciąganiu na zimno wyżarza się w temperaturach 300-400°C w czasie 45 minut. W otrzymanym półfabrykacie określa się temperaturę i stopień odzysku kształtu.

W drugiej fazie z otrzymanego półproduktu w postaci drutu wykonuje się prostokątne klamry z pamięcią kształtu o temperaturze ok. 30-35°C o długościach 15-35 mm z podgiętymi końcówkami o długości ok- 5-7 mm poprzez plastyczne formowanie kleszczami w temperaturze 900 - 700°C, po ogrzaniu drutu w płomieniu palnika gazowego, podginając nóżki klamer do ok. 45°.

170 420

Tak ukształtowane klamry wytrawia się chemicznie w odczynniku 1/8HF + IHNO3 + 2H₂O. Końcówki klamer zaostrza się metodą szlifowania przy użyciu diamentowych ściernic trzpieniowych, a następnie odtłuszcza się 1 sterylizuje w parze wodnej wraz z dopasowanymi do nich szablonami wykonanymi ze stali nierdzewnej.

W trzeciej fazie, podczas operacji zespalania złamanej kości, na przykład żuchwy, po ustawieniu odłamów kostnych w położeniu anatomicznym i wywierceniu w nich otworów według szablonu, tych samych rozmiarów klamrę ochładza się w ciekłym azocie, odkształca szczypcami do wzoru prostokątnego szablonu 1 umieszcza w wywierconych otworach złamanej kości. W wyniku nagrzewania ciepłem ciała pacjenta następuje samoistne podgięcie nóżek klamry 1 zespolenie złamania.

Claims (1)

1. Z a s t r z e żerni e patentowe

   Sposób wytwarzania tytanowo-niklowego tworzywa metalicznego z pamięcią kształtu i klamer z tego tworzywa do zespoleń złamań kości, gdzie w pierwszej fazie wykonuje się przetop metali wsadowych i uzyskuje stop w postaci odlewu, a w drugiej fazie drogą przeróbki plastycznej na gorąco i na zimno uzyskuje się półfabrykat w postaci drutu, znamienny tym, ze w pierwszej fazie jako wsad do przetopu stosuje się trójskładnikową kompozycję metali o czystości specjalnej, o składzie chemicznym 49,5 - 50% at.Ti, 48,5 - 49% at.Ni, 1 - 1,5% at.Co, w drugiej fazie z otrzymanego półproduktu w postaci drutu o przekroju kołowym, kwadratowym lub prostokątnym wykonuje się klamry z pamięcią kształtu o temperaturze odzysku kształtu zbliżonej do temperatury ludzkiego ciała, przeznaczone do zespoleń złamań kostnych na przykład żuchwy, poprzez plastyczne formowanie w zakresie temperatur 900-650°C, ręcznie w płomieniu palnika gazowego, lub przy użyciu matryc, a w trzeciej fazie wykonuje się odkształcenie klamry dostosowujące odległość nóżek do położeń otworów wywierconych w zespalanej kości, po uprzednim oziębieniu klamry poniżej temperatury końca przemiany martenzytycznej Mf w ciekłym azocie lub w zimnej soli fizjologicznej i umieszcza się ją w otworach wywierconych w odłamach kostnych, gdzie pod wpływem ciepła ciała następuje podgięcie nóżek klamry i zespolenie złamanej kości.