CN104921846A - 一种抗磨损、不破裂的新型金属陶瓷股骨头及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种抗磨损、不破裂的新型金属陶瓷股骨头，包括金属股骨头主体(1)和一体式金属结构件，所述一体式金属结构件设置在所述金属陶瓷股骨头主体(1)的底部，并与所述金属陶瓷股骨头主体(1)形成一个整体结构的抗磨损、不破裂的新型金属陶瓷股骨头。本发明还公开了一种抗磨损、不破裂的新型金属陶瓷股骨头的制作方法，本发明提供的抗磨损、不破裂的新型金属陶瓷股骨头及其制作方法至少能够极大提高陶瓷股骨头的质量、结构和性能，达到了金属陶瓷股骨头耐磨损、不破裂的效果。
Description
技术领域
本发明涉及生物医疗器械领域的一种陶瓷股骨头及其制作方法，尤其涉及一种使陶瓷股骨头的质量、结构和性能等都能极大提高的抗磨损、不破裂的新型金属陶瓷股骨头及其制作方法。
背景技术
股骨头就是支撑身体上半部分的两根骨头，具体位置在骨盆下方，骨盆那里一边一个髋臼，两个股骨头正好和髋臼配合，起到支撑上体的作用。股骨是人体最重要的骨骼，股骨头更为重要，人的直立行走、活动、劳动都依靠股骨头的支撑作用，所以股骨头也是最容易受伤的部位。股骨头受伤后，陶瓷股骨头是人工髋关节置换的重要材料。
现有技术中的陶瓷股骨头容易破裂，其结构图1所示，包括陶瓷股骨头圆锥孔6、锥孔小端7、股骨头底部8、传统陶瓷股骨头主体9，该结构的股骨头内部一直承受身体质量张应力的作用，再加上陶瓷股骨头中圆锥孔与颈圆锥形柱配合而产生的应力，且股骨头底部受到的张力最大，当患者行走时因跌、撞、碰、冲产生冲击力的作用，加大内部的张应力，导致传统的陶瓷股骨头容易破裂，从而患者不得不再次更换股骨头，不仅增加了患者的痛苦，也提高了治疗成本。
因此，希望提供一种新型结构陶瓷股骨头，克服传统陶瓷股骨头因结构不合理而造成的破裂现象。
发明内容
为此，本发明提出了一种可以解决上述问题的至少一部分的新型抗磨损、不破裂的新型金属陶瓷股骨头及其制作方法。
根据本发明的一个方面，提供了一种抗磨损、不破裂的新型金属陶瓷股骨头，包括金属陶瓷股骨头主体和一体式金属结构件，
所述一体式金属结构件设置在所述金属陶瓷股骨头主体的底部，并与所述金属陶瓷股骨头主体形成一个整体结构的抗磨损、不破裂的新型金属陶瓷股骨头。
可选地，根据本发明的一个实施方式，所述一体式金属结构件包括金属锥孔套、金属卡箍环和金属连接环，
所述金属锥孔套和所述金属卡箍环通过所述金属连接环相连接，
所述金属锥孔套的内壁所形成的腔体呈锥孔状。
可选地，根据本发明的一个实施方式，所述金属陶瓷股骨头主体按体积百分比包括：60～70％的Al2O3陶瓷颗粒和30～40％的合金粉末，
所述金属陶瓷股骨头主体按密度换算成重量百分比包括：40～50％的Al2O3陶瓷颗粒和50～60％的合金粉末。
可选地，根据本发明的一个实施方式，所述合金粉末按重量百分比包括：85～90％的CoCrMo合金、1.5～2％的Ti、1.5～2％的Zr、1.5～2％的Ta、1.5～2％的Nb、3～5％的Al和1～2％的B。
可选地，根据本发明的一个实施方式，所述一体式金属结构件的材料为CoCrMo合金。
所述合金粉末和所述一体式金属结构件中的CoCrMo合金均符合GB12417标准。GB 12417-1990标准是“外科金属植入物通用技术条件”。
根据本发明的另一个方面，提供了一种抗磨损、不破裂的新型金属陶瓷股骨头的制作方法，包括
步骤一：预制一体式金属结构件；
步骤二：将所述一体式金属结构件设置在陶瓷模具中，
将Al2O3陶瓷颗粒和合金粉末形成的混合物加入到所述陶瓷模具内并包覆在所述一体式金属结构件的周围，形成预焊件；
步骤三：在真空扩散炉中，将所述预焊件扩散焊接，再经冷却、出炉、拆除模具后，即得到所述抗磨损、不破裂的新型金属陶瓷股骨头。
可选地，根据本发明的一个实施方式，步骤一中所述一体式金属结构件包括金属锥孔套、金属卡箍环和金属连接环，
所述金属锥孔套和所述金属卡箍环通过所述金属连接环相连接，
所述金属锥孔套的内壁所形成的腔体呈锥孔状。
可选地，根据本发明的一个实施方式，步骤三扩散焊接所述预焊件时，真空度为5×10-3Pa，压力为5～20MPa，温度为1150～1180℃，时间为3～6h。
可选地，根据本发明的一个实施方式，步骤二所述混合物中，所述Al2O3陶瓷颗粒为30～100目，所述合金粉末为100～300目。
可选地，根据本发明的一个实施方式，所述Al2O3陶瓷颗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％。
本发明提供的抗磨损、不破裂的新型金属陶瓷股骨头及其制作方法至少能够极大提高陶瓷股骨头的质量、结构和性能。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。其中在附图中，参考数字之后的字母标记指示多个相同的部件，当泛指这些部件时，将省略其最后的字母标记。在附图中：
图1是传统易破裂的陶瓷股骨头的结构示意图。
图2是本发明不破裂的金属陶瓷股骨头总体结构示意图。
图3是本发明不破裂的金属陶瓷股骨头主体剖面示意图。以及
图4是本发明金属陶瓷股骨头内部一体式金属锥孔套、卡箍环、连接环结构示意图。
其中：金属陶瓷股骨头主体1、金属锥孔套2、金属卡箍环3、金属连接环4、腔体5、陶瓷股骨头圆锥孔6、锥孔小端7、股骨头底部8、传统陶瓷股骨头主体9。
具体实施方式
本发明提供了许多可应用的创造性概念，该创造性概念可大量的体现于具体的上下文中。在下述本发明的实施方式中描述的具体的实施例仅作为本发明的具体实施方式的示例性说明，而不构成对本发明范围的限制。
下面结合附图和具体的实施方式对本发明作进一步的描述。
根据图2和图3所示，本发明提供了一种抗磨损、不破裂的新型金属陶瓷股骨头，包括金属陶瓷股骨头主体1和一体式金属结构件，所述一体式金属结构件设置在所述金属陶瓷股骨头主体1的底部，并与所述金属陶瓷股骨头主体1形成一个整体结构的抗磨损、不破裂的新型金属陶瓷股骨头。图4所示，所述一体式金属结构件包括金属锥孔套2、金属卡箍环3和金属连接环4，所述金属锥孔套2和所述金属卡箍环3通过所述金属连接环4相连接，所述金属锥孔套2的内壁所形成的腔体5呈锥孔状。
传统易破裂的陶瓷股骨头如图1所示，包括陶瓷股骨头圆锥孔6、锥孔小端7、股骨头底部8、传统陶瓷股骨头主体9。该结构脆弱、易裂，为改变其底部薄弱环节，本发明创造性地在其底部预置一个连接成一体的金属锥孔套2与金属卡箍环3、金属连接环4，并与金属陶瓷股骨头主体1形成一个整体的金属陶瓷股骨头；其内部形成一个镶套式金属圆锥孔(即腔体5)，代替陶瓷圆锥孔，使内壁承受的是小的平均张应力，向其小端(锥孔上端)方向突然的冲击力对它并无大的影响，以抵消薄弱环节处大的内张应力，使其底部不因冲击力产生微观变形引起微裂纹源张口，增强防破裂效果。
经过上述改进，本发明提供的新型结构陶瓷股骨头，能够克服传统陶瓷股骨头因结构不合理而造成的破裂现象，同时能够减少患者因置换股骨头带来的痛苦，并且降低患者的经济压力。
传统的陶瓷股骨头一般采用氧化铝陶瓷制成。氧化铝陶瓷股骨头和髋臼衬，虽具有高硬度，耐磨损，有良好的生物相容性，使其成为人工髋关节的首选材料。但是氧化铝陶瓷的脆性在使用中尤显突出，受冲击力的作用容易破裂失效而被迫再次施行手术。股骨头内部承受张应力，是破裂的主要原因，而受张应力的最大部位是股骨头底部，是破裂的次要原因，为薄弱环节。当球头受冲击力的作用，破裂的几率显著增加。文献推荐抗断裂韧性好的氧化铝陶瓷其成分是：Al2O3(82％)+ZrO2(17％)+SrO(1％)，经热加工结晶后，由于ZrO2的晶粒增加了强度，提高Al2O3基体的抗断裂韧性一倍多，但这并不会减少基体结晶的微观缺陷，也不能减小多晶质弯曲变形差和弹性低的性质，仍旧会发生破裂。因此必须寻求陶瓷股骨头不破裂的新技术举措为追求的目标。
陶瓷具有高硬度，所以抗磨损性亦高，但仍有微观的磨损量是由多晶质特性造成的。多晶质之间生成小的微观缺陷并组成晶粒之间生成大的微观缺陷。这些缺陷正是陶瓷头臼受力处产生微观变形的根源。陶瓷股骨头内部虽有无数微裂纹源，使它不起作用，陶瓷股骨头是不会破裂的。其实，该股骨头破裂另有其特殊性并受一定条件制约，掌握这些规律，并摒弃产生破裂的根源，自然会达到股骨头不破裂的目的。
为了进一步增强所述陶瓷股骨头高抗裂韧性，发明人对本发明提供的陶瓷股骨头主体的材料进一步作了改进，形成了金属陶瓷股骨头主体。所述金属陶瓷股骨头主体1按体积百分比包括：60～70％的Al2O3陶瓷颗粒和30～40％的合金粉末，所述金属陶瓷股骨头主体1按密度换算成重量百分比包括：40～50％的Al2O3陶瓷颗粒和50～60％的合金粉末。
所述合金粉末按重量百分比包括：85～90％的CoCrMo合金、1.5～2％的Ti、1.5～2％的Zr、1.5～2％的Ta、1.5～2％的Nb、3～5％的Al和1～2％的B。
本发明中，金属陶瓷股骨头主体1的主要材料为Al2O3陶瓷，采用陶瓷颗粒与合金粉末经真空扩散焊接工艺加工制成，其中主要的金属成分与股骨柄及髋臼杯的成分一致，为GB12417标准的CoCrMo合金，并在其中加入少量极易氧化的元素Ti、Zr、Ta、Nb、和Al，其中每种成分含量在1～6％之间调整，再加入1～2％的B，能调节该合金有合适的熔点和适宜焊接的要求，迫使陶瓷颗粒与合金粉末互相包裹并在接触处形成陶瓷性结合，极大地提高金属陶瓷的抗断裂韧性，总体使该Al2O3陶瓷耐磨性随之而增高，长期使用磨损量极小。
Ti、Zr、Ta、Nb、Al和B代表的是金属钛、锆、钽、铌、铝和硼。
Ti，钛属于稀有金属，主要特点是密度小、机械强度大、容易加工，钛的塑性主要依赖于纯度。钛越纯，塑性越大。有良好的抗腐蚀性能，不受大气和海水的影响。在常温下，不会被稀盐酸、稀硫酸、硝酸或稀碱溶液所腐蚀；只有氢氟酸、热的浓盐酸、浓硫酸等才可对它作用。
Zr，锆是一种银白色的高熔点金属，呈浅灰色。广泛存在于锆石和二氧化锆矿中。锆在上述合金中主要是增加防腐作用。
Ta，钽，钢灰色金属，钽有非常出色的化学性质，具有极高的抗腐蚀性，无论是在冷和热的条件下，对盐酸、浓硝酸及"王水"都不反应。钽是“亲生物金属”，人体组织可在钽表面生长。
Nb，铌，灰白色金属，室温下铌在空气中稳定，在氧气中红热时也不被完全氧化，高温下与硫、氮、碳直接化合，能与钛、锆、铪、钨形成合金。不与无机酸或碱作用，也不溶于王水，但可溶于氢氟酸。做为金属植入物，铌与钽有相近的特性。
Al，铝，银白色轻金属。有延展性。商品常制成棒状、片状、箔状、粉状、带状和丝状。在空气中能形成一层防止金属腐蚀的Al2O3氧化膜。铝粉和铝箔在空气中加热能猛烈燃烧，并发出眩目的白色火焰。易溶于稀硫酸、硝酸、盐酸、氢氧化钠和氢氧化钾溶液，难溶于水。相对密度2.70、熔点660℃、沸点2327℃。铝在上述合金中是形成表面陶瓷层的主要成分。
B，硼，单质硼为黑色或深棕色粉末，在空气中氧化时由于三氧化二硼膜的形成而阻碍内部硼继续氧化。常温时能与氟反应，不受盐酸和氢氟酸水溶液的腐蚀。硼不溶于水，粉末状的硼能溶于沸硝酸和硫酸，以及大多数熔融的金属如铜、铁、锰、铝和钙。熔点2076℃、沸点3927℃，在常温时为弱电导体，而在高温时导电良好。单质硼有多种同素异形体，无定形硼为棕色粉末，晶体硼呈灰黑色。单质硼的硬度近似于金刚石，有很高的电阻，但它的导电率却随着温度的升高而增大。晶态硼较惰性，无定形硼则比较活泼。硼共有14种同位素，其中只有两个是稳定的。硼在合金中主要起调节熔点的作用。
所述金属陶瓷股骨头中的微观缺陷被熔化的液态CoCrMo合金填满而结合，合金粉末熔化由真空扩散接压力的作用被压薄填充冷凝后成网状膜，成为氧化物结晶的核心，提高了晶界强度，得到一种很高硬度的金属陶瓷，有极耐磨损的性能；其中加入的Ti、Zr、Ta、Nb和Al等少量元素在真空中加热有强力夺取基体中氧的能力，与基体结合，使晶粒间不再产生微观变形。
所述金属陶瓷股骨头主体的材质及制造方法如下：将30～100目陶瓷颗粒与100～300目合金粉末按比例混匀，合金粉末的体积约占30～40％，反之，其磨损微粒以金属为多，金属微粒会导致骨溶解，柄体松动，有极大的危害；经1150～1180℃真空扩散接加工后制成既有陶瓷的硬度耐磨损、又有金属的韧性抗破裂的金属陶瓷。
采用经过上述材质改进后得到的金属陶瓷股骨头主体1为具有高韧性的金属陶瓷材料。
优选地，所述一体式金属结构件的材料为CoCrMo合金，符合12417-1990标准。
本发明的优点和有益效果：实施以上技术方案后，金属陶瓷股骨头既有氧化铝陶瓷的硬度，又有金属材料韧性结构的包裹，再加上金属锥孔套和卡箍环等结构的保护，达到了金属陶瓷股骨头抗磨损、不破裂的效果。经测试，破裂强度＞63kN，相当于63倍人体重量。
本发明提供的一种抗磨损、不破裂的新型金属陶瓷股骨头的制作方法，包括以下步骤：
步骤一：预制一体式金属结构件，所述一体式金属结构件包括金属锥孔套2、金属卡箍环3和金属连接环4，所述金属锥孔套2和所述金属卡箍环3通过所述金属连接环4相连接，所述金属锥孔套2的内壁所形成的腔体5呈锥孔状。
步骤二：将所述一体式金属结构件设置在陶瓷模具中，
将Al2O3陶瓷颗粒和合金粉末形成的混合物加入到所述陶瓷模具内并包覆在所述一体式金属结构件的周围，形成预焊件。所述混合物中，所述Al2O3陶瓷颗粒为30～100目，所述合金粉末为100～300目。所述Al2O3陶瓷颗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％。
步骤三：在真空扩散炉中，将所述预焊件扩散焊接，再经冷却、出炉、拆除模具后，即得到所述抗磨损、不破裂的新型金属陶瓷股骨头。本步骤扩散焊接所述预焊件时，真空度为5×10-3Pa，压力为5～20MPa，温度为1150～1180℃，时间为3～6h。
将上述制作方法进一步细化，包括
步骤一预制：用Co Cr Mo合金预制包括金属锥孔套2、金属卡箍环3和金属连接环4在内的一体式金属结构件，所述金属锥孔套2的内壁围成金属锥孔5。
即：用GB12417标准的CoCrMo合金预制包括金属锥孔套2、金属卡箍环3、金属连接环4和金属锥孔(即腔体5)的一体式金属结构件，金属锥孔内径要留出0.5～1mm用于精加工的余量。
步骤二混合：将定制的30～100目的Al2O3陶瓷颗粒以及定制的100～300目的合金粉末混合形成混合物，其中，所述Al2O3陶瓷颗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％。
步骤三定制模具：按所需抗磨损、不破裂的新型金属陶瓷股骨头的规格尺寸定制扩散焊接用Si3N4陶瓷模具，备用。
步骤四预置：将步骤一制成的一体式金属结构件预置在Si3N4陶瓷模具内并固定。
步骤五装夹：将步骤二制成的所述混合物按需要的重量加入到所述Si3N4陶瓷模具内并包覆在所述一体式金属结构件的周围，将所述Si3N4陶瓷模具装夹牢固后转移至真空扩散炉内。
步骤六扩散焊接、冷却、出炉、拆除模具：将真空扩散炉抽真空至5×10-3Pa，对预焊件施加5～20MPa的压力，经1150～1180℃，3～6h的真空扩散焊接、冷却、出炉、拆除模具后即成为具有金属陶瓷股骨头主体1、金属锥孔套2、金属卡箍环3、金属连接环4的新型金属陶瓷股骨头毛坯。
将所述金属连接环4的内壁围成的所述金属锥孔5(即腔体5)与所述金属陶瓷股骨头主体1的外表面用数控机床加工珩磨抛光至规定尺寸及粗糙度即形成抗磨损、不破裂的新型金属陶瓷股骨头。
对上述提供的方法制备出的金属陶瓷股骨头进行测试：实施以上技术方案后，金属陶瓷股骨头既有氧化铝陶瓷的硬度，又有金属材料韧性结构的包裹，再加上金属锥孔套和卡箍环等结构的保护，达到了金属陶瓷股骨头抗磨损、不破裂的效果。经测试，破裂强度＞63kN，相当于63倍人体重量。
下面对本发明提供的抗磨损、不破裂的新型金属陶瓷股骨头及其制备方法作进一步详细说明：
氧化铝陶瓷股骨头和髋臼衬，虽具有高硬度，耐磨损，有良好的生物相容性，使其成为人工髋关节的首选材料。但是氧化铝陶瓷的脆性在使用中尤显突出，受冲击力的作用容易破裂失效而被迫再次施行手术。股骨头内部承受张应力，是破裂的主要原因，而受张应力的最大部位是股骨头底部，是破裂的次要原因，为薄弱环节。当球头受冲击力的作用，破裂的几率显著增加。文献推荐抗断裂韧性好的氧化铝陶瓷其成分是：Al2O3(82％)+ZrO2(17％)+SrO(1％),经热加工结晶后，由于ZrO2的晶粒增加了强度，提高Al2O3基体的抗断裂韧性一倍多，但这并不会减少基体结晶的微观缺陷，也不能减小多晶质弯曲变形差和弹性低的性质，仍旧会发生破裂。因此必须寻求陶瓷股骨头不破裂的新技术举措为追求的目标。
陶瓷具有高硬度，所以抗磨损性亦高，但仍有微观的磨损量是由多晶质特性造成的。多晶质之间生成小的微观缺陷并组成晶粒之间生成大的微观缺陷。这些缺陷正是陶瓷头臼受力处产生微观变形的根源。陶瓷股骨头内部虽有无数微裂纹源，使它不起作用，陶瓷股骨头是不会破裂的。其实，该股骨头破裂另有其特殊性并受一定条件制约，掌握这些规律，并摒弃产生破裂的根源，自然会达到股骨头不破裂的目的。(1)陶瓷股骨头的内部到处存在微裂纹源，是结晶时生成的微观缺陷。(2)其内部一直承受身体质量张应力的作用，再加上陶瓷股骨头中圆锥孔与颈圆锥形柱配合而产生的应力。(3)陶瓷股骨头破裂条件的汇总：①患者行走时因跌、撞、碰、冲产生冲击力的作用，加大内部的张应力。②当陶瓷股骨头中的圆锥形柱向小端产生极小的微动或变形时迫使微裂纹源张口。③受力最大部位为股骨头底部，是它的薄弱部位，且无能力阻挡其微裂纹源的延伸、扩展直至破裂。此外，多晶质之间和晶粒之间被无数低性能晶界所包围，也是产生微观变形的因素。
解决这些问题，需要制成专用的金属陶瓷并提高其耐磨性及与金属的连接问题，形成高抗裂韧性和长寿命的结构。
但有专利提出不锈钢作陶瓷中的合金是不合理的，即在烧结温度下合金与陶瓷形成相互包裹，但两者接触处不能形成陶瓷性的结合是很危险的，易产生粗大的陶瓷颗粒，有破坏作用；按体积比，以金属基为主的陶瓷在这里也是不可用的，随陶瓷磨损会产生较多金属微粒。
因此，希望提供一种新型结构的专用金属陶瓷股骨头，克服传统陶瓷股骨头因材料脆性大、结构不合理而造成的破裂现象。
为了解决上述问题，本发明提供了一种金属陶瓷股骨头，其主要材料为Al2O3陶瓷，采用陶瓷颗粒与合金粉末经真空扩散焊接工艺加工制成，其中主要的金属成分与股骨柄及髋臼杯的成分一致，为GB12417标准的Co Cr Mo合金，并在其中加入少量极易氧化的元素Ti、Zr、Ta、Nb、和Al，其中每种成分含量在1～6％之间调整，再加入1～2％的B,能调节该合金有合适的熔点和适宜焊接的要求，迫使陶瓷颗粒与合金粉末互相包裹并在接触处形成陶瓷性结合，极大地提高金属陶瓷的抗断裂韧性，总体使该Al2O3陶瓷耐磨性随之而增高，长期使用磨损量极小；
所述金属陶瓷股骨头中的微观缺陷被熔化的液态CoCrMo合金填满而结合，合金粉末熔化由真空扩散焊接压力的作用被压薄填充冷凝后成网状膜，成为氧化物结晶的核心，提高了晶界强度，得到一种很高硬度的金属陶瓷，有极耐磨损的性能；其中加入的Ti、Zr、Ta、Nb和Al等少量元素在真空中加热有强力夺取基体中氧的能力，与基体结合，使晶粒间不再产生微观变形。
所述金属陶瓷股骨头主体的材质及制造方法如下：
将30～100目陶瓷颗粒与100～300目合金粉末按比例混匀，合金粉末的体积约占30～40％，反之，其磨损微粒以金属为多，金属微粒会导致骨溶解，柄体松动，有极大的危害；经1150～1180℃真空扩散接加工后制成既有陶瓷的硬度耐磨损、又有金属的韧性抗破裂的金属陶瓷。
其次，所述金属陶瓷股骨头的结构经过改进，其结构包括金属陶瓷股骨头主体1、金属锥孔套2、金属卡箍环3、连接环4，所述金属陶瓷股骨头主体1采用经过上述材质改进后得到的高韧性的金属陶瓷材料；为改变其底部薄弱环节，在其底部预置一个连接成一体的金属锥孔套2与金属卡箍环3、连接环4，并与金属陶瓷股骨头主体1形成一个整体的金属陶瓷股骨头；其内部形成一个镶套式金属圆锥孔5(即腔体5，下同)，代替陶瓷圆锥孔，使内壁承受的是小的平均张应力，向其小端(锥孔上端)方向突然的冲击力对它并无大的影响，以抵消薄弱环节处大的内张应力，使其底部不因冲击力产生微观变形引起微裂纹源张口，增强防破裂效果；所述金属锥孔5与金属陶瓷股骨头主体1的外表面用数控机床加工珩磨抛光至规定尺寸及粗糙度即可。
应该注意的是，上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。
Claims (10)
1.一种抗磨损、不破裂的新型金属陶瓷股骨头，包括
金属陶瓷股骨头主体(1)和一体式金属结构件，
所述一体式金属结构件设置在所述金属陶瓷股骨头主体(1)的底部，并与所述金属陶瓷股骨头主体(1)形成一个整体结构的抗磨损、不破裂的新型金属陶瓷股骨头。
2.根据权利要求1所述的抗磨损、不破裂的新型金属陶瓷股骨头，其特征在于：所述一体式金属结构件包括金属锥孔套(2)、金属卡箍环(3)和金属连接环(4)，
所述金属锥孔套(2)和所述金属卡箍环(3)通过所述金属连接环(4)相连接，
所述金属锥孔套(2)的内壁所形成的腔体(5)呈锥孔状。
3.根据权利要求1所述的抗磨损、不破裂的新型金属陶瓷股骨头，其中：
所述金属陶瓷股骨头主体(1)按体积百分比包括：60～70％的Al2O3陶瓷颗粒和30～40％的合金粉末，
所述金属陶瓷股骨头主体(1)按密度换算成重量百分比包括：40～50％的Al2O3陶瓷颗粒和50～60％的合金粉末。
4.根据权利要求3所述的抗磨损、不破裂的新型金属陶瓷股骨头，其中：
所述合金粉末按重量百分比包括：85～90％的CoCrMo合金、1.5～2％的Ti、1.5～2％的Zr、1.5～2％的Ta、1.5～2％的Nb、3～5％的Al和1～2％的B。
5.根据权利要求1所述的抗磨损、不破裂的新型金属陶瓷股骨头，其中：所述一体式金属结构件的材料为CoCrMo合金。
6.一种抗磨损、不破裂的新型金属陶瓷股骨头的制作方法，包括
步骤一：预制一体式金属结构件；
步骤二：将所述一体式金属结构件设置在陶瓷模具中，
将Al2O3陶瓷颗粒和合金粉末形成的混合物加入到所述陶瓷模具内并包覆在所述一体式金属结构件的周围，形成预焊件；
步骤三：在真空扩散炉中，扩散焊接所述预焊件，再经冷却、出炉、拆除模具后，即得到所述抗磨损、不破裂的新型金属陶瓷股骨头。
7.根据权利要求6所述的抗磨损、不破裂的新型金属陶瓷股骨头的制作方法，步骤一中，所述一体式金属结构件包括金属锥孔套(2)、金属卡箍环(3)和金属连接环(4)，
所述金属锥孔套(2)和所述金属卡箍环(3)通过所述金属连接环(4)相连接，
所述金属锥孔套(2)的内壁所形成的腔体(5)呈锥孔状。
8.根据权利要求6所述的抗磨损、不破裂的新型金属陶瓷股骨头的制作方法，
步骤三扩散焊接所述预焊件时，真空度为5×10-3Pa，压力为5～20MPa，温度为1150～1180℃，时间为3～6h。
9.根据权利要求6～8中任意一项所述的抗磨损、不破裂的新型金属陶瓷股骨头的制作方法，
步骤二的所述混合物中，所述Al2O3陶瓷颗粒为30～100目，所述合金粉末为100～300目。
10.根据权利要求6～8中任意一项所述的抗磨损、不破裂的新型金属陶瓷股骨头的制作方法，
所述Al2O3陶瓷颗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％。
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Granted publication date: 20170118 |
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