DE10022162A1

DE10022162A1 - Zementfreies Implantat und Verfahren zur Herstellung eines zementfreien Implantats

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Publication number: DE10022162A1
Application number: DE10022162A
Authority: DE
Inventors: Heiko Dipl Ing Thaler
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2000-05-09
Filing date: 2000-05-09
Publication date: 2001-11-22
Anticipated expiration: 2020-05-10
Also published as: DE10022162B4

Abstract

Die Erfindung beschreibt ein zementfreies Implantat, das einen Grundkörper mit einem sich im Knochen oder Gewebe verankernden Verankerungsbereich aufweist, wobei die Flächen des Verankerungsbereichs zumindest teilweise mit einer Beschichtung versehen sind, die aus einem Pulver mittels Plasmaspritzen gebildet ist, wobei mit dem Pulver zumindest teilweise eine Porenstruktur erzeugt ist, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die Beschichtung durch ein Vakuumplasmaspritzverfahren erzeugt ist, wobei die Pulverpartikel zur Erzeugung der Porenstruktur oberflächlich angeschmolzen sind und durch den Grad des Anschmelzens eine im wesentlichen offene Porenstruktur gebildet ist. Weiterhin ist ein Verfahren zur Herstellung eines zementfreien Implantats angegeben.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein zementfreies Implantat, das einen Grundkörper mit einem sich im Knochen oder Gewebe verankernden Verankerungsbereich aufweist, wobei die Flächen des Verankerungsbereichs zumindest teilweise mit einer Beschichtung verse hen sind, die aus einem Pulver mittels Plasmaspritzen gebildet ist, wobei mit dem Pulver zumindest teilweise eine Porenstruktur erzeugt ist. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfin dung ein Verfahren zum Herstellen eines zementfreien Implantats, wobei ein Grundkörper bereitgestellt wird, auf dem ein sich im Knochen oder Gewebe verankernder Veranke rungsbereich gebildet wird, indem Flächen dieses Bereiches zumindest teilweise mit einer Beschichtung versehen werden, die aus einem Pulver gebildet wird, wobei mit dem Pulver zumindest teilweise eine Porenstruktur erzeugt wird.

Zementfreie Implantate, insbesondere Hüft- und Kniegelenkprothesen, sind heutzutage umfangreich im Einsatz. Schätzungen gehen dahin, daß derzeit jährlich weltweit bis zu eine Million Hüft- und Kniegelenkprothesen implantiert werden.

Zementfreie Implantate finden aber auch Einsatz im Bereich der Zahnmedizin als Veran kerungsteile in Form von Stiften, die in den Unter- oder Oberkiefer implantiert werden. Zu zementfreien Implantaten, die im Gewebe einwachsen, sind auch Herzschrittmacherelek troden, die zum Stimulieren des Herzens Verwendung finden, zu rechnen.

Die Materialien, die heute für Implantate eingesetzt werden, sind biokompatible Metalle und Metallegierungen, wie beispielsweise Titanlegierungen oder Kobaltbasislegierungen, oder aber auch Keramiken. Im Bereich von Reibflächen, beispielsweise für Gelenkpfan nen, werden Polyethylene oder keramische Bauteile eingesetzt.

Ein wesentlicher Gesichtspunkt für die erfolgreiche Implantation von zementfreien Im plantaten, insbesondere von Hüftgelenkprothesen, ist die Passgenauigkeit des Schaftes. Hierzu werden unterschiedliche Größen von Hüftgelenkprothesen bereitgehalten oder sie werden individuell für den Patienten mittels CAD-Frässystemen angepasst. Ein weiterer, wesentlicher Gesichtspunkt für eine erfolgreiche Implantation von zementfreien Implanta ten ist das Einwachsen des implantierten Teils im Knochen oder Gewebe, um eine hoch feste Verbindung zwischen Implantat und Knochen oder Gewebe zu erreichen. Um eine solche Verankerung zu unterstützen, werden auf die Oberflächen der sich im Knochen oder im Gewebe verankernden Teile, beispielsweise auf der Oberfläche des Schaftes ei nes Hüftgelenks, Funktionsschichten aufgebracht, die eine bestimmte Oberflächenrauhig keit haben, in die hinein Knochensubstanz oder Gewebesubstanz einwächst. Solche porö sen Funktionsschichten wurden bisher insbesondere durch Sintertechniken von Pulver materialien hergestellt. Diese Sintertechnik ist ursprünglich ein Verfahren, um massive Bauteile herzustellen. Komplizierte Geometrien, wie sie im Bereich der Prothesenteile verwendet werden, stellen beim Beschichten mittels Sintertechnik Probleme dar. Außer dem entstehen beim Sintern Probleme hinsichtlich der Haftfestigkeit der Schicht zum Sub strat hin sowie der Festigkeit in der Schicht selbst. Sintern besitzt gewisse Vorteile dann, wenn sehr kleine Partikel (< 1 µm) verwendet werden.

Auf den Oberflächen von orthopädischen Implantaten aufgesinterte Schichten sind zum Beispiel in der US-A-5,373,621 beschrieben worden. Insbesondere ist in dieser Schrift ei ne Geometrie der Implantatfläche mit einzelnen Höckern angegeben, auf denen kleine Kügelchen aufgesintert sind.

Die US-A-3,855,638 hat sich bereits sehr früh mit porösen Metallbeschichtungen auf den Flächen von prothetischen Teilen befasst. Diese Schrift erläutert zum Stand der Technik auch Plasma- oder Flammenbeschichtungstechniken, kommt allerdings zu dem Ergebnis, daß solche Techniken, insbesondere eine Plasmabeschichtungstechnik, nur für Anwen dungsfälle geeignet ist, wo Beschichtungen mit geringer oder praktisch keiner Porosität gefordert sind. Außerdem wird das Plasmaspritzverfahren dahingehend als nachteilig an gegeben, daß damit keine dicken Schichten aufgebaut werden können. Weiterhin wird die Festigkeit solcher Schichten in Frage gestellt. Offensichtlich bezieht sich dieser Stand der Technik auf die US-A-3,605,123, die auf ein noch früheres Datum von 1969 zurückgeht, wo ein Plasmaflammenbeschichtungsprozess beschrieben wird. Wie aus den in der US-A- 3,605,123 gezeigten Bilden zu erkennen ist, sind starke Rissbildungen zwischen Substrat, Haftschicht und poröser Schicht festzustellen. Die Pulverpartikel, die auf das Substrat auf gespritzt sind, sind völlig aufgeschmolzen und es haben sich sehr unregelmäßige Hohl räume in den Schichten gebildet. Aufgrund der als nachteilig dargestellten Plasmabe schichtungstechnik wird demzufolge nach der US-A-3,855,638 auf das Substrat eine Sin terschicht aufgebracht; genauer gesagt werden in Tabelle 1 konkrete Sinterzeiten ange geben und mit erreichbarer Dichte, Scherfestigkeit und Porosität verglichen. Beispiele ge ben konkrete Sinterbedingungen an.

Die Möglichkeit der Beschichtung der Oberflächen von implantierbaren Teilen mittels Plasmaspritzverfahren ist in der US-A-4,784,159 beschrieben. Hierzu werden Metallparti kel zu einem im wesentlichen geschmolzenen Zustand gebracht und diese geschmolze nen Metallpartikel werden auf die Substratfläche gerichtet. Die dargestellten Herzschritt macherelektroden, bei denen eine solche Beschichtungstechnik eingesetzt wird, zeigen stark verformte Partikel mit einzelnen Hohlräumen oder Poren. Die Poren liegen sehr un regelmäßig in Größe und Verteilung vor, eine Folge deren starker Verformung.

Während die US-A-4,784,159 die Bildung von porösen Schichten mittels Plasmaspritz technik unter Verwendung von Metallpulvern beschreibt, ist in der parallelen US-A- 4,784,160 eine Beschichtungstechnik von Herzschrittmacherelektroden mittels Plasma flammspritzen von leitfähigem, keramischem Material angegeben, wiederum auch dahin gehend, daß die Keramikpulverpartikel im wesentlichen aufgeschmolzen werden, bevor sie auf die Substratoberfläche auftreffen.

Anhand des Stands der Technik ist festzustellen, daß Sintertechniken zum Beschichten von Implantaten bevorzugt eingesetzt wurden. Plasmagespritzte Schichten wurden bisher nicht eingesetzt bzw. nur dort, wo die Porosität eine untergeordnete Rolle spielt.

Ausgehend von dem vorstehend angegebenen Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein zementfreies Implantat mit einer porösen Schicht sowie ein entsprechendes Verfahren zu dessen Herstellung anzugeben, bei denen eine hohe Haftfestigkeit der Schicht auf einem Substrat gewährleistet ist, die sowohl für das Bilden von porösen Schichten aus Metallpulver oder Keramikpulver geeignet sind, und mit denen die Porositätsbildung kontrolliert werden kann.

Gelöst wird diese Aufgabe, ausgehend von einem zementfreien Implantat der eingangs genannten Art, dadurch, daß die Beschichtung durch ein Vakuumplasmaspritzverfahren erzeugt ist, wobei die Pulverpartikel zur Erzeugung der Porenstruktur oberflächlich ange schmolzen sind und durch den Grad des Anschmelzens eine im wesentlichen offene Po renstruktur gebildet ist. Verfahrensgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Be schichtung durch ein Vakuumplasmaspritzverfahren erzeugt wird, wobei die Pulverpartikel zur Erzeugung der Porenstruktur während der schichtweisen Beschichtung oberflächlich angeschmolzen werden und durch den Grad des Anschmelzens eine offene oder teilweise geschlossene Porenstruktur gebildet wird. Mit diesen Maßnahmen kann die Porenstruktur definiert eingestellt werden, indem die Pulverpartikel nur oberflächlich angeschmolzen werden. Durch den Grad des Anschmelzens kann dann die Porosität beeinflußt werden. Bei geringem Grad eines Anschmelzens der Oberfläche entstehen im wesentlichen offene Poren, während sich bei einem höheren Anschmelzgrad die Poren schließen. Die Einstel lung des Grades eines Anschmelzens der Oberflächenschicht der einzelnen Pulverpartikel ist insbesondere durch ein Vakuumplasmaspritzverfahren möglich, da der Wärmeüber gang besser kontrolliert werden kann.

Zum Aufbau einer Oberflächenschicht mit Porenstruktur auf einem Flächenbereich eines Implantats, das sich im Knochen oder dem Gewebe verankert, ist es bevorzugt, die Poro sität so einzustellen, daß teilweise geschlossene Poren gebildet sind, die zum Grundkör per hin geschlossener sind als zum Knochen und/oder Gewebe hin. Dadurch wird eine hohe Haftfestigkeit am Grundkörper durch die geschlossenporigere Gestalt der Schicht erreicht, während gerade zum Knochen oder Gewebe hin die offene Porosität ein Ein wachsen von Knochen oder Gewebe sicherstellt, so daß sich dadurch eine hohe Festigkeit ergibt. Es ist darauf hinzuweisen, daß üblicherweise der Stand der Technik davon aus geht, daß eine offenporige Struktur geringe Festigkeitswerte mit sich bringt. Grundsätzlich ist diese Aussage nachvollziehbar; jedoch wird durch das definierte, oberflächliche An schmelzen der einzelnen Pulverpartikel eine offene Porenstruktur erhalten, in der insbe sondere Knochensubstanz einwachsen kann, die dann selbst zur Festigkeit der Schicht beiträgt. Mit dem Vakuumplasmaspritzverfahren, wie es hier angegeben ist, kann durch Änderung verschiedener Verfahrensparameter die Porenstruktur beeinflußt werden. Hier ist zum einen die Partikelgrößenverteilung der eingesetzten Pulverfraktionen zu nennen. Durch definiertes Beimischen von Pulverpartikeln mit geringem Durchmesser, verglichen mit dem Pulveranteil mit maximalem Durchmesser, können mehr Poren geschlossen wer den, da gerade solche feinen Pulverpartikel stärker im Oberflächenbereich anschmelzen als die Partikel mit großem Partikeldurchmesser. Ein weiterer Parameter ist die elektrische Leistung, die ins Plasma eingekoppelt wird. Durch Erhöhung der elektrischen Leistung wird das Plasma heißer und die Pulverpartikel in der Oberfläche stärker angeschmolzen.

Schließlich ist ein wichtiger Parameter der Druck. Grundsätzlich sollte im Vakuum gear beitet werden, d. h. im Bereich von etwa 5 × 10³ Pa bis 3 × 10⁴ Pa.

Ein weiterer Parameter, der zu beachten ist, ist der geeignete Spritzabstand zwischen Flamme und Substrat. Je größer dieser Abstand gewählt wird, desto höher ist die resultie rende Porosität. Der Abstand darf jedoch nicht so groß gewählt werden, daß die ange schmolzenen Partikel nicht bereits oberflächlich erstarren, bevor sie auf das Substrat auf treffen.

Sofern Abstände zwischen Flamme/Plasma und Substrat angegeben sind, beziehen sich diese auf das Ende des jeweiligen Brenners.

Im Hinblick auf einen Gradienten zwischen offenen Poren und geschlossenen Poren ist es zu bevorzugen, daß in Richtung der Dicke der aufzubringenden Schicht gesehen die eine Hälfte geschlossenporiger ausgebildet sein soll als die andere Hälfte, wobei die geschlos senen Poren zum Grundkörper hin weisen, während die offenporige Seite die freie Ober fläche bildet, in die Knochensubstanz oder Gewebe einwächst.

Durch kontinuierliche Veränderung der Verfahrensparameter unmittelbar während des Plasmaspritzens, sowie einer Änderung der Pulverfraktion in Bezug auf den Anteil an fein körnigerem Pulver gegenüber demjenigen Anteil an größeren Pulverpartikeln, kann ein kontinuierlicher Gradient der Porosität über die Schichtdicke erhalten werden. Vorzugs weise sollte die Porosität so eingestellt werden, daß sich das Verhältnis des gesamten Poren-Volumenanteils zum Gesamtvolumen der Schicht von 0 bis 80% ändert; der bevor zugte Bereich liegt hierbei zwischen 10 bis 50%.

Zusätzlich kann zu Beginn des Vakuumplasmaspritzens eine dichte Basisschicht aufge bracht werden, indem die Parameter so eingestellt werden, daß entweder die gesamten Pulverpartikel aufgeschmolzen werden, oder es wird ein entsprechend hoher Anteil an Feinpulver zugemischt, so daß sich dadurch die dichte Basisschicht ergibt.

Als Plasmaspritzverfahren wird bevorzugt ein Vakuum-Hochfrequenzplasmaspritz verfahren eingesetzt. Gerade hiermit ist es möglich, im Vergleich zu Flammspritzen oder Gleichstromplasmaspritzen, relativ grobkörnige Pulver (< 50 µm) anzuschmelzen; im Va kuum kann unter Einsatz des Hochfrequenzplasmaspritzverfahrens durch den Druck nicht nur die Länge der Plasmaflamme, sondern darüber hinaus auch der Wärmeübergang zwi schen Plasma und Pulverpartikel kontrolliert werden.

Als Ausgangspulver sollte bevorzugt solches eingesetzt werden, dessen Partikelgröße im Bereich von 10 µm bis 800 µm liegt, wobei ein Bereich zwischen 100 µm und 250 µm als besonders bevorzugter Bereich herauszustellen ist. Untersuchungen haben weiterhin ge zeigt, daß eine Pulverfraktion eingesetzt werden sollte, die Partikel in einem Durchmes serbereich zwischen einem minimalen Partikeldurchmesser d_min und einem maximalen Partikeldurchmesser d_max umfaßt, die folgender Vorschrift genügt:

wobei d_a ^max den Pulverpartikeldurchmesser angibt, der in der gewählten Pulverfraktion den größten Anteil bildet, und wobei Δd die Schwankungsbreite der Partikeldurchmesser um diesen Partikeldurchmesser darstellt.

Für d_a ^max kann zur Vereinfachung auch der Vorschrift gefolgt werden:

Um zu einer teilweisen offenen Porenstruktur zu gelangen, sollte der Grad des Anschmel zens m der Oberflächenschicht der Partikel der Vorschrift

folgen,
wobei d den Partikeldurchmesser bezeichnet und
wobei d_s* den Durchmesser des verbleibenden festen Kerns bezeichnet, wobei für m gilt

5% < m ≦ 60%.

Zur Erzeugung der zumindest teilweise geschlossenen Porenstruktur wird die Oberflä chenschicht der Partikel angeschmolzen, wobei der Grad des Anschmelzens m wiederum der Vorschrift

allerdings mit 10% < m ≦ 100%.

Geeignete Porenradii sollten in Bezug auf die jeweiligen aufgebrachten Schichten auf dem Substrat zwischen 25 µm bis 200 µm liegen. Die Dicke der Beschichtung kann, je nach Art des Implantats und den gestellten Forderungen, im Bereich von 10 µm bis 2000 µm lie gen. Vorzugsweise werden Pulver aus Metallen oder Metallegierungen eingesetzt; es ist aber auch möglich, Keramikmaterialien zu verwenden, da diese mittels des angegebenen Verfahrens auch aufgrund der erreichbaren, hohen Temperaturen, verarbeitbar sind.

Um die Bildung einer offenen Porenstruktur zu fördern, sollten Partikel in dem Fraktionsbe reich

eingesetzt werden.

Um die Bildung einer geschlossenen Porenstruktur zu fördern, sollten dagegen Partikel im Fraktionsbereich von

eingesetzt werden.

Bevorzugte Druckbereiche, die beim Vakuum-Plasmaspritzen in der Beschichtungskam mer eingestellt werden, liegen bei 8.10³ Pa bis 2.10⁴ Pa, vorzugsweise bei 1.10⁴ Pa bis 1,7.10⁴ Pa. Gerade in diesem Druckbereich wird sichergestellt, daß der negative Einfluß oxidativer Reaktionen weitgehend verhindert wird; in diesem Druckbereich läßt sich ein überwiegend laminarer Plasmastrahl einstellen, wodurch sich eine einheitliche Aufschmel zung ergibt. Außerdem ist der Wärmeübergang groß genug, um die kontrollierte Auf schmelzung der Partikeloberfläche zu kontrollieren.

Beim Plasmaspritzen kann in die Porenstruktur ein pharmakologisches Mittel eingelagert werden, um das Ein/Anwachsen oder die Bildung von Knochensubstanz oder Gewebe substanz zu unterstützen; ein Beispiel ist Hydroxylapatit zum Bilden von Knochensub stanz. Es ist auch möglich, ein solches Mittel, beispielsweise Hydroxylapatit, mittels der Plasmaflamme in Form von fein verteiltem Pulver in die Schicht unmittelbar einzulagern.

Um Restsauerstoff und die Oxidhautbildung auf den einzelnen Pulverpartikeln, die die Fe stigkeit der Schicht herabsetzt, zu vermindern und um dadurch die Porenstrukturbildung noch besser kontrollieren zu können, sollte das Plasmaspritzen in Schutzgasatmosphäre, insbesondere mit dem entsprechenden Reduktionsmittel, wie zum Beispiel Wasserstoff, erfolgen.

Bevorzugte Verfahrensparameter beim Vakuum-Plasmaspritzen sind ein Druck von 5.10³Pa bis 3.10⁴ Pa und eine Leistung von 5 bis 30 kW, um eine offene Porenstruktur zu erzeugen, während ein Druckbereich von 1.10⁴ Pa bis 5.10⁴ Pa und eine Leistung von 7 bis 50 kW eingestellt werden, um eine geschlossene Porenstruktur zu erzeugen.

Es hat sich weiterhin als vorteilhaft erwiesen, den Grundkörper vor der Beschichtung auf zuwärmen, insbesondere auf Temperaturen im Bereich von einigen 100°C; hierdurch wird die Abscheidung der Pulverpartikel günstig beeinflußt, d. h. es werden beispielsweise Ris se zwischen Substrat und Schicht vermieden.

Nachfolgend werden verschiedene Ausführungsbeispiele erläutert, die zum Teil auch in den Zeichnungen dargestellt sind. In den beigefügten Zeichnungen zeigen im einzelnen

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer vakuum-plasmagespritzten, strukturier ten, porösen Funktionsschicht auf einer Substratfläche,

Fig. 2 eine graphische Darstellung der Partikeldurchmesserverteilung der zum Plasmaspritzen eingesetzten Pulverfraktionen,

Fig. 3 eine Beschichtung nach der Erfindung am Beispiel eines Hüftimplantats und

Fig. 4 eine strukturierte, poröse Beschichtung am Beispiel eines Knieimplantats.

Fig. 1 zeigt schematisch ein Substrat 1, das mit Pulverpartikeln durch ein Vakuum- Hochfrequenzplasmaspritzverfahren aufgebracht ist. Da die einzelnen Pulverpartikel kon trolliert nur in einem Oberflächenbereich eingeschmolzen werden, wird die Form der ein zelnen Pulverpartikel im wesentlichen beibehalten. Die einzelnen Pulverpartikel schmelzen nur oberflächlich aneinander an, so daß sich zwischen den einzelnen Pulverpartikeln 2 definierte Poren 3 bilden. Diese Porenstruktur kann durch den jeweiligen Grad des An schmelzens einerseits, die Pulverpartikelgrößenverteilung andererseits, die unmittelbar während des Vakuum-Hochfrequenzplasmaspritzverfahrens geändert werden kann, dar überhinaus über den in der Plasmaspritzanlage eingestellten Druck und die Leistung, mit der die Anlage betrieben wird, eingestellt bzw. beeinflußt werden. So ist es möglich, wäh rend des Plasmaspritzens den Anteil an feinem Pulver, mit geringem Durchmesser, zu erhöhen, so daß sich die Poren schließen, während für eine stärkere Porosität die Pulver mit größeren Radius hin geändert werden. Weiterhin kann der Grad des Anschmelzens der Oberfläche heraufgesetzt werden, so daß die einzelnen Pulverpartikel stärker miteinander verschmelzen, so daß im Gegensatz zu einer offenen Porosität die einzelnen Poren geschlossen werden. Bevorzugt wird die Porosität graduell von dem Substrat 1 ausgehend zu der Außenseite hin erhöht, so daß zum einen im Bereich des Substrats eine hohe Fe stigkeit erreicht werden kann, während die Poren an der freien Oberfläche ein Einwachsen mit Knochensubstanz oder Gewebe verbessern. In die einzelnen Poren 3 lagert sich dann Knochensubstanz und Gewebe ein, die die Festigkeit der äußeren, porösen Schicht auf natürlichem Wege erhöht.

Wie eingangs erläutert ist, sollte das Ausgangspulver der Vorschrift

genügen; die Zusammenhänge zwischen d_a ^max, Δd_min (minimaler Partikeldurchmesser d) und d_max (maximaler Partikeldurchmesser d) sind in Fig. 2 dargestellt, und zwar in Ab hängigkeit des prozentualen Anteils der jeweiligen Pulverpartikeldurchmesser, die in ei nem Ausgangspulver vorhanden sind.

Fig. 3 zeigt ein Beispiel eines Hüftimplantats 4, das in einem Oberschenkelknochen 5 implantiert ist. Dieses Hüftimplantat umfaßt einen im Knochen sich verankernden Schaft 6 sowie eine Gelenkkugel 7. Der Gelenkkugel 7 ist eine Hüftgelenkpfanne 8 zugeordnet, die zusammen das Hüftgelenk bilden. Sowohl die Oberfläche des Schafts 6 als auch die Au ßenseite der Hüftgelenkpfanne 8 können mit einer Pulverpartikelschicht, wie sie in Fig. 1 schematisch gezeigt ist, beschichtet werden. In diese poröse Schicht wächst Knochen substanz ein, um den Schaft 6 bzw. die Hüftgelenkpfanne im Knochen zu verankern.

Fig. 4 zeigt beispielhaft ein Knie-Implantat mit einer dem Unterschenkel zugeordneten Knieprothese 10 und einer dem Oberschenkelknochen 11 zugeordneten Knie- Endoprothese 12. Die jeweiligen Endoprothesen 10, 12 umfassen jeweils einen Veranke rungsstift, mit dem Bezugszeichen 13 bezeichnet, der auf seiner Oberfläche mit der porö sen Schicht, entsprechend Fig. 1, beschichtet ist. Hierbei können nicht nur die Veranke rungsstifte, sondern der gesamte Bereich des Implantats, in den der Knochen/das Gewe be einwachsen soll, porös beschichtet sein.

Nachfolgend werden verschiedene Beispiele für Implantate angegeben, die gemäß der Erfindung aufgebaut sind:

Ausführungsbeispiel 1

Für einen Hüftgelenkschaft 6, wie in Fig. 3 dargestellt ist, wird Pulver aus einer Titanle gierung TiAl6Va eingesetzt mit:
Pulverfraktion im Bereich von 125 µm bis 160 µm Partikeldurchmesser.
Druck: 150 mbar (1,5.10⁴ Pa)
Leistung: variiert von 10 bis 30 kW
Spritzabstand: 250 bis 340 mm
Gas Ar + H₂: 100. . ..150 SLPM (Standardliter pro Minute), mit einem Anteil von H₂ im Bereich 5 bis 15%.

Ausführungsbeispiel 2

Es wurde eine Hüftgelenkpfanne 8, wie sie in Fig. 3 dargestellt ist, mit einer Außenbe schichtung hergestellt.
Material: Rein-Titan
Pulverpartikeldurchmesserbereich: 125 µm bis 160 µm
Druck: 150 mbar (1,5.10⁴ Pa)
Spritzabstand: 250 bis 320 mm
Gase (130 SLPM), mit einem Anteil von 5% H₂.

Ausführungsbeispiel 3

Es wurde ein Knie-Implantat, wie es in Fig. 4 dargestellt ist, hergestellt.
Material: CoCr29Mo6
Pulver: 125 µm bis 160 µm
Druck: 150 mbar (1,5.10⁴ Pa)
Leistung: 10 bis 30 kW
Spritzabstand: 340 mm
Gase: 140 SLPM mit einem Anteil von 15% H₂.

Claims

1. Zementfreies Implantat, das einen Grundkörper mit einem sich im Knochen oder Gewebe verankernden Verankerungsbereich aufweist, wobei die Flächen des Ver ankerungsbereichs zumindest teilweise mit einer Beschichtung versehen sind, die aus einem Pulver mittels Plasmaspritzen gebildet ist, wobei mit dem Pulver zumin dest teilweise eine Porenstruktur erzeugt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung durch ein Vakuumplasmaspritzverfahren erzeugt ist, wobei die Pulverpartikel zur Erzeugung der Porenstruktur oberflächlich angeschmolzen sind und durch den Grad des Anschmelzens eine im wesentlichen offene Poren struktur gebildet ist.

2. Implantat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß teilweise geschlossene Poren gebildet sind, die zum Grundkörper hin geschlossener sind als zum Knochen und/oder Gewebe hin.

3. Implantat nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in Richtung der Dicke der Schicht gesehen die eine Hälfte der Schicht geschlossenporig ist und die andere Hälfte der Schicht offenporig ist.

4. Implantat nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Porosität über die Dicke der Schicht gesehen einen Gradienten aufweist.

5. Implantat nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Porosität derart ändert, daß das Verhältnis des gesamten Hohlvolumenanteils zum Gesamtvolumen der Schicht 0 bis 80% beträgt.

6. Implantat nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis des ge samten Hohlvolumenanteils zum Gesamtvolumen der Schicht 10 bis 50% beträgt.

7. Implantat nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Grundkörper eine im wesentlichen dichte Basisschicht aufgebracht ist, die keine Porosität besitzt.

8. Implantat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung durch ein Plasmaspritzverfahren, insbesondere ein Hochfrequenzplasmaspritzverfahren, erzeugt ist.

9. Implantat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Partikelgröße des Ausgangspulvers im Bereich von 10 µm bis 800 µm liegt.

10. Implantat nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Partikelgröße zwi schen 100 µm und 250 µm liegt.

11. Implantat nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Pulverfraktion ein gesetzt ist, die Partikel in einem Durchmesserbereich zwischen einem minimalen Partikeldurchmesser d_min und einem maximalen Partikeldurchmesser d_max umfaßt, die folgender Vorschrift genügt:
wobei d_a ^max den Pulverpartikeldurchmesser angibt, der in der genannten Pulverfrak tion den größten Anteil bildet, und wobei Δd die Schwankungsbreite der Partikel durchmesser um diesen Partikeldurchmesser darstellt, der in der gesamten Pulver franktion am häufigsten vorkommt.

12. Implantat nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß
gilt.

13. Implantat nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der zu mindest teilweise offenen Porenstruktur die Oberflächenschicht der Partikel ange schmolzen ist, wobei der Grad des Anschmelzens m folgender Vorschrift genügt:
wobei
d: Partikeldurchmesser
d_s*: verbleibender fester Kern
mit 5% < m ≦ 60%.

14. Implantat nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der zu mindest teilweise geschlossenen Porenstruktur die Oberflächenschicht der Partikel angeschmolzen ist, wobei der Grad des Anschmelzens m folgender Vorschrift ge nügt:
wobei
d: Partikeldurchmesser
d_s*: verbleibender fester Kern
mit 10% < m ≦ 100%.

15. Implantat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteilung der Po renradii 25 µm bis 200 µm beträgt.

16. Implantat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Beschich tung 10 µm bis 2000 µm beträgt.

17. Implantat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Pulver aus Metallen und/oder Metallegierungen gebildet ist.

18. Implantat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Pulver aus Keramik gebildet ist.

19. Implantat nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der zu mindest teilweise offenen Porenstruktur Partikel in den Fraktionsbereich
eingesetzt sind.

20. Implantat nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der ge schlossenen Porenstruktur Partikel in den Fraktionsbereich
eingesetzt sind.

21. Implantat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung bei ei nem Druck von 8.10³ Pa bis 2.10⁴ Pa aufgebracht ist.

22. Implantat nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckbereich zwi schen 1.10⁴ Pa und 1,7.10⁴ Pa liegt.

23. Implantat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in die zum Knochen oder Gewebe hin offene Porenstruktur ein pharmakologisches Mittel eingelagert ist.

24. Implantat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in die zum Knochen oder Gewebe hin offene Porenstruktur Hydroxylapatit eingelagert ist.

25. Verfahren zur Herstellung eines zementfreien Implantats, wobei ein Grundkörper bereitgestellt wird, auf dem ein sich im Knochen oder Gewebe verankernder Veran kerungsbereich gebildet wird, indem Flächen dieses Bereiches zumindest teilweise mit einer Beschichtung versehen werden, die aus einem Pulver gebildet wird, wobei mit dem Pulver zumindest teilweise eine Porenstruktur erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung durch ein Vakuumplasmaspritzverfahren erzeugt wird, wobei die Pulverpartikel zur Erzeugung der Porenstruktur während der schichtweisen Be schichtung oberflächlich angeschmolzen werden und durch den Grad des An schmelzens eine offene oder teilweise geschlossene Porenstruktur gebildet wird.

26. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß als ein Hochfrequenz plasmaspritzverfahren, eingesetzt wird.

27. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß das Spritzen unter ei ner Schutzgasatmosphäre, insbesondere einer Argonatmosphäre, erfolgt.

28. Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß der Schutzgasatmosphäre ein Reduktionsmittel, insbesondere Wasserstoff, zugegeben wird.

29. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß während des Plas maspritzens Druck auf 5.10³ bis 3.10⁴ Pa und eine Leistung von 5 bis 30 kW ein gestellt werden, um eine offene Porenstruktur zu erzeugen.

30. Verfahren nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß während des Plas maspritzens Druck auf 1.10⁴ bis 5.10⁴ Pa und eine Leistung von 7 bis 50 kW ein gestellt werden, um eine geschlossene Porenstruktur zu erzeugen.