DE4131212A1

DE4131212A1 - Zusammengesetztes implantat

Info

Publication number: DE4131212A1
Application number: DE19914131212
Authority: DE
Inventors: Toshihiro Kasuga; Tomoko Kasuga
Original assignee: Hoya Corp
Current assignee: Hoya Corp
Priority date: 1990-09-19
Filing date: 1991-09-19
Publication date: 1992-04-30
Also published as: JPH04250166A

Description

Diese Erfindung betrifft ein zusammengesetztes Implantat, umfassend eine integrale Kombination aus einem metallischen Teil und einem kristallisierten Glasteil, das für die Verwendung für künstliche, harte Gewebe bzw. Gegenstände in dem lebenden Körper geeignet ist, beispielsweise ein künstlicher Knochen, eine künstliche Zahnwurzel und dergleichen.

Um ein zusammengesetztes Material aus Metall mit einer hohen Festigkeit und einem Keramikmaterial mit Bioaktivität zu erhalten, wurden Versuche durchgeführt, um ein bioaktives Keramikmaterial auf der Oberfläche eines Metalles zu schichten, welches eine gute Biokompatibilität aufweist, beispielsweise Titan, Zirkonium, Titanlegierungen und Zirkoniumlegierungen.

Beispielsweise beschreiben die japanischen Patentveröffentlichungen 34 559/1987 und 23 179/1990 Bioimplantate, die durch Beschichten der Oberfläche eines metallischen Kernes mit Keramik oder Apatit hergestellt worden sind.

Ebenso beschreibt JP-OS 1 18 746/1983 ein Verfahren zur Herstellung eines Zahnimplantates, welches das Eintauchen eines metallischen Kernes in eine Schmelze aus einem bioaktiven Glas umfaßt, zur Herstellung einer bioaktiven Glasbeschichtung auf der Metalloberfläche.

Weiterhin beschreibt die JP-OS 1 02 762/1988 ein Implantat für den lebenden Körper, das dadurch gekennzeichnet ist, daß eine Glaszwischenschicht auf einem Metallkern gebildet ist und daß eine apatitdispergierte Glasschicht mit einer Anzahl von kontinuierlichen Löchern in der Oberflächenschicht auf dieser Zwischenschicht gebildet ist.

Jedoch haben die Bioimplantate, die durch Bilden einer Keramik- oder Apatitbeschichtung auf der Oberfläche eines Metallkernes hergestellt sind, wie dies beispielsweise in den oben erwähnten japanischen Patentveröffentlichungen 34 559/1987 und 23 179/1990 beschrieben ist, den Nachteil, daß die Adhäsionsstärke zwischen dem Metall und dem Keramik oder Apatit sehr gering ist, so daß eine Trennung zwischen Keramik oder Apatit und dem Metall während des operativen Eingriffs erfolgen kann, oder selbst wenn eine derartige Trennung während des operativen Eingriffs nicht erfolgt, könnte ein Abblättern an der Bindungszwischengrenze zwischen dem Metall und Keramik oder Apatit im Verlaufe der Zeit erfolgen.

Auch nach dem Verfahren zur Herstellung eines Zahnimplantates, das in der JP-OS 1 18 746/1983 beschrieben ist, neigt die bioaktive Glasoberfläche zum Brechen, wenn das Implantat belastet wird, da das bioaktive Glas als solches eine geringe Stärke aufweist, obwohl eine starke Adhäsion zwischen dem Metall und dem bioaktiven Glas hervorgerufen wird.

Das Bioimplantat, das in der JP-OS 1 02 762/1988 beschrieben ist, weist eine starke Adhäsion zwischen Metall und der bioaktiven Schicht (mit Apatit dispergiertes Glas) auf, da das Metall und das mit Apatit dispergierte Glas durch die Zwischenlagerung einer Glaszwischenschicht dazwischen gebunden sind, aber da Apatit, das Bioaktivität aufweist, in dem Glas als bioaktive Schicht dispergiert ist und da eine Anzahl von kontinuierlichen Löchern nur an der Oberfläche davon vorhanden sind, ist die bioaktive Schicht auf die Oberfläche alleine begrenzt, und daher ist es unmöglich, eine bioaktive Funktion für eine lange Zeitdauer aufrecht zu erhalten. Um die Dicke der bioaktiven Schicht zu erhöhen, ist es ebenfalls erforderlich, die kontinuierlichen Löcher so auszubilden, daß sie nicht nur in der Oberfläche, sondern ebenfalls im Inneren der bioaktiven Schicht vorhanden sind. Wenn jedoch die kontinuierlichen Löcher im Inneren dieser Schicht ausgebildet werden, wird die Stärke des mit Apatit dispergierten Glases erniedrigt, wodurch ein Brechen der bioaktiven Schicht verursacht wird.

Das Ziel dieser Erfindung liegt folglich darin, ein zusammengesetztes Implantat zur Verfügung zu stellen, welches ein Metall mit hoher Festigkeit und eine bioaktive Glasschicht, die darauf angeordnet ist, umfaßt, wobei die Stärke der bioaktiven Schicht vergrößert ist, um die Möglichkeit der Rißbildung oder des Durchbrechens während des operativen Eingriffes oder während des Gebrauches zu eliminieren.

Das erfindungsgemäße zusammengesetzte Implantat umfaßt ein Metallteil und ein kristallisiertes Glas, das Kalziumphosphat enthält, wobei das kristallisierte Glas, das das Kalziumphosphat enthält, mit der Oberfläche eines Metallteiles verbunden ist, wobei eine Bindungsglasschicht dazwischen angeordnet ist.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen zusammengesetzten Implantates sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 14. Dieses Implantat kann gemäß Anspruch 15 vorteilhaft für eine künstliche Zahnwurzel oder einen künstlichen Knochen verwendet werden.

Diese Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. In den Zeichnungen zeigt:

Fig. 1A) und B) schematische Zeichnungen, die ein Verfahren zur Herstellung einer künstlichen Zahnwurzel unter Verwendung des zusammengesetzten Implantats darstellen;

Fig. 2A), B) und C) schematische Zeichnungen, die ein Verfahren zur Herstellung des künstlichen Knochens (Hüftgelenk) unter Verwendung des zusammengesetzten Implantats zeigen;

Fig. 3A), B), C) und D) schematische Zeichnungen, die ein Verfahren zur Herstellung einer künstlichen Zahnwurzel unter Verwendung des zusammengesetzten Implantats zeigen;

Fig. 4A), B), C), D), E), und F) schematische Zeichnungen, die ein anderes Verfahren zur Herstellung einer künstlichen Zahnwurzel unter Verwendung des zusammengesetzten Implantates zeigen.

Als Metallteil für das erfindungsgemäße zusammengesetzte Implantat wird empfohlen, ein Metall mit einer guten Biokompatibilität zu verwenden, beispielsweise Titan, Zirkonium, Titanlegierungen und Zirkoniumlegierungen. Als Titanlegierungen wird die sogenannte Ti-6A1-4V (zusammengestzt aus 90% Titan, 6% Aluminium und 4% Vanadium) als zuverlässigstes Material angesehen, da viele Biokompatibilitätstests mit dieser Legierung durchgeführt worden sind. Andere Titanlegierungen sind bekannt und verwendbar, beispielsweise Ti-8Al-1Mo-1V, Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo, Ti-8Al-1Mo-1V, Ti-5Al-3Mo-4Zr und Ti-22V-4Al. Als Zirkoniumlegierungen sind beispielsweise die Legierungen mit dem Namen Zircalloy bekannt und diese Legierungen sind für das Metallteil gemäß dieser Erfindung verwendbar. Ein typisches Beispiel einer derartigen Zirkoniumlegierung ist Zircalloy 2 mit einer Zusammensetzung von 1.5% Sn, 0,1-0,15% Fe, 0,08 bis 0,12% Cr, 0,04 bis 0,06% Ni und Rest an Zr. Ein Oxidfilm kann leicht auf der Oberfläche dieser Art von Legierungen gebildet werden, um diesen Legierungen die gute Biokompatibilität zu verleihen. Weiterhin erweist sich der Oxidfilm als förderlich, um die Bindung mit Glas zu beschleunigen. Während der Kalzinierung zum Binden an das kristallisierte Glasteil wird das Metallteil an seiner Oberfläche oxidiert, zur Bildung eines Oxidfilmes, aber ein derartiger Oxidfilm kann vorher durch eine Wärmebehandlung, Anodisierung oder durch andere Arten gebildet werden. Die Dicke dieses Oxidfilmes liegt vorzugsweise bei weniger als 1 µm, da sonst der Film sich von dem Metall abtrennen kann.

Im Hinblick auf den kristallisierten Glasteil, der mit dem Metallteil in dem erfindungsgemäßen zusammengesetzten Implantat verbunden werden soll, wird empfohlen, beispielsweise ein kristallisiertes Glas zu verwenden, das Kalziumphosphat enthält. Dieses kalziumphosphathaltige kristallisierte Glas kann darin dispergiert ein Keramikmaterial vom Zirkoniumoxidtyp mit hoher Stärke aufweisen. Diese Art von kristallisiertem Glas weist eine hohe Festigkeit auf, während die Bioaktivität beibehalten wird, so daß es gegen einen Aufschlag bzw. Aufprall von der Außenseite resistent ist (beispielsweise die Handhabung während des operativen Eingriffes) und daß es die Belastung sehr gut aushalten kann, die bei dem Gebrauch extern aufgebracht wird.

Ein typisches und bevorzugtes Beispiel dieser Art von kristallisiertem Glas besteht im wesentlichen aus den folgenden Komponenten in den angegebenen Verhältnissen:

CaO\|12-56%
P₂O₅	1-27%
SiO₂	22-50%
MgO	0-34%
Al₂O₃	0-25%

wobei der Gesamtgehalt an CaO, P₂O₅, SiO₂, MgO und Al₂O₃ 90% oder mehr der Zusammensetzung ausmacht. Diese Art an kristallisiertem Glas enthält Kristalle aus Apatit, welches Kalziumphosphat ist, Kristalle von einer oder mehreren Arten von Erdalkalisilikaten, beispielsweise Wollastonit, Diopsid, Forsterit, Okermanit, Anorthit und dergleichen, und in einigen Fällen Kristalle von beta-Trikalziumphosphat. Diese Art von kristallisiertem Glas weist eine Bindungsstärke von 140-230 MPa im Gegensatz zu etwa 100-120 MPa des gesinterten Körpers aus Apatit auf, so daß das kristallisierte Glas selbst dann nicht bricht, wenn das Metall deformiert wird.

Erfindungsgemäß ist es ratsam, kalziumphosphathaltiges kristallisiertes Glas zu verwenden, das darin dispergiert, ein Keramikmaterial mit hoher Festigkeit in dem Zirkonoxidsystem aufweist, da ein solches Glas im Hinblick auf seine Stärke weiterhin verbessert ist. Dieses zirkoniumoxidhaltige kristallisierte Glas ist im Hinblick auf seine Stärke in einem solchen Ausmaß verbessert, wie es mit Aluminiumoxidkeramik und Zirkoniumoxidkeramik vergleichbar ist, und es zeigt eine sehr hohe Bindungsstärke von 200-1000 MPa. Es ist bevorzugt, daß die Keramik vom Zirkoniumoxidtyp, die in dem kristallisiertem Glas dispergiert werden soll, teilweise stabilisiertes Zirkonoxid ist. Dieses teilweise stabilisierte Zirkonoxid wird im Hinblick auf seine Stärke verbessert, indem von der belastungsinduzierten Transformation von tetragonalen Zirkonoxidkristallen, die eine oder mehrere von Y₂O₃, MgO, CaO und CeO₂ in der Form einer festen Lösung enthalten, Gebrauch gemacht wird, und zeigt eine Bindungsstärke von 1000-2000 MPa. Wenn eine Verbindung mit alpha-Aluminiumoxid hergestellt wird, zeigt das teilweise stabilisierte Zirkonoxid eine noch höhere Stärke von 1500 bis 2400 MPa aufgrund des Mikrorißeffektes für einen Teil. Um die partielle Stabilisierung von Zirkonoxid zu bewirken, sind eine oder mehrere der folgenden Substanzen als feste Lösung in Zirkonoxid in den spezifischen molaren Verhältnissen pro 100 Mol ZrO₂ enthalten:

Y₂O₃
1,5-5 Mol%
MgO	7-10 Mol%
CaO	7-10 Mol%
CeO₂	4-15 Mol%

Wenn alpha-Aluminiumoxid zugegeben wird, sollte dessen zugegebene Menge so sein, daß das Gewichtsverhältnis von teilweise stabilisiertem Zirkonoxid: alpha-Aluminiumoxid in dem Bereich von 100 : 0 bis 10 : 90 liegt. Wenn das Verhältnis des teilweise stabilisierten Zirkonoxids weniger als 10% ausmacht, kann der gewünschte stärkeverbessernde Effekt durch die durch belastungs induzierte Transformation von Zirkonoxid nicht erhalten werden. Der bevorzugte Bereich des Gewichtsverhältnisses liegt bei 100 : 0 bis 20 : 80. Das kristallisierte Glas, das Kalziumphosphat enthält, wird mit der Oberfläche des Metallteiles verbunden, wobei eine Glasschicht dazwischen angeordnet ist. Die Dicke der gebundenen kristallisierten Glasschicht ist nicht spezifisch definiert, da das kristallisierte Glas selbst eine hohe Stärke aufweist. Um jedoch den besten Gebrauch der bioaktiven Eigenschaften des kristallisierten Glases zu machen, ist es wünschenswert, die Dicke der Glasschicht auf 20 µm oder mehr festzusetzen. Eine größere Dicke ist wünschenswerter. Das kristallisierte Glas, das Kalziumphosphat enthält, das in dem erfindungsgemäßen zusammengesetzten Implantat verwendet wird, weist eine hohe Festigkeit und hohe Bioaktivität auf, so daß selbst dann, wenn die Schicht aus diesem kristallisierten Glas ziemlich dick gemacht wird, es sicher vor einem Riß oder Bruch ist, selbst wenn das Metall deformiert wird.

Wie oben beschrieben, besteht das erfindungsgemäße zusammengesetzte Implantat aus dem Metallteil und dem kristallisierten Glasteil, die miteinander durch eine Glasbindeschicht verbunden sind, die dazwischen angeordnet ist. Wenn ein Oxidfilm auf der Oberfläche des Metallteils gebildet ist, wird dessen Oberfläche keramisch. Da Keramik und Glas eine gute Adhäsion miteinander ausüben, kann eine starke Bindung erzielt werden.

Der thermische Expansionskoeffizient des kristallisierten Glases muß nicht mit dem des Metalls zusammenpassen, aber es ist erforderlich, daß es zuerst genannte Werte in einem Bereich aufweist, der von 0,5·10^-6/°C größer bis 2.5·10^-6/°C kleiner reicht als die Werte des zuletzt genannten. Wenn der thermische Expansionskoeffizient des kristallisierten Glases außerhalb des oben definierten Bereiches liegt, kann die Bindungsglasschicht gerissen werden und es kann eine Trennung zwischen dem Metall und dem kristallisierten Glas stattfinden.

Es ist daher wünschenswert, daß der thermische Expansionskoeffizient des Bindungsglases eng bei dem des Metalls und des kristallisierten Glases liegt, aber erfindungsgemäß ist es nur erforderlich, daß der thermische Expansionskoeffizient des Bindungsglases zwischen den Werten liegt, die 0,5·10^-6/°C größer sind als der thermische Expansionskoeffizient des Metalls und 2,5·10^-6/°C kleiner sind als dieser.

Es ist ebenfalls erforderlich, daß das Bindungsglied eine hohe Resistenz gegen korrosive Wirkung von Körperfluiden aufweist, da das Bindungsglas in den lebenden Körper implantiert wird und das bei seinem Gebrauch keine Verminderung zu seiner Stärke erfolgt. Sonst können Körperfluide in die Bindungsglasschicht von dem Teil aus eindringen, der mit den Körperfluiden in Kontakt gelangt. Aus diesem Grund ist es ratsam, ein Glas vom Aluminosilikat-Typ oder Natronkalk-Silikat als erfindungsgemäßes Bindungsglas zu verwenden. Aluminosilikatglas besteht im wesentlichen aus SiO₂, Al₂O₃ und R₂O (R bedeutet ein Alkalimetall) und dieses ist im Hinblick auf die Korrosionsresistenz unter allen Glastypen von großer Bedeutung. Um die Glaslöslichkeit und den thermischen Expansionkoeffizienten einzustellen, kann das Glas mit einer kleinen Menge an einer geeigneten Substanz oder Substanzen versetzt werden, beispielsweise CaO, MgO, ZnO, Y₂O₃, TiO₂, B₂O₃ und dergleichen, die für den lebenden Körper nicht schädlich sind. Natronkalk-Silikatglas weist eine Basiszusammensetzung von SiO₂-CaO-Na₂O auf und ist ebenfalls für den erfindungsgemäßen Gebrauch wegen seiner hohen Korrosionsresistenz bevorzugt. Die Zugabe einer geringen Menge an Al₂O₃ ist ebenfalls wirksam, um die Korrosionsresistenz des Glases weiterhin zu vergrößern. Dieses Natronkalk-Silikatglas kann ebenfalls mit einer begrenzten Menge einer Substanz oder Substanzen versetzt werden, beispielsweise CaO, ZnO, Y₂O₃, TiO₂, B₂O₃ etc., um die Löslichkeit und/oder den thermischen Expansionskoeffizienten des Glases einzustellen. Da das Innere des lebenden Körpers schwach alkalisch ist, ist die Zugabe einer kleinen Menge an ZrO₂ zu der Glaszusammensetzung für die Erhöhung der Resistenz gegen Körperfluide förderlich. Die Zugabe von B₂O₃ ist üblicherweise nicht erwünscht, da dies der Haltbarkeit abträglich ist, aber in einigen Fällen wird die Zugabe einer Spurenmenge an dieser Substanz als vorteilhaft angesehen, da dies die Viskosität des Glases erniedrigt, um dessen Bindung mit dem Metall zu erleichtern.

Die Dicke der Bindungsglasschicht liegt vorzugsweise bei 1 mm oder weniger, obwohl diese erfindungsgemäß nicht speziell definiert ist. Wenn die Dicke der Bindungsglasschicht mehr als 1 mm ausmacht, kann es passieren, daß die Glasschicht einer Deformation des Metalls nicht wiedersteht und sie kann gerissen oder gebrochen werden, wodurch ein Implantat mit einer geringen Festigkeit erzeugt wird.

Ein Beispiel für das Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen zusammengesetzten Implantates wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Fig. 1A) und B) beschrieben.

Zunächst wird ein kappenförmiges, kristallisiertes Glasteil 1 mit einer Form, die in Fig. 1A) im Schnitt gezeigt ist, hergestellt, und nachdem ein Bindungsglas 2 in diesem kappenförmigen kristallisierten Glasteil 1 angeordnet ist, wird ein Metallteil 3 mit einer Form, die in Fig. 1A) im Schnitt gezeigt ist, in diesen kappenförmigen Glasteil 1 eingebracht.

Dann wird das Bindungsglas 2 durch Erwärmen erweicht, und ein Druck P wird auf den oberen Bereich des Metallteils 3 auferlegt, so daß das kristallisierte Glasteil 1 und das Metallteil 3 miteinander durch das Medium der Bindungsglasschicht 2 verbunden werden, um ein zusammengesetztes Implantat 4 zu bilden, das in Fig. 1B) gezeigt ist.

Nach einem anderen Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen zusammengesetzten Implantates wird Bindungsglaspulver in einer Aufschlämmung mit Wasser oder einem Alkohol umgewandelt, dann wird diese Aufschlämmung durch ein Tauchstreichverfahren oder durch Sprühbeschichten auf ein Metallteil aufgebracht, und nach dem Trocknen wird das so erhaltene Metallteil, das mit dem Bindungsglas beschichtet ist, in ein kappenförmiges kristallisiertes Glasteil eingeführt, und danach wird das Bindungsglas geschmolzen, um das Metallteil und das kristallisierte Glasteil miteinander zu verbinden.

Bei dem oben genannten Verfahren kann das Bindungsglas vor dem Einführen des mit dem Bindungsglas beschichteten Metallteils in das kappenförmige kristallisierte Glasteil erhitzt werden, um eine Glasschicht auf der Oberfläche des Metallteils zu bilden und dieses Metallteil kann in das kappenförmige kristallisierte Glasteil eingeführt werden und erneut erhitzt werden, um das Metallteil und das kristallisierte Glasteil miteinander zu verbinden.

Die Temperatur, die zum Binden verwendet wird, ist üblicherweise höher als der Erweichungspunkt des Glases (die Temperatur, wenn die Viskosität 10^7.6 Poise beträgt). Wenn eine Belastung während des Kalzinierungsvorganges auferlegt wird, ist es möglich, ein Material zu erhalten, das frei von Löchern an der Bindungszwischenfläche ist und das eine Bindungsstärke mit hoher Zuverlässigkeit aufweist. Dieses Metallteil wird exzessiv oxidiert und zerstört, wenn es an der Luft kalziniert wird. Es kann ebenfalls exzessiv in Stickstoffatmosphäre nitriert werden. Um daher zu verhindern, daß das Metall eine Zerstörung seiner Stärke erleidet, ist es bevorzugt, das Kalzinieren in einer Inertgasatmosphäre, beispielsweise Ar, He etc. oder bei einem hohen Vakuumanteil durchzuführen. Die Kalzinierungstemperatur liegt vorzugsweise ebenfalls bei 1100°C oder niedriger, denn wenn die Temperatur 1100°C übersteigt, kann das Metall im Hinblick auf seine Stärke ziemlich verschlechtert werden.

Irgendein bekanntes, geeignetes Verfahren kann zum Auferlegen der Beladung angewandt werden. Durch Aufbringen eines Gewichtes aus einem feuerfesten Material oder durch Heißdruck oder durch heißem Isostatik-Druck (HIP) kann die Bindung effektiv vervollständigt werden, und ein Produkt kann erhalten werden, das im wesentlichen keine Löcher und eine hohe Bindungsstärke aufweist.

Wenn ein zirkonoxiddispergiertes, kalziumphosphathaltiges, kristallisiertes Glasteil mit der Oberfläche des Metallteils durch die Zwischenschicht aus Bindungsglas verbunden ist, weist das erzeugte Implantat eine hohe Stärke auf, da Zirkonoxid in dem kristallisierten Glas dispergiert ist, aber die Bioaktivität ist etwas schlechter im Vergleich zu der des Produktes, das kristallisiertes Glas verwendet, bei dem kein Zirkonoxid dispergiert ist. Wenn das Implantat beispielsweise als eine künstliche Zahnwurzel verwendet wird und in den lebenden Körper implantiert wird, kann eine ausreichende Bindung mit dem Knochen in einer frühen Zeitspanne, beispielsweise etwa ein Monat, nach dem Einbauen nur sehr schwer stattfinden und viel Zeit ist erforderlich, bis eine feste Bindung mit dem Knochen erzielt wird. So ist es ratsam, die Oberfläche des zirkonoxiddispergierten, kalziumphosphathaltigen, kristallisierten Glasteiles mit nicht durch Zirkonoxid dispergiertem, kristallisiertem Glas zu beschichten, welches eine ausgezeichnete Bioaktivität aufweist und welches im wesentlichen den gleichen thermischen Expansionskoeffizienten wie das kalziumphosphathaltige kristallisierte Glas aufweist, um dadurch eine frühe Bindung des zusammengesetzten Implantates mit dem Knochen zu ermöglichen.

Wenn das zusammengesetzte Implantat als eine künstliche Zahnwurzel verwendet wird, ist es ebenfalls ratsam, ein Aufprallerleichterungsmaterial oder Dämpfungsmaterial bei der künstlichen Zahnwurzel vorzusehen, da eine große Belastung darauf ausgeübt wird. Eine empfohlene Position zum Vorsehen eines derartigen Dämpfungsmaterials liegt zwischen dem Metallteil der künstlichen Zahnwurzel und einer künstlichen Krone. Das Metallteil kann aus zwei oder mehreren nicht zusammenhängenden Segmenten bestehen und das Dämpfungsmaterial kann zwischen den nebeneinander liegenden Segmenten angeordnet werden.

Beispiele

Diese Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Beispiele detaillierter beschrieben.

Beispiele 1 bis 6

Unter Verwendung von Oxiden, Karbonaten, Phosphaten, Hydraten und Fluoriden als Ausgangsmaterialien wurden die Chargen aus Glaszusammensetzungen auf der Basis von CaO-SiO₂-P₂O₅ hergestellt, die in den Tabellen 1 und 2 angegeben sind. Jede Glascharge wurde in einen Platintiegel gegeben und zwei Stunden lang bei 1550°C geschmolzen. Die Glasschmelze wurde in Wasser gegossen und die resultierende Masse wurde nach dem Trocknen auf eine Teilchengröße von kleiner als 20 µm mit Hilfe einer Kugelmühle gemahlen. Das gemahlene Glas wurde in eine Kappenform spritzgegossen und bei 1150°C an Luft unter Normaldruck kalziniert unter Bewirkung der Kristallisation und des Sinterns. Die so behandelte Form wurde auf Raumtemperatur in einem Ofen abgekühlt, unter Erhalt eines kappenförmigen kristallisierten Glasteils 1 (5 mm innerer Durchmesser, 7 mm äußerer Durchmesser und 10 mm Höhe) (vergleiche Beispiele Nr. 1, 2 und 3 in Tabelle 1 und Beispiel Nr. 5 in Tabelle 2).

Die ähnlichen kappenförmigen zirkonoxidhaltigen kristallisierten Glasteile (Beispiele Nr. 4 und 6 in Tabelle 2) wurden nach dem folgenden Verfahren hergestellt. Es wurden die Chargen aus Glas hergestellt, die 47,8 Gew.% CaO, 44.0 Gew.% SiO₂, 1.5 Gew.% MgO, 6.5 Gew.% P₂O₅ und 0,2 Gew.% F₂ enthielten und jede Charge aus Glas wurde zwei Stunden lang in einem Platintiegel bei 1550°C geschmolzen. Die Glasschmelze wurde in Wasser gegeben und die resultierende Masse wurde nach dem Trocknen mit einer Kugelmühle bis auf eine Teilchengröße von weniger als 20 µm gemahlen. Dieses Glaspulver und ein feines Pulver auf Zirkonoxidbasis (durchschnittliche Teilchengröße von 0,3 µm), das 2,5 Mol% Y₂O₃ enthielt und das durch ein Copräzipitationsverfahren erhalten wurde, wurden in dem in Tabelle 2 gezeigten Verhältnis vermischt, und mit dieser Mischung wurde ein weiteres Naßmischen in einer Kugelmühle für mehrere Stunden durchgeführt und diese Mischung wurde getrocknet. Die resultierende Mischung wurde in einer Grafitform angeordnet, von Raumtemperatur bis auf 1200°C mit einer konstanten Erhitzungsrate von 3°C pro Minute erhitzt, während ein Druck von 30 MPa auferlegt wurde, und zwei Stunden lang bei 1200°C gehalten, zur Bewirkung der Kristallisierung und des Sinterns der Form. Dannach wurde die Form in dem Ofen auf Raumtemperatur gekühlt, unter Erhalt von zirkonoxidhaltigem kristallisiertem Glas. Dieses wurde dann mit Paraffinwachs gemischt und in ein kappenförmiges Werkstück spritzgegossen. Dieses Werkstück wurde entwachst, von Raumtemperatur auf 1200°C bei einer konstanten Erhitzungsrate von 10°C pro Minute erhitzt, während ein Druck von 200 MPa durch HIP auferlegt wurde, und eine Stunde lang bei 1200°C gehalten, um die Kristallisierung und das Sintern der Form zu bewirken, wodurch ein kappenförmiges zirkonoxidhaltiges kristallisiertes Glasteil 1 erhalten wurde (5 mm innerer Durchmesser, 7 mm äußerer Durchmesser und 10 mm Höhe), wie es in Fig. 1A) gezeigt ist.

Ebenso wurden die Chargen aus Bindungsglas der Zusammensetzungen, die in den Tabellen 1 und 2 gezeigt sind, hergestellt. Jede Charge aus Bindungsglas wurde zwei Stunden lang in einem Platintiegel bei 1550°C geschmolzen und die Glasschmelze wurde auf eine Edelstahlplatte gegossen und graduell gekühlt, unter Erhalt einer Glasplatte, die frei von Formänderungen war. Aus dieser wurde eine Scheibe mit einem Durchmesser von 4,8 mm und einer Dicke von 1 mm hergestellt. Das somit erhaltene Bindungsglas 2 wurde in dem kappenförmigen kristallisierten Glasteil 1 angeordnet, wie es in Fig. 1A) gezeigt ist.

Weiterhin wurde ein Metallteil (Titanstab) 3, der aus einem in die Kappe eingefügten Bereich mit einer Länge von 8 mm und einem Durchmesser von etwa 5 mm und aus einem kronentragenden Bereich mit einer Länge von 5 mm und einem Durchmesser von 10 mm, der und das an dem Ende leicht konisch war, in das Glasteil eingefügt, und dieser Aufbau wurde in einer hochreinen Argonatmosphäre bei 950°C kalziniert, während eine Beladung von 10 MPa durch eine Heißpresse auferlegt wurde. Bei diesem Kalzinierungsvorgang wurde eine Erwärmungsrate von 5°C pro Minute eingestellt und der Aufbau wurde eine Stunde lang bei der maximalen Temperatur gehalten. Durch dieses Verfahren wurde ein zusammengesetztes Implantat 4 erhalten, wie es in Fig. 1B) gezeigt ist, worin das Metallteil 3 und das kristallisierte Glasteil 1 miteinander durch das Medium einer Bindungsglasschicht 2a verbunden sind.

Die Zwischenfläche an dem verbundenen Bereich und dessen Umgebung des erhaltenen zusammengesetzten Implantates wurde sorgfältig mit Hilfe eines Rasterelektronenmikroskopes untersucht, aber es wurden keine Risse oder Löcher festgestellt. Die Dicke der Bindungsglasschicht 2a betrug etwa 30 µm.

Zur Bestimmung der Bindungsstärke zwischen dem Metall und dem kristallisierten Glas wurde der Titanstab in eine Platte mit einer Größe von 20·20·1 mm geschnitten und dessen Oberfläche wurde auf eine durchschnittliche Oberflächenrauhigkeit von 10 µm poliert. Auf diese Titanplatte wurde das Bindungsglas angeordnet und darauf wurde das kristallisierte Glasteil angeordnet. Dieser Aufbau wurde in einem elektrischen Heißpreß-Ofen bei 950°C unter einer hochreinen Argonatmosphäre kalziniert. Bei diesem Kalzinierungsvorgang wurde eine Beladung von 10 MPa auferlegt, die Erhitzungsrate wurde auf 5°C/min festgelegt, und der Aufbau wurde 1 Stunde lang bei der maximalen Temperatur gehalten. Folglich wurde ein zusammengesetztes Material erhalten.

Eine sorgfältige Beobachtung der Zwischenfläche an dem verbundenen Bereich und dessen Umgebung des erhaltenen zusammengesetzten Materials mit Hilfe eines Rasterelektronenmikroskops ergab, daß keine Risse oder Löcher vorhanden waren. Die Dicke der Bindungsglasschicht lag bei 500 bis 700 µm. Die Bindungsstärke zwischen Metall und dem kristallisierten Glas wurde nach einem Verfahren von JIS H8666 durch Änderung der Größe der Fläche gemessen. Das heißt, wegen der hohen Bindungsstärke des zusammengesetzten erfindungsgemäßen Implantates wurde die Messung durchgeführt, indem die Fläche der Bindungsglasschicht vermindert wurde, während die gebundene Fläche von Keramik, Metall und Zugvorrichtung vergrößert wurde. Dies war erforderlich, da sonst ein Bruch an dem gebundenen Bereich zwischen Zugvorrichtung und Keramik und Zugvorrichtung und Metall verursacht werden konnte, die für die Messung miteinander verbunden waren, wobei in der Bindungsglasschicht kein Bruch auftrat. Die Ergebnisse der Messung sind in den Tabellen 1 und 2 gezeigt. Aus diesen Tabellen ist ersichtlich, daß die Bindungsstärke des erfindungsgemäßen zusammengesetzten Implantates etwa 3 bis 5mal höher war als die (15-20 MPa) der Plasmasprühbeschichtung von Apatit, was durch das Verfahren von JIS H8666 gemessen wurde.

Tabelle 1

Tabelle 2

Beispiel 7

Unter Verwendung von Oxiden, Carbonaten, Phosphaten, Hydraten und Fluoriden als Ausgangsmaterialien wurden eine Glascharge mit einer Zusammensetzung von 47,8 Gew.% CaO, 44,0 Gew.% SiO₂, 1,5 Gew.% MgO, 6,5 Gew.% P₂O₅ und 0,2 Gew.% F₂ hergestellt und diese Glascharge wurde zwei Stunden lang in einem Platintiegel bei 1550°C geschmolzen. Dann wurde die Glasschmelze in Wasser gegeben, und die resultierende Masse wurde nach dem Trocknen durch eine Kugelmühle auf eine Teilchengröße von 20 µm oder weniger gemahlen. Dieses Glaspulver und feines Pulver aus Zirkonoxid (durchschnittliche Teilchengröße: 0,3 µm), das 2,5 Mol% Y₂O₃ enthielt, und durch ein Copräzipitationsverfahren hergestellt wurde, wurden bei einem Verhältnis (pro Volumen) von Glaspulver : Zirkonoxidpulver = 70 : 30 vermischt und mit dieser Mischung wurde weiterhin ein Naßvermischen in einer Kugelmühle unter einem Druck von 30 MPa für mehrere Stunden durchgeführt. Die resultierende Mischung wurde in einer Graphitform angeordnet, von Raumtemperatur auf 1200°C bei einer konstanten Temperaturerhöhungsrate von 3°C pro Minuten erhitzt, während ein Druck von 30 MPa auferlegt wurde. Diese Mischung wurde 2 Stunden lang bei 1200°C gehalten, zum Kristallisieren (ausgefällte Kristalle: Apatit und Wollastonit) und zum Sintern der Form. Danach wurde das Innere des Ofens auf Raumtemperatur gekühlt, unter Erhalt von kristallisiertem Glas. Das kristallisierte Glas wurde in ein kappenförmiges Teil auf gleiche Weise wie bei Beispiel 1 geformt.

Unter Verwendung von Oxiden, Carbonaten, Hydraten, etc. wurde ebenfalls eine Charge aus Bindungsglas mit einer Zusammensetzung hergestellt, die 60 Gew.% SiO₂, 15 Gew.% Al₂O₃, 20 Gew.% Na₂O und 5 Gew.% ZrO₂ enthielt, und diese wurde zwei Stunden lang bei 1550°C in einem Platintiegel geschmolzen. Die Glasschmelze wurde in Wasser gegeben und die resultierende Masse wurde nach dem Trocknen durch eine Kugelmühle auf eine Teilchengröße von 20 µm oder weniger gemahlen. 1 g des so erhaltenen Pulvers wurde in das kappenförmige kristallisierte Glasteil angeordnet, und weiterhin wurde ein Stab aus einer Titanlegierung (Ti-6Al-4V), der das Metallteil ausmachte, und der die gleiche Größe wie bei Beispiel 1 aufwies, in das kappenförmige Teil eingegeben und dieser Aufbau wurde in einer hochreinen Argonatmosphäre bei 950°C in einem elektrischen Heißpreßofen kalziniert. Bei diesem Vorgang lag die auferlegte Beladung bei 10 MPa, die Erhitzungsrate betrug 5°C pro Minute und das Werkstück wurde 1 Stunde lang bei der maximalen Temperatur gehalten.

Zur Bestimmung der Bindungsstärke zwischen der Titanlegierung und dem kristallisierten Glas wurde eine Platte aus dieser Titanlegierung mit einer Größe von 20·20·1 mm hergestellt und die Oberfläche davon wurde auf eine durchschnittliche Oberflächenrauhigkeit von 10 µm poliert. Dann wurde das Bindungsglaspulver in Ethanol dispergiert, und die Dispersion wurde auf den mittleren Teil der Oberfläche der Titanlegierungsplatte sprühbeschichtet. Nachdem die Beschichtung getrocknet war, wurde das gleiche kristallisierte Glasmaterial, das Zirkonoxid enthielt, das gem. Beispiel 6 verwendet wurde, auf dieser Platte angeordnet und dieses wurde in einer hochreinen Argonatmosphäre unter einer Beladung von 10 MPa bei 950°C in einem elektrischen Heißpreßofen kalziniert. Die Erhitzungsrate lag bei 5°C pro Minute, und die Mischung wurde 1 Stunde lang bei der maximalen Temperatur gehalten.

Die Zwischenfläche an dem verbundenen Bereich und dessen Umgebung des erhaltenen zusammengesetzten Materials wurde mit Hilfe eines Rasterelektronenmikroskopes sorgfältig untersucht, aber Löcher oder Risse wurden nicht festgestellt. Die Dicke der Bindungsglasschicht variierte nach der Sprühzeit, und sie bewegte sich im Bereich von 30 bis 50 µm. Die Bindungsstärke zwischen Metall und kristallisiertem Glas wurde auf gleiche Weise wie bei Beispiel 1 gemessen. Die Bindungsstärke des zusammengesetzten Implantatmaterials, das gem. diesem Beispiel erhalten wurde, lag bei 78 MPa. Die Dicke der Bindungsglasschicht konnte durch Pulverisieren des Glases vermindert werden.

Beispiel 8

Unter Verwendung von Oxiden, Carbonaten, Phosphaten, Hydraten, Fluoriden, etc. wurde eine Glascharge hergestellt, die eine Zusammensetzung aus 47.8 Gew.% CaO, 44,0 Gew.% SiO₂, 1,5 Gew.% MgO, 6.5 Gew.% P₂O₅ und 0,2 Gew.% F₂ enthielt. Dieser Ansatz wurde zwei Stunden lang in einem Platintiegel bei 1550°C geschmolzen. Dann wurde die Glasschmelze in Wasser gegossen, und die resultierende Masse wurde nach dem Trocknen durch eine Kugelmühle auf eine Teilchengröße von weniger als 20 µm pulverisiert. Das so erhaltene Glaspulver und das feine Pulver aus Zirkonoxid (durchschnittliche Teilchengröße 0,3 µm), das 2,5 Mol% Y₂O₃ enthielt, und das durch ein Mitfällverfahren erhalten wurde, wurden in dem Verhältnis (bezogen auf das Volumen) von Glaspulver: Zirkonoxidpulver = 70 : 30 vermischt und diese Mischung wurde mehrere Stunden in einer Kugelmühle naßvermischt und dann getrocknet. Die resultierende Mischung wurde mit Paraffinwachs vermischt und in ein kappenförmiges Werkstück spritzgegossen. Nach dem Entwachsen wurde das Werkstück von Raumtemperatur auf 1200°C mit einer konstanten Temperaturerhöhungsrate von 10°C pro Minute erhitzt, während ein Druck von 200 MPa durch HIP auferlegt wurde und dies wurde 1 Stunde lang bei 1200°C gehalten, zur Kristallisation (ausgefällter Kristall: Apatit und Wollastonit) und zum Sintern der Form nach der Vorgehensweise gem. Beispiel 1 unter Erhalt eines kappenförmigen kristallisierten Glasteils.

Unter Verwendung von Oxiden, Karbonaten, Hydraten, etc. wurde dann eine Glascharge hergestellt, die eine Zusammensetzung aus 60 Gew.% SiO₂, 15 Gew.% Al₂O₃, 20 Gew.5 Na₂O und 5 Gew.% ZrO₂ enthielt und die Charge wurde zwei Stunden lang in einem Platintiegel bei 1550°C geschmolzen. Die erhaltene Glasschmelze wurde auf eine Edelstahlplatte gegossen und graduell gekühlt, unter Erhalt einer Glasplatte, die frei von irgendwelchen Formänderungen war. Aus dieser Platte wurde eine Scheibe mit einem Durchmesser von 4,8 mm und einer Dicke von 1 mm hergestellt, unter Erhalt eines Bindungsglases. Dieses Bindungsglas wurde in dem kappenförmigen kristallisierten Glasteil angeordnet.

Weiterhin wurde ein Titanstab (Metallteil) in das Glasteil eingefügt und der Aufbau wurde auf gleiche Weise wie bei Beispiel 1 kalziniert, unter Erhalt eines zusammengesetzten Implantates mit diesem kristallisierten Glasteil und dem Metallteil, die durch das Medium einer Bindungsglasschicht miteinander verbunden waren.

Die sorgfältige Beobachtung der Zwischenfläche an dem verbundenen Bereich und dessen Umgebung des erhaltenen zusammengesetzten Implantats mit Hilfe eines Rasterelektronenmikroskops ergab keine Löcher oder Risse.

Die Dicke der Bindungsglasschicht lag bei etwa 30 µm. Die Bindungsstärke zwischen Metall und kristallisiertem Glas, gemessen nach dem Abziehverfahren, lag bei 25 bis 30 MPa. Die Bindungsstärke von Apatit durch Plasmasprühbeschichtung, die durch das gleiche Verfahren gemessen wurde, lag bei etwa 5 MPa. Dies zeigt an, daß die Bindungsstärke des erfindungsgemäßen zusammengesetzten Implantates, das gemäß diesem Beispiel erhalten wurde, 5 bis 6mal so hoch ist wie die von Apatit, welches durch die üblichen Plasmasprühbeschichtungsverfahren erhalten ist.

Beispiel 9

Unter Verwendung von Oxiden, Carbonaten, Phosphaten, Hydraten, Fluoriden, etc. wurde eine Glascharge hergestellt, die eine Zusammensetzung aus 47.8 Gew.% CaO, 44,0 Gew.% SiO₂, 1,5 Gew.% MgO, 6.5 Gew.% P₂O₅ und 0,2 Gew.% F₂ enthielt. Dieser Ansatz wurde zwei Stunden lang in einem Platintiegel bei 1550°C geschmolzen. Dann wurde die Glasschmelze in Wasser gegossen, und die resultierende Masse wurde nach dem Trocknen durch eine Kugelmühle auf eine Teilchengröße von weniger als 20 µm pulverisiert. Das so erhaltene Glaspulver und das feine Pulver aus Zirkonoxid (durchschnittliche Teilchengröße 0,3 µm), das 2,5 Mol% Y₂O₃ enthielt, und das durch ein Mitfällverfahren erhalten wurde, wurden in dem (Volumen-) Verhältnis von Glaspulver : Zirkonoxidpulver = 70 : 30 miteinander vermischt und mit dieser Mischung wurde weiterhin in einer Kugelmühle für mehrere Stunden ein Naßvermischen durchgeführt und diese Mischung wurde getrocknet. Die resultierende Mischung wurde mit Paraffinwachs vermischt und daraus wurde ein Stamm eines künstlichen Hüftgelenkes durch ein Aufschlämmgußverfahren hergestellt. Dieses geformte Produkt wurde von Raumtemperatur auf 1200°C mit einer konstanten Temperaturerhöhungsrate von 10°C pro Minute erhitzt, während ein Druck von 200 MPa durch HIP auferlegt wurde, und dies wurde eine Stunde lang bei 1200°C gehalten, zur Kristallisation (ausgefällte Kristalle: Apatit und Wollastonit) und zum Sintern, unter Erhalt eines kristallisierten Glasteils 11, mit der Form eines künstlichen Hüftgelenkstammes (Gesamtlänge 250 mm, maximaler Durchmesser: 35 mm, minimaler Durchmesser: 10 mm), der in Fig. 2A) gezeigt ist. Das Innere dieses kristallisierten Glasteils 11 ist konisch.

Dann wurde unter Verwendung von Oxiden, Carbonaten, Hydraten etc. eine Charge aus Bindungsglas mit einer Zusammensetzung von 60 Gew.% SiO₂, 15 Gew.% Al₂O₃, 20 Gew.% Na₂O und 5 Gew.% ZrO₂ hergestellt, und diese Glascharge wurde zwei Stunden lang in einem Platintiegel bei 1550°C geschmolzen. Die Glasschmelze wurde in Wasser gegeben, und die resultierende Masse wurde nach dem Trocknen durch eine Kugelmühle auf eine Teilchengröße von 20 µm oder weniger gemahlen. Dieses Bindungsglaspulver wurde in Ethanol dispergiert, zur Herstellung einer Aufschlämmung, und diese Aufschlämmung wurde auf den unteren Bereich 13 eines Teils 12 aus Titanlegierung (Ti-6Al-4V) sprühgeschichtet, das eine in Fig. 2B) gezeigte Form aufwies. Nach dem Trocknen der Beschichtung wurde das Produkt unter einer hochreinen Argonatmosphäre in einem elektrischen Ofen bei 950°C kalziniert. Die Temperaturerhöhungsrate betrug 5°C pro Minute, und das Produkt wurde eine Stunde lang bei der maximalen Temperatur gehalten. Das so erhaltene Titanlegierungsteil 12, dessen unterer Bereich 13 mit Glas 14 beschichtet war, wurde in das kristallisierte Glasteil 11 eingefügt. Ein Edelstahlgewicht von 500 g wurde auf der Spitze des Aufbaus angeordnet, um so einen Druck in Pfeilrichtung gem. Fig. 2C) aufzuerlegen, und der Aufbau wurde in einem elektrischen Ofen mit einer hochreinen Argonatmosphäre bei 950°C kalziniert, um das kristallisierte Glasteil 11 und das Titanlegierungsteil 12 durch das Medium einer Glasschicht 14a miteinander zu verbinden. Bei diesem Vorgang lag die Erhitzungsrate bei 5°C pro Minute und der Aufbau wurde 1 Stunde lang bei der maximalen Temperatur gehalten. Auf diese Weise wurde ein künstliches Hüftgelenk erhalten, beispielsweise ein solches, das in Fig. 2C) gezeigt ist. Die Flächen um die Zwischenflächen an den Verbindungsstellen zwischen dem kristallisierten Glas und dem Bindungsglas und zwischen dem Bindungsglas und dem Metall des künstlichen Hüftgelenkes, das aus einem erfindungsgemäßen zusammengesetzten Implantat hergestellt ist, wurden sorgfältig mit einem Rasterelektronenmikroskop untersucht, aber es konnten keine Löcher oder Risse festgestellt werden. Die Dicke der Bindungsglasschicht lag bei 30 bis 35 µm.

Beispiel 10

Unter Verwendung von Oxiden, Carbonaten, Phosphaten, Hydraten, Fluoriden, etc. wurde eine Glascharge hergestellt, die eine Zusammensetzung aus 47.8 Gew.% CaO, 44,0 Gew.% SiO₂, 1,5 Gew.% MgO, 6.5 Gew.% P₂O₅ und 0,2 Gew.% F₂ enthielt. Dieser Ansatz wurde zwei Stunden lang in einem Platintiegel bei 1550°C geschmolzen. Dann wurde die Glasschmelze in Wasser gegossen, und die resultierende Masse wurde nach dem Trocknen durch eine Kugelmühle auf eine Teilchengröße von 20 µm oder weniger pulverisiert. Das so erhaltene Glaspulver und das feine Pulver aus Zirkonoxid (durchschnittliche Teilchengröße 0,3 µm), das 2,5 Mol% Y₂O₃ enthielt, und das durch ein Mitfällverfahren erhalten wurde, wurden in dem (Volumen)-Verhältnis von Glaspulver:Zirkonoxidpulver = 70 : 30 miteinander vermischt und mit dieser Mischung wurde weiterhin in einer Kugelmühle für mehrere Stunden ein Naßvermischen durchgeführt und diese Mischung wurde getrocknet. Die resultierende Mischung wurde mit einem Spritzgießwachs vermischt und in ein kappenförmiges Werkstück spritzgegossen. Dieses Werkstück (Form) wurde nach dem Entwachsen auf 1150°C mit einer Rate von 5°C pro Minute in einem elektrischen Ofen erhitzt und 2 Stunden lang bei dieser Temperatur gehalten, um das Vorsintern und die Kristallisation (ausgefällte Kristalle: Apatit und Wollastonit) der Form zu bewirken. Danach wurde die Energieversorgung gestoppt, die Form konnte bis auf Raumtemperatur herab abkühlen, unter Erhalt eines kappenförmigen, vorgesinterten Körpers aus kristallisiertem Glas 21 (innerer Durchmesser 5 mm, äußerer Durchmesser 7 mm und Höhe 10 mm), wie in Fig. 3A) gezeigt.

Dann wurde das Glaspulver der Zusammensetzung in Ethanol dispergiert, zur Herstellung einer Aufschlämmung und diese Aufschlämmung wurde auf die äußere Oberfläche des vorgesinterten Körpers aus kristallisiertem Glas 21 tauchbeschichtet. Nach einem ausreichenden Trocknen wurde dieser vorgesinterte Körper von Raumtemperatur auf 1200°C mit einer Rate von 5°C pro Minute unter Argongas unter Auferlegung eines Druckes von 200 MPa durch HIP erhitzt, und bei dieser Temperatur eine Stunde lang gehalten. Der resultierende gesinterte Glaskörper wurde mit einer Rate von 10°C pro Minute gekühlt, unter Erhalt eines kristallisierten Glasteils 22, das mit kristallisiertem Bioglas 23 beschichtet ist, wie es in Fig. 3B) gezeigt ist. Die Stärke der Beschichtungsschicht wurde durch die Anzahl der Eintauchvorgänge gesteuert, so daß die Schicht 30 µm ausmachte.

Unter Verwendung von Oxiden, Carbonaten, Hydraten, etc. wurde ebenfalls eine Glascharge mit einer Zusammensetzung von 60 Gew.% SiO₂, 15 Gew.% Al₂O₃, 20 Gew.% Na₂O und 5 Gew.% ZrO₂ hergestellt und diese Mischung wurde zwei Stunden lang in einem Platintiegel bei 1550°C erhitzt. Die Glasschmelze wurde auf eine Edelstahlplatte gegossen und graduell abgekühlt unter Erhalt einer Glasplatte ohne Formveränderung. Aus dieser Glasplatte wurde eine Scheibe mit einem Durchmesser von 4.8 mm und einer Dicke von 1 mm hergestellt. Das somit erhaltene Bindungsglas 24 wurde auf dem kappenförmigen kristallisierten Glasteil 22 angeordnet, wie es in Fig. 3C) gezeigt ist.

Dann wurde eine Titanlegierung 25 als ein Metallteil in das kappenförmige Glasteil 22 eingefügt und dieser Aufbau wurde unter einer hochreinen Argonatmosphäre unter Auferlegung eines Druckes von 10 MPa durch eine Heißpresse bei 950°C kalziniert. Bei diesem Vorgang lag die Temperaturerhöhungsrate bei 5°C pro Minute und der Aufbau wurde 1 Stunde lang bei dieser maximalen Temperatur gehalten. Auf diesem Weg wurde ein zusammengesetztes Implantat 26 erhalten, das das kristallisierte Glasteil 22 und das Metallteil 25 aufwies, die miteinander durch das Medium einer Bindungsglasschicht 24a verbunden sind, wie es in Fig. 3D) gezeigt ist.

Die Fläche um die Zwischenfläche an dem verbundenen Bereich des erhaltenen zusammengesetzten Implantates wurde sorgfältig mit einem Rasterelektronenmikroskop untersucht, aber es zeigten sich keine Löcher oder Risse. Die Dicke der Bindungsglasschicht 24a lag bei etwa 30 µm. Die Bindungsstärke zwischen Metall und dem kristallisierten Glas, gemessen durch ein Abziehverfahren, lag bei 25 bis 30 MPa. Die Bindungsstärke von Apatit durch ein übliches Plasmasprühbeschichten, gemessen durch das gleiche Verfahren, liegt bei etwa 5 MPa. Somit ist die Bindungsstärke des erfindungsgemäßen zusammengesetzten Implantates 5- bis 6mal so hoch wie von Apatit durch ein übliches Sprühbeschichten.

Beispiel 11

Entsprechend der Vorgehensweise von Beispiel 10 wurde ein kristallisiertes Glasteil 22 mit einer Beschichtung aus kristallisiertem Bioglas 23, wie es in Fig. 4A) gezeigt ist, erhalten, und Bindungsglas 24, das auf gleiche Weise wie bei Beispiel 10 erhalten wurde, wurde in dem kappenförmigen kristallisierten Glasteil 22 angeordnet, wie es in Fig. 4B) gezeigt ist.

Dann wurde ein Titanmetallteil 30, das in seiner Mitte ein mit einem Gewinde versehenes Loch 31 mit einem Durchmesser von 2 mm und einer Tiefe von 5 mm aufwies, in das kappenförmige Glasteil 22 eingefügt und dieser Aufbau wurde in einer hochreinen Argonatmosphäre unter Auferlegung einer Beladung von 10 MPa durch eine Heißpresse bei 900°C kalziniert. Dieser Kalzinierungsvorgang wurde mit einer Rate von 5°C pro Minuten durchgeführt, wobei der Aufbau 1 Stunde lang bei der maximalen Temperatur gehalten wurde. Es wurde somit ein zusammengesetztes Implantatteil 32 erhalten, bei dem das kristallisierte Glasteil 22 und das Metallteil 30 durch das Medium einer Bindungsglasschicht 24a miteinander verbunden waren, wie es in Fig. 4C) gezeigt ist.

Dann wurde, wie in Fig. 4D) gezeigt, ein Stück aus Silikongummi (33) mit einem Durchmesser von 7 mm und einer Dicke von 0,5 mm und einem Loch in seiner Mitte mit einem Durchmesser von 2 mm als eine Aufpralldämpfung zwischen dem Implantatteil 32 und einer aus Titan hergestellten Kappe 34, die in ihrer Mitte ein Loch aufwies, angeordnet, und ein aus Titan hergestellter Gewindebolzen 35 wurde durch die Löcher des Silikongummistückes 33 und der Kappe 34 geführt und in das mit dem Gewinde versehenen Loch 31 in das Metallteil 30 eingeschraubt, um ein integrales, zusammengesetztes Implantat 36 zu erhalten, wie es in Fig. 4E) gezeigt ist.

Dann wurde, wie es in Fig. 4F) gezeigt ist, eine künstliche Krone 37, die aus einer Goldlegierung hergestellt ist, über dem oberen Teil der Kappe 34 des zusammengesetzten Implantats befestigt, indem ein Zahnzement aus Zinkphosphat verwendet wurde. Wenn ein Druck auf diesem Gegenstand vertikal von dessen Spitze, wie es durch den Pfeil P gezeigt ist, aufgelegt wurde, wurde der Silikongummi 33 deformiert, um den Druck zu absorbieren, was dessen ausgezeichnetes Aufpralldämpfungsvermögen anzeigt. Da die künstliche Krone 37 nur mit der aus Titan hergestellten Kappe 34 verbunden ist und da auf den Gewindebolzen 35 keine Belastung aufgegeben wird, bleibt der mit dem Gewinde versehene Bereich frei von einer schädlichen Wirkung und weiterhin wird ein Dämpfungseffekt für die Bewegung der Kappe 34 in vertikaler Richtung erzeugt.

Die sorgfältige Untersuchung der Fläche in der Nähe der Zwischenfläche an dem verbundenen Bereich des erhaltenen zusammengesetzten Implantates mit Hilfe eines Rasterelektronenmikroskopes bestätigte das Fehlen von Löchern und Rissen. Die Dicke der Bindungsglasschicht lag bei etwa 30 µm. Die Bindungsstärke zwischen Metall und kristallisiertem Bioglas, gemessen durch das Abziehverfahren, lag bei 25 bis 30 MPa. Somit war die Bindungsstärke des zusammengesetzten Implantats, das gemäß diesem erfindungsgemäßen Beispiel erhalten wurde, 5 bis 6mal so hoch wie die Bindungsstärke (5 MPa) von Apatit, das durch ein übliches Plasmasprühbeschichten erhalten wurde, die durch das gleiche Verfahren gemessen wurde.

Das erfindungsgemäße zusammengesetzte Implantat umfaßt ein Metallteil mit einer hohen Festigkeit und ein kalziumphosphathaltiges kristallisiertes Glasteil mit einer hohen Stärke und ausgezeichneter Bioaktivität, so daß dieses Implantat gegen Risse oder Brechen während des operativen Eingriffs oder während des Gebrauches gesichert ist und daß es für die Verwendung als eine künstliche Zahnwurzel oder einen künstlichen Knochen geeignet ist.

Eine Aufpralldämpfung kann ebenfalls bei dem Metallteil vorgesehen werden, um der künstlichen Zahnwurzel gute Dämpfungseigenschaften zu verleihen.

Claims

1. Zusammengesetztes Implantat, umfassend ein Metallteil und ein kristallines Glasteil, das Kalziumphosphat enthält, wobei das Glasteil mit der Oberfläche des Metallteils durch das Medium einer Bindungsglasschicht verbunden ist.

2. Zusammengesetztes Implantat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallteil aus einem Metall hergestellt ist, ausgewählt aus Titan, Titanlegierungen, Zirkonium und Zirkoniumlegierungen.

3. Zusammengesetztes Implantat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das kalziumphosphathaltige kristallisierte Glasteil aus kristallisiertem Glas mit einer Zusammensetzung von 12-56 Gew.% CaO, 1-27 Gew.% P₂O₅, 22-50 Gew.% SiO₂, 0-34 Gew.% MgO und 0-25 Gew.% Al₂O₃ hergestellt ist.

4. Zusammengesetztes Implantat nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das kristallisierte Glas Kristalle aus Apatit und Kristalle aus einer oder mehreren Arten von Erdalkalisilikaten umfaßt, ausgewählt aus der Gruppe aus Wollastonit, Diopsid, Forsterit, Okermanit und Anorthit.

5. Zusammengesetztes Implantat nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das kalziumphosphathaltige kristallisierte Glasteil aus kalziumphosphathaltigem kristallisiertem Glas hergestellt ist, das darin dispergiertes Zirkonoxid enthält.

6. Zusammengesetztes Implantat nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des kalziumphosphathaltigen kristallisierten Glasteils, das darin dispergiert Zirkonoxid aufweist und das mit der Oberfläche des Metallteils durch das Medium einer Bindungsglasschicht verbunden ist, mit kalziumphosphathaltigem kristallisiertem Glas beschichtet ist, das kein darin dispergiertes Zirkonoxid aufweist.

7. Zusammengesetztes Implantat nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Zirkonoxid teilweise stabilisiertes Zirkonoxid ist.

8. Zusammengesetztes Implantat nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das teilweise stabilisierte Zirkonoxid mit alpha-Aluminiumoxid verbunden ist.

9. Zusammengesetztes Implantat nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewichtsverhältnis von teilweise stabilisiertem Zirkonoxid: alpha-Aluminiumoxid 100 : 0 bis 10 : 90 ausmacht.

10. Zusammengesetztes Implantat nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der thermische Expansionskoeffizient des kristallisierten Glases einen Wert in einem Bereich aufweist, der von 0,5·10^-6/°C größer bis 2,5·10^-6/°C kleiner ist als der Wert des Metalls.

11. Zusammengesetztes Implantat nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindungsglas Aluminosilikatglas oder Natronkalk-Silikatglas ist.

12. Zusammengesetztes Implantat nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der thermische Expansionskoeffizient des Bindungsglases einen Wert in einem Bereich aufweist, der zwischen den Werten von 0,5·10^-6/°C höher und 2,5·10^-6/°C kleiner ist als der Wert des Metalls.

13. Zusammengesetztes Implantat nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des Bindungsglases 1 mm oder geringer ist.

14. Zusammengesetztes Implantat nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß eine Aufpralldämpfung auf dem Metallteil vorgesehen ist.

15. Verwendung eines zusammengesetzten Implantates nach einem der Ansprüche 1 bis 14 zur Herstellung einer künstlichen Zahnwurzel oder eines künstlichen Knochens.