EP0276227A1 - Composite material for prosthetic purposes, process for its production and use of the composite material or application of the production process for coating of prostheses - Google Patents

Composite material for prosthetic purposes, process for its production and use of the composite material or application of the production process for coating of prostheses

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Publication number
EP0276227A1
EP0276227A1 EP19870902426 EP87902426A EP0276227A1 EP 0276227 A1 EP0276227 A1 EP 0276227A1 EP 19870902426 EP19870902426 EP 19870902426 EP 87902426 A EP87902426 A EP 87902426A EP 0276227 A1 EP0276227 A1 EP 0276227A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
composite material
capsule
prosthesis
metallic
glass
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP19870902426
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Henning Franek
Wolfgang Rosenkranz
Heinz BRÖMER
Klaus-Konrad Deutscher
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Leica Microsystems Holdings GmbH
Original Assignee
Wild Leitz GmbH
Ernst Leitz Wetzlar GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Wild Leitz GmbH, Ernst Leitz Wetzlar GmbH filed Critical Wild Leitz GmbH
Publication of EP0276227A1 publication Critical patent/EP0276227A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L27/00—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
    • A61L27/40—Composite materials, i.e. containing one material dispersed in a matrix of the same or different material
    • A61L27/42—Composite materials, i.e. containing one material dispersed in a matrix of the same or different material having an inorganic matrix
    • A61L27/425—Composite materials, i.e. containing one material dispersed in a matrix of the same or different material having an inorganic matrix of phosphorus containing material, e.g. apatite
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F2/00—Filters implantable into blood vessels; Prostheses, i.e. artificial substitutes or replacements for parts of the body; Appliances for connecting them with the body; Devices providing patency to, or preventing collapsing of, tubular structures of the body, e.g. stents
    • A61F2/02—Prostheses implantable into the body
    • A61F2/30—Joints
    • A61F2/30767—Special external or bone-contacting surface, e.g. coating for improving bone ingrowth
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/12—Both compacting and sintering
    • B22F3/1208—Containers or coating used therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/12—Both compacting and sintering
    • B22F3/14—Both compacting and sintering simultaneously
    • B22F3/15—Hot isostatic pressing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F7/00—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression
    • B22F7/06—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of composite workpieces or articles from parts, e.g. to form tipped tools
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2998/00—Supplementary information concerning processes or compositions relating to powder metallurgy

Definitions

  • the invention relates to a bioactive composite material for prosthetic purposes, a process for its production and the use of this composite material or the application of this production process for the treatment of metallic and / or ceramic prostheses or prosthesis parts.
  • Bioactive bone substitute materials essentially consist of inorganic chemical materials, such as bio glasses, bio glass ceramics, tricalcium phosphate ceramics, apatites, etc.
  • Such materials generally have high compressive strength values, but they all - due to their characteristic "brittleness" - all have the common disadvantage that they can only be subjected to extremely low levels of tension, bending or torsion.
  • the application possibilities of these materials as compact prosthesis materials are subject to considerable restrictions.
  • a soft tissue capsule At the interface between the bony tissue and the metallic implant, a soft tissue capsule generally forms - even in the case of what is known as bio-inert material - which prevents a force-locking connection between the bone bed and the implant.
  • the implant surface In order to achieve a connection between the bone and the implant, the implant surface must be structured. The structuring is provided in the form of recesses, undercuts, grooves, but also in the form of pores or grooves. In spite of the positive connection achieved, the problem of a physiologically correct transfer of force from the bone to the prosthesis and vice versa as a result of the connective tissue layer occurring at the interface is not solved.
  • bioactive materials In addition to these metallic implant materials, ceramic materials that have better tissue compatibility have also recently been developed.
  • the bioactive materials a connective tissue-free bond between bone and implant can be demonstrated.
  • a smooth interface between the bioactive implant material and the bony tissue can be subjected to tension, shear and torsion.
  • a bone / implant composite of this biological-chemical quality is a prerequisite for any biomechanically correct power transmission.
  • bioactive materials are not large enough to support high-strength prostheses, e.g. B. Hip prostheses or dental prostheses to be made from such solid material.
  • the property of bioactivity that is desired at the bone interface with the strength of metallic materials has been proposed, cf. for example DE-PS 23 26 100. This coating is known in the form of closed layers and in the form of granular granules.
  • the composite material consists of a metallic component in which at least one bioactive material is embedded.
  • the metallic phase can consist of a high-strength biocompatible metal or metal alloy component and the bioactive material can consist of at least one inorganic chemical component.
  • the bioactive material is expediently in particulate form, the particle size being in the range from 5 to 1000 ⁇ m, but preferably in the range from 50 to 500 ⁇ m.
  • the shape of the particles of the bioactive material is preferably three-dimensional compact. However, it is also possible for these particles to be present in the metallic component in an elongated form, for example in the form of a needle or fiber.
  • the volume ratio of the metallic phase to the bioactive phase can be varied within a wide range; it is between 95: 5 and 5:95% by volume, preferably between 70: 30 and 30: 70% by volume.
  • the metallic phase consists of titanium and / or at least one titanium alloy, for example TiAIV or TiAIFe.
  • the metallic phase it is also possible for the metallic phase to consist of a cobalt-chromium-molybdenum alloy, for example CoCrMo.
  • the bioactive material consists of at least one of the bio materials listed below: bioglass, bioglass ceramic, apatite, apatite sintered ceramic, tricalcium phosphate, tricalcium phosphate ceramic. It has a density which corresponds to the theoretical density of both starting components in accordance with their respective mixing ratio.
  • the object is further achieved by a process for the production of the composite material, in which a well-mixed starting mixture consisting of a powdery metallic component and at least one particulate biomaterial in an encapsulated reaction space is an isostatic pressing process, optionally with the additional use of elevated temperature, is subjected.
  • the process parameters pressure, temperature and time can be chosen freely depending on the respective starting substances, the desired material properties and the particular capsule technology used within the following ranges:
  • the pressure can be between 1 and 4000 bar, preferably between 50 and 2000 bar; the
  • the well-mixed powder or particulate starting mixture is placed in a capsule container, which is hermetically sealed to produce a vacuum of at least 10 mbar and then subjected to an isostatic pressing process.
  • the capsule material it is possible for the capsule material to be made of glass and for the hermetic sealing of the container to take place by melting the glass capsule opening together.
  • the inner wall of the capsule can advantageously be provided with a contact-inert, thermally stable release agent, for example with a boron nitride powder coating. That for the
  • Glass used in capsule containers has such a combination of physicochemical properties with regard to its transformation temperature or its softening temperature and its linear thermal expansion coefficient that the latter is already in the plastic deformation range at the process temperature required for the production of the composite material, whereby however the softening temperature has not yet been exceeded.
  • the transformation temperature of the capsule container glass is 20 to 200 ° C lower than the process temperature and the softening temperature of the glass is between 20 and 200 ° C higher than the process temperature.
  • the capsule material can also consist of metal or a metal alloy.
  • the capsule container expediently has an ampoule-like, strongly rounded shape.
  • the metal capsule can consist of a thin-walled tube which is closed on one side and which is additionally provided with longitudinal grooves on the tube jacket.
  • a capsule closure designed as a metal stopper with an evacuation tube can be provided, which ensures a vacuum-tight encapsulation by means of an all-round weld seam.
  • the composite material according to the invention can be used as a solid material for the production of prostheses or prosthesis parts. It is also possible to use it as a full-surface coating to use processing material and to use the manufacturing method according to the invention as a one-step coating method of metallic and / or ceramic prostheses or prosthesis parts.
  • a void-free metallic and / or ceramic prosthesis or such a prosthesis part can be introduced into or held in a glass capsule in such a way that there is essentially one between the prosthesis to be coated and the inner wall of the glass capsule The distance is the same on all sides, so that the remaining space in the capsule is then filled with the mixed powdered starting mixture, the capsule is then hermetically sealed and placed under vacuum and finally subjected to the isostatic pressing process.
  • the composite material can be used as a solid material for the production of compact molded storage bodies for insertion into geometrically analogous recesses which are provided or introduced in the near-surface areas of prostheses or prosthesis parts in such a way that the the prosthesis fitted in this way is then subjected to an isostatic pressing process for anchoring the fitted molded articles in or with their corresponding recesses.
  • the shaped inserts in plan view can have surface geometries with linear and / or non-linear contours that correspond to the respective geometries of the recesses in the surface areas of the prostheses to be fitted. They can be simple geometric shapes such as circles, rectangles, triangles, rhombuses, trapezoids, parallelograms, etc.
  • the shaped inserts can have a wide variety of external contours in cross section; For example, they can have a lenticular, cusp, trough, truncated pyramid and / or truncated cone-shaped or a multiple-groove outer contour, in their respective anchoring area either with a positive fit or with a defined allowance for thermal shrinking can be provided.
  • the isostatic pressing method according to the invention can also be used to fill in notches, grooves, grooves, rings and other surface defects on the prosthesis. It is also possible to carry out the coating process in such a way that a metallic and / or ceramic prosthesis or.
  • a corresponding prosthesis part for example a tubular or sleeve-shaped prosthesis part, is externally and / or internally coated in such a way that a tube prefabricated from the composite material is pushed onto the sleeve in accordance with the wall thickness and diameter dimension with the outer coating or with the inner coating is inserted into the sleeve with a precise fit, that this covered prosthesis part sleeve is then brought into a double-shell capsule shape, so that an isostatic pressure effect is achieved in the inner and outer wall region of the sleeve surface in such a way that the double-shell, consisting of inner and outer tubes
  • the capsule is then closed and placed under vacuum and that the actual isostatic pressing process finally leads to all-round, permanently solid welding of the composite material linings to the actual prosthesis sleeve.
  • the composite material to produce a grooved plate of a straight or oblique ossicular prosthesis, the stem itself being made of biocompatible metal or ceramic
  • 1 the mixed starting mixture for the composite material according to the invention located in a sealed glass capsule container; 2 shows a greatly enlarged illustration of the composite material produced by the method according to the invention; 3: an ampoule-like, closed glass container with a metallic or ceramic prosthesis part, which is completely enveloped by the powdery starting mixture; Fig. 4: a metallic hip joint endoprosthesis in one
  • Glass capsule container which is essentially adapted to the shape of the prosthesis and is dimensioned such that the prosthesis shaft is encased on all sides by a bed of the powdery starting mixture;
  • Ffg. 5 a metal sleeve provided with longitudinal grooves as a capsule
  • Container which has, among other things, a metal stopper that contains an evacuation tube to create a vacuum.
  • a prosthesis or a prosthesis part with alternately larger or smaller diameter ranges is located in the metal sleeve in a central-axial holder; 6: an endoprosthesis with circular or rectangular recesses, in which there are correspondingly fitted molded inserts.
  • the prosthesis equipped in this way is located in an encapsulated reaction chamber which is under vacuum in order to carry out the isostatic pressing process;
  • Ffg. 7a a section of the surface area of a
  • Fig. 9 a two-shell metal capsule container with a
  • Inner tube inner jacket
  • outer tube outer jacket
  • the two tubes being welded together in the lower and upper area.
  • a tubular prosthesis part which is surrounded by an outer sleeve made of composite material;
  • FIG. 9a a sleeve-shaped prosthesis section made of metal or ceramic
  • FIG. 9b a tube consisting of the composite material as a slip-on sleeve for the prosthesis part shown in FIG. 9a;
  • Fig. 11 a hip joint endoprosthesis with differently dimensioned shaped inserts
  • Fig. 13 a cross section through a block of bioinert
  • Metal or ceramic that has a thick surface coating made of the composite material according to the invention shows a possibility of separating dimensioned special prostheses or prosthesis parts from such a coated metal block.
  • FIG. 1 shows the well-mixed powdery or particulate starting mixture 4 in an already closed glass capsule container 6.
  • the glass capsule opening 6a is melted after generating a certain negative pressure - hereinafter referred to as "vacuum” - for example by means of a burner flame.
  • This starting mixture consisting of the powdered metallic material and the particulate bioactive material, together with the capsule, are subjected to the process parameters pressure, temperature and time.
  • the inside of the container can be provided with a contact-inert and thermally stable release agent, for example powdered boron nitride. It must be ensured that the capsule container still has a negative pressure even after it has melted.
  • the process conditions can be freely selected within wide limits. They depend, inter alia, on the batch chosen, the respective proportions, the composition of the starting batch.
  • the dimensioning of the glass container depends primarily on the dimensions of the isostatic process chamber.
  • the height of the capsule container can e.g. B. with a cylindrical cross section between 10 and 25 cm. It should be noted that corners and
  • Edges of the container are strongly rounded to avoid breakage of the container as a result of thermal stresses occurring during the heating phase in the process chamber.
  • the glass material used for the encapsulation must be selected with regard to its physical-thermal material data so that it already lies in the plastic deformation range at the process temperature required for the production of the composite material, but the softening temperature has not yet been exceeded.
  • a section through the composite material 1 produced is shown in a greatly enlarged illustration in FIG. 2.
  • the bioactive material 3 is embedded in particulate form in the metal or alloy phase 2.
  • FIG. 3 shows an ampoule-like glass container 6 in which a rod-shaped prosthesis part 10a made of metal or ceramic is axially centered.
  • 6 centering receptacles are inserted in the upper and lower part of the capsule container. sets, which can remain temporarily on the then coated prosthesis parts even after the pressing process has ended and the glass container has been removed.
  • These two mounting brackets can be made of ceramic or metallic material; they then serve as a centering fixture or as a clamping holder for any mechanical mechanical reworking of the coated prosthesis part.
  • the capsule container 6 contains the starting batch 4 in the space between the prosthesis part 10a and the inner wall of the capsule.
  • the closed glass container 6, which was evacuated via the glass capsule opening 6a, can then be subjected to the isostatic pressing process.
  • a metallic hip joint endoprosthesis is surrounded by a similarly contoured glass container 6.
  • the space between the prosthesis socket and the inner wall of the capsule container 6 is again completely filled with the starting mixture 4.
  • the glass container was evacuated through the opening 6a.
  • a second possibility for encapsulation is to manufacture capsule containers from metallic material. This is shown in FIG. 5.
  • a thin-walled cylindrical metal tube 7, which is expediently soft on its outer circumference with longitudinal grooves 8 is provided to ensure a uniform deformation during the isostatic pressing process is closed with Metall ⁇ stopper 9 by all-round welds.
  • the stopper 9 carries the evacuation tube 9a required to produce a vacuum.
  • the powdery and well-mixed starting mixture 4 is placed in the container in which the prosthesis 10 or a special prosthesis part 10a is already held centrally. A certain amount of pre-compression takes place mechanically and then under vacuum and after hermetic sealing and production of the
  • the inner wall of the metallic container 7 can also be provided with a release agent.
  • the dimensions of the container 7 essentially depend on the dimensions of the isostatic process chamber; but additionally in this case also according to the elastic properties of the jacket material and its structural design.
  • the metal capsule technique described here according to the one-stage isostatic pressing process is essentially limited to simple, rotationally symmetrical prosthesis base body geometries.
  • FIG. 6 shows a hip joint endoprosthesis which has recesses 12 in its shaft area, into which corresponding molded insert bodies 11 made of the composite material 1 according to the invention have been fitted.
  • a metallic prosthesis equipped in this way is placed in a glass capsule container 6, which is then evacuated via the opening 6a in a known manner.
  • the isostatic pressing process already described then takes place, which leads to the composite material present in the form of the molded insert body 11 being firmly connected to the recesses in the surface areas of the prosthesis.
  • processing of the entire prosthesis e.g. B. polishing, blank etching, etc., are carried out.
  • the criteria for the required process parameters can be freely selected within wide limits; In principle, they are in the range between 1 and 4000 bar with regard to the pressure to be used, with regard to the temperature range between room temperature and 2000 ° C and with regard to the process time between a few minutes and a few days.
  • the process parameters depend on the material properties of the starting mixture 4, on the transformation temperature (T, -) of the bioactive component, on the structural transformation temperature of the metallic phase, on the structural transformation temperature of the base body (in the case of a prosthesis coating) and on the particular capsule technology chosen (Glass capsule container 6 or metal capsule container 7).
  • FIG. 7a shows a detail from a surface area of a prosthesis or. of a prosthesis part made of metal or ceramic.
  • Compact geometric recesses in the form of a rectangle 12a, a circle 12b or a triangle 12c are shown.
  • the recesses shown in Fig. 7b insulated molded articles 11a, 11b and 11c, which have been produced from the composite material 1 according to the invention.
  • the recesses 12 can be produced by methods known per se, for example by milling, turning or grinding. In principle, all geometries that can be produced economically using mechanical methods are possible.
  • the molded insert bodies 11 can be produced in a similar manner from the solid material of the composite material 1 by mechanical processing methods known per se.
  • FIG. 8 which shows a section through the area of a prosthesis 10 or a prosthesis part 10a near the surface, recesses 12 are again shown, into which differently contoured shaped inserts 11d-11h can be fitted.
  • the forms shown do not represent a final list; rather, other forms of training are possible.
  • FIG. 9 shows a variant of a metallic capsule container 7. It consists of a "2-tube system", the two capsule tubes being welded to one another in such a way that the isostatic pressing pressure also acts on the inner tube, so that there is no one-sided pressure on the hollow prosthesis part to be coated .
  • a prosthesis sleeve 13 can be used, for example, before welding the upper end cover, which is to be provided with an outer jacket coating made of the composite material 1.
  • This sleeve 10b is shown in Fig. 9a.
  • FIG. 9b shows a correspondingly dimensioned outer tube 13, consisting of the composite material 1 according to the invention, which can be put over the sleeve 10b and then bears against the sleeve-shaped prosthesis part 10b without play.
  • a sleeve combination can then be subjected to a pressure acting on all sides in the container shown in FIG. 9.
  • an inner coating instead of an outer coating of the sleeve 10b. All that is necessary for this is to provide an appropriately dimensioned inner tube made of the composite material 1, to fit it and then to insert it into the capsule container 7 and finally to subject it to the known ispstatic pressing process.
  • a rod made of solid metallic or ceramic material can be encased with the described sleeve technique and thus made bioactive.
  • Another idea is that to drill out such coated sheath from voile material.
  • coated tubes for special prosthetic parts can be manufactured.
  • an internally coated tube can be represented as a prosthesis part by subsequently drilling out the component obtained.
  • prosthesis parts that can be provided with an inner and / or outer coating with composite material 1 are dome-shaped constructions, spherical shells, skull caps, etc. Also sandwich arrangements (composite material / bioinert material / composite material / bioinert material / etc .) possible.
  • FIG. 10 shows further recesses 12 in the surface area of the shaft of a hip joint endoprosthesis.
  • large-area recesses 12f and elongated grooves 12d or circumferential rings 12e are shown.
  • the recesses 12 are already provided with corresponding shaped insert bodies 11.
  • an elongated plate 11 i, a large-area plate 11 k, a plurality of differently shaped, shaped, shaped insert bodies 11b and a large-area all-round coating 111 are shown.
  • FIG. 12 shows an oblique shaft-ossicular prosthesis 15 which consists of a plate 10d and a shaft 10c attached to its underside, the plate consisting of the composite material 1 and the shaft 10c made of a bio-inert metal or ceramic material.
  • the plate 10d has in a known manner Have a groove for receiving a portion of an ossicle in situ.
  • Fig. 13 shows schematically how such a special prosthesis can be "cut out” from a bio-inert solid material (ceramic or metal), which has an adequate coating with the composite material 1, by machining production processes.
  • the composite material according to the invention can be prepared by methods known in powder metallurgy and in technology for special ceramics, such as, for example, B. Pressure sintering, isostatic pressing (hot isostatic pressing, cold isostatic pressing), hot pressing, solid body welding, soldering, reaction sintering, pressure welding, reaction welding and the like can be produced.
  • the "hot isostatic pressing method” HIP method
  • HIP method is preferred, which is characterized in that pressure, temperature and time profiles can be set independently of one another; and secondly, that a special capsule technique can be used.
  • Any geometries for specific implant shapes can then be made from the compressed bioactive composite material by conventional processing methods, such as, for example, B. sawing, drilling, grinding and polishing.

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Abstract

Le matériau composite pour prothèses se compose d'un constituant métallique (2), par exemple du titane, et d'un matériau bioactif (3), par exemple de la vitro-céramique biocompatible. Le matériau bioactif (3) présente une taille de particules comprise entre 5 et 1000 mum dans la phase métallique (2). Le matériau composite est fabriqué dans une chambre de réaction (5) encapsulée de telle manière qu'un mélange de départ (4) pulvérulent ou particulaire intimement mélangé est soumis à un processus de compression isostatique, éventuellement en utilisant une température élevée. Les paramètres du processus, à savoir compression, température, et durée, peuvent être sélectionnés de manière librement variable avec de larges tolérances. La chambre de réaction (5) est faite d'un récipient (6) du type capsule, dans lequel on a préalablement fait le vide par l'intermédiaire d'une ouverture de capsule (6a) et qui a été ensuite hermétiquement refermé. Le choix du verre utilisé pour le récipient en verre (6) doit répondre à des exigences particulières. Pour des besoins spécifiques, un encapsulage métallique peut également être prévu. Des prothèse métalliques peuvent présenter dans leurs régions de surface des évidements dans lesquels le matériau composite (1) est inséré avec précision. La prothèse ainsi garnie peut alors être à nouveau introduite dans un récipient du type capsule en métal ou en verre et soumise à un processus de compression hydrostatique. Ainsi, les corps en matériau composite bioactif insérés sont fermement soudés. Le procédé convient également pour le revêtement d'un implant métallique ou en céramique. A cet effet, l'implant est introduit dans une capsule qui est ensuite enrobée de mélange de départ (4) pulvérulent, après quoi on y fait le vide. La compression hydrostatique permet l'adhérence du matériau composite en tant que matériau de revêtement.The composite material for prostheses consists of a metallic component (2), for example titanium, and a bioactive material (3), for example biocompatible glass ceramic. The bioactive material (3) has a particle size of between 5 and 1000 μm in the metallic phase (2). The composite material is produced in an encapsulated reaction chamber (5) in such a way that an intimately mixed powder or particulate starting mixture (4) is subjected to an isostatic compression process, possibly using an elevated temperature. The process parameters, namely compression, temperature, and duration, can be freely selected with wide tolerances. The reaction chamber (5) is made of a container (6) of the capsule type, in which a vacuum has been previously made by means of a capsule opening (6a) and which has then been hermetically closed. The choice of glass used for the glass container (6) must meet specific requirements. For specific needs, metal encapsulation can also be provided. Metal prostheses can have recesses in their surface regions into which the composite material (1) is inserted with precision. The prosthesis thus filled can then be again introduced into a container of the metal or glass capsule type and subjected to a hydrostatic compression process. Thus, the bodies of bioactive composite material inserted are firmly welded. The method is also suitable for coating a metal or ceramic implant. For this purpose, the implant is introduced into a capsule which is then coated with powdery starting mixture (4), after which a vacuum is created there. Hydrostatic compression allows the adhesion of the composite material as a coating material.

Description

Kompositwerkstoff für prothetlsche Zwecke, Verfahren zu dessen Herstellung sowie Verwendung des Komposit¬ werkstoffs bzw. Anwendung des Herstellungsverfahrens zur Beschichtung von Prothesen Composite material for prosthetic purposes, process for its production and use of the composite material or application of the production process for coating prostheses
Die Erfindung betrifft einen bioaktiven Kompositwerkstoff für pro- thetische Zwecke, ein Verfahren zu dessen Herstellung sowie die Verwendung dieses Kompositwerkstoffs bzw. die Anwendung dieses Herstellungsverfahrens zur Besd chtung metallischer und/oder keramischer Prothesen bzw. Prothesenteilen.The invention relates to a bioactive composite material for prosthetic purposes, a process for its production and the use of this composite material or the application of this production process for the treatment of metallic and / or ceramic prostheses or prosthesis parts.
Bioaktive Knochenersatzmaterialien bestehen im wesentlichen aus anorganisch-chemischen Werkstoffen, wie beispielsweise aus Bio- gläsern, Bio-Glaskeramiken, Trikalciumphosphat-Keramiken, Apatiten, usw.Bioactive bone substitute materials essentially consist of inorganic chemical materials, such as bio glasses, bio glass ceramics, tricalcium phosphate ceramics, apatites, etc.
Derartige Werkstoffe weisen im allgemeinen zwar hohe Druckfestig¬ keitswerte auf, sie haben jedoch allesamt - bedingt durch ihre charakteristische "Sprödigkeit" - den gemeinsamen Nachteil, daß sie nur in äußerst geringem Maße auf Zug, Biegung oder Torsion beanspruchbar sind. Die Anwendungsmöglichkeiten dieser Werkstof- fe als kompakte Prothesenmaterialien erfahren dadurch erhebliche Einschränkungen .Such materials generally have high compressive strength values, but they all - due to their characteristic "brittleness" - all have the common disadvantage that they can only be subjected to extremely low levels of tension, bending or torsion. The application possibilities of these materials as compact prosthesis materials are subject to considerable restrictions.
In der Medizin bedient man sich deshalb bislang in bevorzugtem Maße hochfester metallischer, biologisch inerter Implantat-Werkstof¬ fe, die jedoch nicht die für ein dauerhaftes Verankern im lebenden Organismus erforderliche Eigenschaft der Bioaktivität aufweisen . Beispiele für derartige metallische Prothesenwerkstoffe, die den extremen mechanischen Eigenschafts-Forderungen gerecht werden, sind Titan, Titanlegierung sowie einige andere Speziallegierungen, beispielsweise CoCrMo.In medicine, therefore, hitherto, preference has been given to using high-strength metallic, biologically inert implant materials to a preferred degree, but not for permanent anchoring in the living Organism required property of bioactivity. Examples of such metallic prosthesis materials that meet the extreme mechanical property requirements are titanium, titanium alloy and some other special alloys, for example CoCrMo.
An der Grenzfläche zwischen knöchernem Gewebe und metallischem Implantat bildet sich - auch bei sogenanntem bioinerten Material - in der Regel eine Weichgewebekapsel aus, die einen kraftschlüssi¬ gen Verbund zwischen dem Knochenlager und dem Implantat unter- : bindet. Um eine Verbindung zwischen dem Knochen und dem Im¬ plantat zu erreichen, muß die Implantatoberfläche strukturiert wer¬ den . Die Strukturierungen werden in Form von Ausnehmungen, Hinterstechungen, Nuten, aber auch in Form von Poren oder Rie¬ fungen vorgesehen . Trotz des erreichten formschiüssigen Verbun- des ist das Problem einer physiologisch richtigen Kraftübertra¬ gung vom Knochen auf die Prothese und umgekehrt infolge der an der Grenzfläche auftretenden Bindegewebsschicht nicht gelöst.At the interface between the bony tissue and the metallic implant, a soft tissue capsule generally forms - even in the case of what is known as bio-inert material - which prevents a force-locking connection between the bone bed and the implant. In order to achieve a connection between the bone and the implant, the implant surface must be structured. The structuring is provided in the form of recesses, undercuts, grooves, but also in the form of pores or grooves. In spite of the positive connection achieved, the problem of a physiologically correct transfer of force from the bone to the prosthesis and vice versa as a result of the connective tissue layer occurring at the interface is not solved.
Neben diesen metallischen Implantatmaterialien sind in letzter Zeit auch keramische Werkstoffe entwickelt worden, die eine bessere Gewebsverträglichkeit aufweisen . Bei einer Werkstoffgruppe, den bioaktiven Materialien, läßt sich ein bindegewebsfreier Verbund zwischen Knochen und Implantat nachweisen. Eine glatte Grenzflä¬ che zwischen bioaktivem Implantatmaterial und knöchernem Gewebe kann auf Zug, Scherung und Torsion beansprucht werden . Ein Knochen/ Implantat- Verbund dieser biologisch-chemischen Qualität ist Voraussetzung für jede biomechanisch richtige Kraftübertragung.In addition to these metallic implant materials, ceramic materials that have better tissue compatibility have also recently been developed. In one group of materials, the bioactive materials, a connective tissue-free bond between bone and implant can be demonstrated. A smooth interface between the bioactive implant material and the bony tissue can be subjected to tension, shear and torsion. A bone / implant composite of this biological-chemical quality is a prerequisite for any biomechanically correct power transmission.
Die mechanische Festigkeit bioaktiver Werkstoffe ist jedoch nicht groß genug, um hochbelastbare Prothesen, z. B . Hüftgelenksprothe¬ sen oder Dentalprothesen, aus derartigem Vollmaterial herzustellen . : Um die Eigenschaft der Bioaktivität, die an der Grenzfläche zum Knochen erwünscht ist, mit der Festigkeit metallischer Werkstoffe zu kombinieren, ist die Beschichtung von Prothesen mit bioaktiven Substanzen vorgeschlagen worden, vgl . beispielsweise die DE-PS 23 26 100. Diese Beschichtung ist in Form von geschlossenen Schichten und in Form von körnigem Granulat bekannt.However, the mechanical strength of bioactive materials is not large enough to support high-strength prostheses, e.g. B. Hip prostheses or dental prostheses to be made from such solid material. : The property of bioactivity that is desired at the bone interface with the strength of metallic materials To combine, the coating of prostheses with bioactive substances has been proposed, cf. for example DE-PS 23 26 100. This coating is known in the form of closed layers and in the form of granular granules.
Die Beschichtung metallischer Prothesen mit bioaktiven Substanzen bereitet insofern Schwierigkeiten, als die Haftfestigkeit geschlos¬ sener bioaktiver Schichten auf dem Prothesen-Metallkern oft nicht ausreichend ist. Die Verwendung von bioinerten Emails als Haft¬ vermittler-Schicht zwischen dem bioaktiven Granulat und dem Basismetall erweitert zwar die Werkstoff- Auswahl und damit die besseren Haftmöglichkeiten; jedoch erfordern die verschiedenen Basislegierungen jeweils neu anzupassende Emailzusammensetzungen, was zu einem erheblichen Entwicklungs-, Prüf- und Materialauf¬ wand führt.The coating of metallic prostheses with bioactive substances presents difficulties insofar as the adhesive strength of closed bioactive layers on the metal core of the prosthesis is often not sufficient. The use of bio-inert enamels as an adhesion promoter layer between the bioactive granulate and the base metal extends the choice of materials and thus the better possibilities for adhesion; however, the different base alloys each require new adaptable enamel compositions, which leads to considerable development, testing and material expenditure.
Es ist deshalb die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einenIt is therefore the object of the present invention, one
Kompositwerkstoff anzugeben, der die hervorragenden Festigkeits¬ eigenschaften der metallischen Werkstoffe mit en unverzichtbaren biochemischen Eigenschaften bekannter bioaktiver Prothesenmateria¬ lien verbindet. Eine weitere Teil-Aufgabe besteht darin, ein Ver- fahren zur Herstellung eines derartigen Kompositwerkstoffes anzu¬ geben sowie ein Prothesenbeschichtungsverfahren unter Verwendung des genannten Kompositwerkstoffs bzw. unter Anwendung des ent¬ sprechenden Herstellungsverfahrens aufzuzeigen .Specify composite material that combines the excellent strength properties of the metallic materials with the indispensable biochemical properties of known bioactive prosthetic materials. Another part of the task is to specify a method for producing such a composite material and to demonstrate a prosthesis coating method using the said composite material or using the corresponding production method.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Kompositwerkstoff aus einer metallischen Komponente besteht, in der mindestens ein bioaktiver Werkstoff eingelagert ist. Die metalli¬ sche Phase kann aus einer hochfesten biokompatiblen Metall- oder Metallegierungs- Komponente und der bioaktive Werkstoff kann aus mindestens einer anorganisch-chemischen Komponente bestehen . Zweckmäßigerweise liegt der bioaktive Werkstoff in partikulärer Form vor, wobei die Partikelgröße im Bereich von 5 bis 1000 μm, vorzugsweise jedoch im Bereich von 50 bis 500 μm, beträgt. Die Form der Partikel des bioaktiven Werkstoffs ist vorzugsweise dreidimensional-kompakt. Es ist jedoch auch möglich, daß diese Partikel in längsgestreckter Form, beispielsweise nadel- oder faser- förmig, in der metallischen Komponente vorliegt. Das Volumenver- hältnis der metallischen Phase zur bioaktiven Phase kann in weiten Bereichen variiert werden; es liegt zwischen 95:5 und 5:95 Volu- men-%, vorzugsweise zwischen 70 : 30 und 30 : 70 Volumen-%. Nach einer besonderen Ausführuugsform der vorliegenden Erfindung be¬ steht die metallische Phase aus Titan und/oder mindestens einer Titanlegierung, beispielsweise TiAIV oder TiAIFe. Es ist indes auch möglich, daß die metallische Phase aus einer Cobalt-Chrom-Molybdän- Legierung, beispielsweise CoCrMo, besteht. Der bioaktive Werkstoff besteht aus mindestens einem der nachfolgend aufgeführten Bio¬ materialien : Bioglas, Bioglaskeramik, Apatit, Apatit-Sinterkeramik, Trikalciumphosphat, Trikalciumphosphat-Keramik. Er weist eine Dichte auf, die der theoretischen Dichte beider Ausgangskompo¬ nenten nach Maßgabe ihres jeweiligen Mischungsverhältnisses ent¬ spricht.This object is achieved in that the composite material consists of a metallic component in which at least one bioactive material is embedded. The metallic phase can consist of a high-strength biocompatible metal or metal alloy component and the bioactive material can consist of at least one inorganic chemical component. The bioactive material is expediently in particulate form, the particle size being in the range from 5 to 1000 μm, but preferably in the range from 50 to 500 μm. The shape of the particles of the bioactive material is preferably three-dimensional compact. However, it is also possible for these particles to be present in the metallic component in an elongated form, for example in the form of a needle or fiber. The volume ratio of the metallic phase to the bioactive phase can be varied within a wide range; it is between 95: 5 and 5:95% by volume, preferably between 70: 30 and 30: 70% by volume. According to a special embodiment of the present invention, the metallic phase consists of titanium and / or at least one titanium alloy, for example TiAIV or TiAIFe. However, it is also possible for the metallic phase to consist of a cobalt-chromium-molybdenum alloy, for example CoCrMo. The bioactive material consists of at least one of the bio materials listed below: bioglass, bioglass ceramic, apatite, apatite sintered ceramic, tricalcium phosphate, tricalcium phosphate ceramic. It has a density which corresponds to the theoretical density of both starting components in accordance with their respective mixing ratio.
Die Aufgabe wird weiterhin durch ein Verfahren zur Herstellung des Kompositwerkstoffs gelöst, bei dem ein aus einer pulverförmi- gen metallischen Komponente und mindestens einem partikulären Biomaterial bestehendes, gut durchmischtes Ausgangsgemenge in einem abgekapselten Reaktionsraum einem isostatischen Preßverfah¬ ren, gegebenenfalls unter zusätzlicher Anwendung erhöhter Temperatur, unterworfen wird. Dabei sind die Verfahrensparame¬ ter Druck, Temperatur und Zeit in Abhängigkeit von den jeweiligen Ausgangssubstanzen, den gewünschten Werkstoff eigenschaften so¬ wie der jeweils verwendeten Kapseltechnologie frei variabel inner¬ halb der folgenden Bereiche wählbar: Der Druck kann zwischen 1 und 4000 bar, vorzugsweise zwischen 50 und 2000 bar; dieThe object is further achieved by a process for the production of the composite material, in which a well-mixed starting mixture consisting of a powdery metallic component and at least one particulate biomaterial in an encapsulated reaction space is an isostatic pressing process, optionally with the additional use of elevated temperature, is subjected. The process parameters pressure, temperature and time can be chosen freely depending on the respective starting substances, the desired material properties and the particular capsule technology used within the following ranges: The pressure can be between 1 and 4000 bar, preferably between 50 and 2000 bar; the
Temperatur zwischen 20 und 2000 °C, vorzugsweise zwischen 150 und 900 °C/ und die Zeit zwischen 10 Minuten und 50 Stunden, vorzugsweise zwischen 30 Minuten und 12 Stunden, betragen . Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das gut durchmischte Pul¬ ver bzw. partikuläre Ausgangsgemenge in einen Kapselbehälter gegeben, der unter Erzeugen eines Vakuums von mindestens 10 mbar hermetisch verschlossen und sodann einem isostatischen Preßverfahren unterworfen wird. Es ist möglich, daß das Kapsei¬ material aus Glas besteht und das hermetische Verschließen des Behälters durch Zusammenschmelzen der Glaskapselöffnung erfolgt. Mit Vorteil kann die Innenwandung der Kapsel mit einem kontakt¬ inerten, thermisch stabilen Trennmittel, beispielsweise mit einer Bornitridpulver-Beschichtung, versehen werden . Das für denTemperature between 20 and 2000 ° C, preferably between 150 and 900 ° C / and the time between 10 minutes and 50 hours, preferably between 30 minutes and 12 hours. at In the process according to the invention, the well-mixed powder or particulate starting mixture is placed in a capsule container, which is hermetically sealed to produce a vacuum of at least 10 mbar and then subjected to an isostatic pressing process. It is possible for the capsule material to be made of glass and for the hermetic sealing of the container to take place by melting the glass capsule opening together. The inner wall of the capsule can advantageously be provided with a contact-inert, thermally stable release agent, for example with a boron nitride powder coating. That for the
Kapselbehälter verwendete Glas weist eine solche Kombination von physikalisch-chemischen Eigenschaften bezüglich dessen Transfor¬ mationstemperatur bzw. dessen Erweichungstemperatur sowie des¬ sen linearen thermischen Ausdehnungskoeffizienten auf, daß letzterer bei der für die Herstellung des Kompositwerkstoffes notwendigen Prozeßtemperatur bereits im plastischen Verformungs¬ bereich liegt, wobei jedoch die Erweichungstemperatur noch nicht überschritten ist. Nach einer vorteilhaften Verfahrens-Variante ist die Transformationstemperatur des Kapselbehälter-Glases um 20 bis 200 °C kleiner als die Prozeßtemperatur und die Erweichungs¬ temperatur des Glases ist zwischen 20 und 200 °C größer als die Prozeßtemperatur. Das Kapselmaterial kann auch aus Metall bzw. einer Metallegierung bestehen . Der Kapselbehälter weist zweck¬ mäßigerweise eine ampullenartige, stark abgerundete Form auf. Die Metallkapsel kann aus einem dünnwandigen, einseitig verschlos¬ senen Rohr bestehen, welches zusätzlich mit Längsnuten auf dem Rohrmantel versehen ist. Ein als Metallstopfen ausgebildeter Kapsel Verschluß mit einem Evakuierungsrohr kann vorgesehen sein, der mittels einer Rundum-Schweißnaht eine vakuumdichte Abkapse- lung gewährleistet.Glass used in capsule containers has such a combination of physicochemical properties with regard to its transformation temperature or its softening temperature and its linear thermal expansion coefficient that the latter is already in the plastic deformation range at the process temperature required for the production of the composite material, whereby however the softening temperature has not yet been exceeded. According to an advantageous process variant, the transformation temperature of the capsule container glass is 20 to 200 ° C lower than the process temperature and the softening temperature of the glass is between 20 and 200 ° C higher than the process temperature. The capsule material can also consist of metal or a metal alloy. The capsule container expediently has an ampoule-like, strongly rounded shape. The metal capsule can consist of a thin-walled tube which is closed on one side and which is additionally provided with longitudinal grooves on the tube jacket. A capsule closure designed as a metal stopper with an evacuation tube can be provided, which ensures a vacuum-tight encapsulation by means of an all-round weld seam.
Das erfindungsgemäße Kompositmaterial kann als Vollmaterial für die Herstellung von Prothesen bzw. Prothesenteilen verwendet wer¬ den . Darüber hinaus ist es möglich, es als vollflächiges Beschich- tungsmaterial zu verwenden sowie das erfindungsgemäße Herstel¬ lungsverfahren als einstufiges Beschichtungsverfahren von metalli¬ schen und/oder keramischen Prothesen bzw. Prothesenteiien einzu¬ setzen. Bei dem genannten Beschichtungsverfahren kann eine hohl- raumfreie metallische und/oder keramische Prothese bzw. ein der¬ artiges Prothesenteil in eine Glaskapsel derart eingebracht bzw. in ihr gehaltert werden, daß sich zwischen der zu beschichtenden Prothese und der Innenwandung der Glaskapsel eine im wesentli¬ chen allseits gleich große Distanz befindet, daß der Kapsel ver- bleibende Zwischenraum sodann mit dem durchmischten pulverför- migen Ausgangsgemenge ausgefüllt, die Kapsel danach hermetisch verschlossen und unter Vakuum gesetzt und schließlich dem isosta¬ tischen Preßverfahren unterzogen wird.The composite material according to the invention can be used as a solid material for the production of prostheses or prosthesis parts. It is also possible to use it as a full-surface coating to use processing material and to use the manufacturing method according to the invention as a one-step coating method of metallic and / or ceramic prostheses or prosthesis parts. In the coating method mentioned, a void-free metallic and / or ceramic prosthesis or such a prosthesis part can be introduced into or held in a glass capsule in such a way that there is essentially one between the prosthesis to be coated and the inner wall of the glass capsule The distance is the same on all sides, so that the remaining space in the capsule is then filled with the mixed powdered starting mixture, the capsule is then hermetically sealed and placed under vacuum and finally subjected to the isostatic pressing process.
Der Kompositwerkstoff kann darüberhinaus als Vollmaterial zur Her- Stellung kompakter Einlagerungs-Formkörper zum Einsetzen in geo¬ metrisch analoge Ausnehmungen, die in den oberflächennahen Be¬ reichen von Prothesen bzw. Prothesenteilen vorgesehen sind bzw. eingebracht werden, in der Weise verwendet werden, daß die derart bestückte Prothese danach einem isostatischen Preßverfahren zur Verankerung der eingepaßten Einlagerungs-Formkörper in bzw. mit ihren entsprechenden Ausnehmungen unterworfen wird. Dabei können die Einlagerungs-Formkörper in Draufsicht Flächengeome- trien mit linearen und/oder nicht-linearen Konturen aufweisen, die den jeweiligen Geometrien der Ausnehmungen in den Oberflä- chenbereichen der zu bestückenden Prothesen entsprechen. Es kann sich um einfache geometrische Formen, wie Kreise, Rechtecke, Dreiecke, Rauten, Trapeze, Parallelogramme usw. handein . Die Einlagerungs-Formkörper können im Querschnitt unterschiedlichste Außenkonturen aufweisen; sie können beispielsweise linsen-, höcker-, mulden-, pyramidenstumpf- und/oder kegelstumpf-förmige bzw. eine Mehrfachrillen-Außenkontur aufweisen, wobei sie in ihrem jeweiligen Verankerungsbereich entweder formschlüssig oder mit definiertem Aufmaß zum Zwecke eines thermischen Einschrumpfens versehen sein können.In addition, the composite material can be used as a solid material for the production of compact molded storage bodies for insertion into geometrically analogous recesses which are provided or introduced in the near-surface areas of prostheses or prosthesis parts in such a way that the the prosthesis fitted in this way is then subjected to an isostatic pressing process for anchoring the fitted molded articles in or with their corresponding recesses. In this case, the shaped inserts in plan view can have surface geometries with linear and / or non-linear contours that correspond to the respective geometries of the recesses in the surface areas of the prostheses to be fitted. They can be simple geometric shapes such as circles, rectangles, triangles, rhombuses, trapezoids, parallelograms, etc. The shaped inserts can have a wide variety of external contours in cross section; For example, they can have a lenticular, cusp, trough, truncated pyramid and / or truncated cone-shaped or a multiple-groove outer contour, in their respective anchoring area either with a positive fit or with a defined allowance for thermal shrinking can be provided.
Das erfindungsgemäße isostatische Preßverfahren kann darüber hinaus zum Ausfüllen von auf der Prothese befindlichen Kerben, Rillen, Nuten, Ringen sowie sonstigen Oberflächenfehlern verwen- det werden . Auch ist es möglich, das Beschichtungsverfahren in der Weise durchzuführen, daß eine einen Hohlraum aufweisende metallische und/oder keramische Prothese bzw . ein entsprechendes Prothesenteil, beispielsweise eine röhr- oder hülsenförmiges Pro¬ thesenteil, derart außen- und/oder innenbeschichtet wird, daß ein aus dem Kompositwerkstoff vorgefertigtes Rohr entsprechend der Wandstärken- und Durchmesser-Dimensionierung bei Außenbe- schichtung auf die Hülse aufgeschoben bzw. bei Innenbeschichtung in die Hülse paßgenau hineingeschoben wird, daß diese umkleidete Prothesenteil-Hülse sodann in eine zweischalige Kapselform gebracht wird, so daß im Innen- und im Außenwand-Bereich der Hülsenfläche gleichermaßen eine isostatische Druckwirkung erzielt wird, daß die zweischalige, aus Innen- und Außenrohren bestehende Kapsel so¬ dann verschlossen und unter Vakuum gesetzt wird und daß schließlich der eigentliche isostatische Preßprozeß zu einer allseiti- gen, dauerhaft festen Verschweißung der Kompositwerkstoff-Aus¬ kleidungen mit der eigentlichen Prothesen-Hülse führt. Dabei ist es beispielsweise möglich, den Kompositwerkstoff zur Herstellung einer mit einer Rille versehenen Platte einer Gerad- oder Schief¬ schaf t-Gehörknδchelchen-Prothese zu verwenden, wobei der Schaft selbst aus biokompatiblem Metall- oder Keramikmaterial be¬ steht.The isostatic pressing method according to the invention can also be used to fill in notches, grooves, grooves, rings and other surface defects on the prosthesis. It is also possible to carry out the coating process in such a way that a metallic and / or ceramic prosthesis or. a corresponding prosthesis part, for example a tubular or sleeve-shaped prosthesis part, is externally and / or internally coated in such a way that a tube prefabricated from the composite material is pushed onto the sleeve in accordance with the wall thickness and diameter dimension with the outer coating or with the inner coating is inserted into the sleeve with a precise fit, that this covered prosthesis part sleeve is then brought into a double-shell capsule shape, so that an isostatic pressure effect is achieved in the inner and outer wall region of the sleeve surface in such a way that the double-shell, consisting of inner and outer tubes The capsule is then closed and placed under vacuum and that the actual isostatic pressing process finally leads to all-round, permanently solid welding of the composite material linings to the actual prosthesis sleeve. It is possible, for example, to use the composite material to produce a grooved plate of a straight or oblique ossicular prosthesis, the stem itself being made of biocompatible metal or ceramic material.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren näher erläu¬ tert. Es zeigen in schemati scher Darstellung:The invention is explained in more detail below with reference to the figures. In a schematic representation:
Fig. 1 : das in einem verschlossenen Glaskapsel-Behälter befindliche durchmischte Ausgangsgemenge für den erfindungsgemäßen Kompositwerkstoff; Fig. 2: eine stark vergrößerte Darstellung des nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Kompo¬ sitwerkstoffs; Fig. 3: einen ampullenartigen, verschlossenen Glasbehälter mit einem metallischen oder keramischen Prothesen¬ teil, der von dem pulverförmigen Ausgangsgemenge voll umhüllt ist; Fig. 4 : eine metallische Hüftgelenks-Endoprothese in einem1: the mixed starting mixture for the composite material according to the invention located in a sealed glass capsule container; 2 shows a greatly enlarged illustration of the composite material produced by the method according to the invention; 3: an ampoule-like, closed glass container with a metallic or ceramic prosthesis part, which is completely enveloped by the powdery starting mixture; Fig. 4: a metallic hip joint endoprosthesis in one
Glaskapsel-Behälter, der im wesentlichen der Pro- thesenform angepaßt und so dimensioniert ist, daß der Prothesen-Schaft allseitig von einer Schüttung des pulverförmigen Ausgangsgemenges umhüllt ist; Ffg. 5 : eine mit Längsrillen versehene Metallhülse als Kapsel-Glass capsule container, which is essentially adapted to the shape of the prosthesis and is dimensioned such that the prosthesis shaft is encased on all sides by a bed of the powdery starting mixture; Ffg. 5: a metal sleeve provided with longitudinal grooves as a capsule
Behälter, die unter anderem einen Metallstopfen aufweist, der ein Evakuierungs-Rohr zur Erzeugung eines Vakuums enthält. In der Metalihülse befindet sich in zentrisch-axialer Halterung eine Prothese bzw. ein Prothesenteil mit abwechselnd größerem bzw. kleineren Durchmesserbereichen; Fig. 6 : eine Endoprothese mit kreisförmigen bzw. rechtecki¬ gen Ausnehmungen, in welchen entsprechend einge¬ paßte Einlagerungs-Formkörper vorhanden sind. Die so bestückte Prothese befindet sich zur Durch¬ führung des isostatischen Preßverfahrens in einem abgekapselten, unter Vakuum stehenden Reaktions¬ raum; Ffg. 7a: einen Ausschnitt aus dem Oberflächenbereich einerContainer, which has, among other things, a metal stopper that contains an evacuation tube to create a vacuum. A prosthesis or a prosthesis part with alternately larger or smaller diameter ranges is located in the metal sleeve in a central-axial holder; 6: an endoprosthesis with circular or rectangular recesses, in which there are correspondingly fitted molded inserts. The prosthesis equipped in this way is located in an encapsulated reaction chamber which is under vacuum in order to carry out the isostatic pressing process; Ffg. 7a: a section of the surface area of a
Prothese bzw. eines Prothesenteils mit diversen Aus¬ nehmungen; Fig. 7b : unterschiedliche kompakt-geometrische Einlagerungs-Prosthesis or a prosthesis part with various recesses; 7b: different compact geometrical embedding
Formkörper zum Einsetzen in die Ausnehmungen gemäß Fig. 7a; Fig. 8: einen Querschnitt durch einen anderen Oberflächen¬ bereich einer Prothese bzw. eines Prothesenteils mit Ausnehmungen und unterschiedlich ausgebildetenShaped body for insertion into the recesses according to FIG. 7a; 8: a cross section through another surface area of a prosthesis or a prosthesis part with recesses and different designs
Einlagerungs-Formkörpern; Fig. 9: einen zweischaiigen Metall-Kapselbehälter mit einemStorage moldings; Fig. 9: a two-shell metal capsule container with a
Innenrohr ( I nnenmantel ) und einem Außenrohr ( Außenmantel ) , wobei die beiden Rohre im unteren und oberen Bereich miteinander verschweißt werden . In dem Behälter befindet sich ein rohrförmiges Pro¬ thesenteil, das von einer aus Kompositmaterial be¬ stehenden Außenhülse umgeben ist;Inner tube (inner jacket) and an outer tube (outer jacket), the two tubes being welded together in the lower and upper area. In the container there is a tubular prosthesis part which is surrounded by an outer sleeve made of composite material;
Fig. 9a: ein hülsenförmiges Prothesenteilstück aus Metall oder aus Keramik; Fig. 9b: ein aus dem Kompositwerkstoff bestehendes Rohr als Überstülp-Hülse für den in Fig. 9a gezeigten Prothesenteil;9a: a sleeve-shaped prosthesis section made of metal or ceramic; FIG. 9b: a tube consisting of the composite material as a slip-on sleeve for the prosthesis part shown in FIG. 9a;
Fig. 10: eine metallische Hüftgelenks-Endoprothese mit unter¬ schiedlich dimensionierten geometrischen Ausneh- mungen im Oberflächenbereich;10: a metallic hip joint endoprosthesis with differently dimensioned geometric recesses in the surface area;
Fig . 11 : eine Hüftgelenks-Endoprothese mit unterschiedlich dimensionierten Einlagerungs-Formkörpern;Fig. 11: a hip joint endoprosthesis with differently dimensioned shaped inserts;
Fig. 12 : eine Schief schaft-Gehörknöchelchenprothese mit ei¬ ner Kopfplatte aus dem erfindungsgemäßen Komposit- Werkstoff und einem Schaft aus bioinertem Metall12: a skewed ossicular prosthesis with a head plate made of the composite material according to the invention and a shaft made of bio-inert metal
(oder Keramik ) ;(or ceramics);
Fig. 13: einen Querschnitt durch einen Block aus bioinertemFig. 13: a cross section through a block of bioinert
Metall oder Keramik, der eine dicke Oberflächen- Beschichtung aus dem erfindungsgemäßen Komposit- Werkstoff aufweist. Die Darstellung zeigt eine Mög¬ lichkeit auf, dimensionierte Spezial-Prothesen bzw. -Prothesenteile aus einem derartigen beschichteten Metallblock herauszutrennen .Metal or ceramic that has a thick surface coating made of the composite material according to the invention. The illustration shows a possibility of separating dimensioned special prostheses or prosthesis parts from such a coated metal block.
In Fig. 1 ist das gut durchmischte pulverförmige bzw. partikuläre Ausgangsgemenge 4 in einem bereits verschlossenen Glaskapsel-Be¬ hälter 6 dargestellt. Die Glaskapsel-Öffnung 6a wird nach Erzeugen eines gewissen Unterdruckes - nachfolgend jeweils als "Vakuum" bezeichnet - beispielsweise mittels einer Brennerflamme zugeschmol¬ zen . Dieses Ausgangsgemisch, bestehend aus dem pulverförmigen metallischen Material und dem partikulären bioaktiven Werkstoff wird mitsamt der Kapsel den Verfahrens-Parametern Druck, Tempe¬ ratur und Zeit unterworfen . Um das Ablösen des Glasmantels nach dem isost tischen Preßprozeß zu erleichtern, kann die Behälterinnen- wand mit einem kontaktinerten und thermisch stabilen Trennmittel, beispielsweise pulverförmigem Bornitrid, versehen werden . Es muß gewährleistet sein, daß der Kapseibehälter auch nach dem Zu- schmelzen noch einen Unterdruck aufweist. Die Verfahrensbe- dihgungen können in breiten Grenzen frei gewählt werden . Sie hängen von der gewählten Charge, den jeweiligen Größenverhält¬ nissen, der Ausgangsgemenge-Zusammensetzung u.a. ab. Die Dimensionierung des Glasbehälters richtet sich in erster Linie nach den Ausmaßen der isostatischen Prozeßkammer. Die Höhe des Kapsel¬ behälters kann z. B . bei einem zylindrischen Querschnitt zwischen 10 und 25 cm betragen . Dabei ist zu beachten, daß Ecken und1 shows the well-mixed powdery or particulate starting mixture 4 in an already closed glass capsule container 6. The glass capsule opening 6a is melted after generating a certain negative pressure - hereinafter referred to as "vacuum" - for example by means of a burner flame. This starting mixture, consisting of the powdered metallic material and the particulate bioactive material, together with the capsule, are subjected to the process parameters pressure, temperature and time. In order to facilitate the detachment of the glass jacket after the isostatic pressing process, the inside of the container can be provided with a contact-inert and thermally stable release agent, for example powdered boron nitride. It must be ensured that the capsule container still has a negative pressure even after it has melted. The process conditions can be freely selected within wide limits. They depend, inter alia, on the batch chosen, the respective proportions, the composition of the starting batch. The dimensioning of the glass container depends primarily on the dimensions of the isostatic process chamber. The height of the capsule container can e.g. B. with a cylindrical cross section between 10 and 25 cm. It should be noted that corners and
Kanten des Behälters stark abgerundet sind, um einen Bruch des Behälters in Folge auftretender thermischer Spannungen während der Aufheiz-Phase in der Prozeßkammer zu vermeiden. Der für die Kapselung verwendete Glaswerkstoff muß bezüglich seiner physikalisch-thermischen Materialdaten so ausgewählt werden, daß dieser bei der für die Herstellung des Kompositwerkstoffs notwen¬ digen Prozeßtemperatur bereits im plastischen Verformungsbereich liegt, die Erweichungstemperatur aber noch nicht überschritten ist..Edges of the container are strongly rounded to avoid breakage of the container as a result of thermal stresses occurring during the heating phase in the process chamber. The glass material used for the encapsulation must be selected with regard to its physical-thermal material data so that it already lies in the plastic deformation range at the process temperature required for the production of the composite material, but the softening temperature has not yet been exceeded.
In Fig. 2 ist in stark vergrößerter Darstellung ein Schnitt durch den hergestellten Kompositwerkstoff 1 gezeigt. Der bioaktive Werk¬ stoff 3 ist in partikulärer Form in der Metall- bzw. Legierungs¬ phase 2 eingelagert.A section through the composite material 1 produced is shown in a greatly enlarged illustration in FIG. 2. The bioactive material 3 is embedded in particulate form in the metal or alloy phase 2.
In Fig. 3 ist ein ampullenartiger Glasbehälter 6 gezeigt, in dem ein stabförmiger Prothesenteil 10a aus Metall oder aus Keramik axial-zentrisch gehaitert wird. Zu diesem Zwecke sind im oberen und im unteren Teil des Kapselbehälters 6 Zentrieraufnahmen einge- setzt, die auch nach Beendigung des Preßprozesses und nach Ent¬ fernen des Glasbehälters auf den dann beschichteten Prothesen¬ teilen zeitweilig verbleiben können . Diese beiden Halterungsstutzen können aus Keramik oder aus metallischem Material gefertigt sein; sie dienen anschließend als Zentrieraufnahme bzw. als Einspann- halterung für eine eventuelle maschinelle mechanische Nachbearbei¬ tung des beschichteten Prothesenteils. Der Kapselbehälter 6 ent¬ hält in dem zwischen dem Prothesenteil 10a und der Kapsel-Innen¬ wandung bestehenden Zwischenraum das Ausgangsgemenge 4. Der geschlossene Glasbehälter 6, der über die Glaskapselöffnung 6a evakuiert wurde, kann sodann dem isostatischen Preßprozeß unter¬ worfen werden.3 shows an ampoule-like glass container 6 in which a rod-shaped prosthesis part 10a made of metal or ceramic is axially centered. For this purpose, 6 centering receptacles are inserted in the upper and lower part of the capsule container. sets, which can remain temporarily on the then coated prosthesis parts even after the pressing process has ended and the glass container has been removed. These two mounting brackets can be made of ceramic or metallic material; they then serve as a centering fixture or as a clamping holder for any mechanical mechanical reworking of the coated prosthesis part. The capsule container 6 contains the starting batch 4 in the space between the prosthesis part 10a and the inner wall of the capsule. The closed glass container 6, which was evacuated via the glass capsule opening 6a, can then be subjected to the isostatic pressing process.
In Fig. 4 ist eine metallische Hüftgelenks-Endoprothese von einem ähnlich konturierten Glasbehälter 6 umgeben . Der Zwischenraum zwischen dem Prothesenschaft und der Innenwandung des Kapsel¬ behälters 6 ist wiederum mit dem Ausgangsgemenge 4 voll ausge¬ füllt. Der Glasbehälter wurde über die Öffnung 6a evakuiert. Es ist darauf hinzuweisen, daß die in den Figuren 3 und 4 gezeigte Kapselungs-Technik nur bei derartigen Prothesen-Grundkörpern angewendet werden kann, die aus Vollmaterial bestehen, also keine Hohlräume aufweisen . Weiterhin ist es bei diesem Verfahren wesent¬ lich, daß die Schüttdicken des pulverförmigen Ausgangsgemenges 4 möglichst klein und möglichst gleichmäßig gehalten werden, um eine rein mechanisch bedingte Deformation des umkapselten Prothe- sengrundkörpers während des isostatischen Preßprozesses zu ver¬ meiden. Das Ausmaß einer möglichen Deformation hängt dabei we¬ sentlich von der geometrischen Abmessung des Grundkörpers sowie von den angewendeten Prozeßparametern ab.In Fig. 4, a metallic hip joint endoprosthesis is surrounded by a similarly contoured glass container 6. The space between the prosthesis socket and the inner wall of the capsule container 6 is again completely filled with the starting mixture 4. The glass container was evacuated through the opening 6a. It should be pointed out that the encapsulation technique shown in FIGS. 3 and 4 can only be used for prosthesis base bodies which are made of solid material and therefore have no cavities. It is furthermore essential in this process that the bulk thicknesses of the powdery starting mixture 4 are kept as small and as uniform as possible in order to avoid a purely mechanical deformation of the encapsulated base of the prosthesis during the isostatic pressing process. The extent of a possible deformation essentially depends on the geometric dimension of the base body and on the process parameters used.
Eine zweite Möglichkeit für eine Kapselung besteht darin, Kapsel- behälter aus metallischem Material zu fertigen . Dies ist in Fig. 5 dargestellt. Ein dünnwandiges zylindrisches Metallrohr 7, weiches zweckmäßigerweise zusätzlich auf seinem Außenumfang mit Längs- nuten 8 versehen ist, um eine gleichmäßige Deformation während des isostatischen Preßvorganges zu gewährleisten, wird mit Metall¬ stopfen 9 durch Rundum-Sch weißnähte verschlossen . Der Stopfen 9 trägt dabei das zur Herstellung eines Vakuums erforderliche Eva- kuierungsrohr 9a. Vor dem hermetischen Abschließen des Behälters wird das pulverförmige und gut durchmischte Ausgangsgemenge 4 in den Behälter gegeben, in dem die Prothese 10 bzw. ein spe¬ zielles Prothesenteil 10a bereits zentrisch gehaltert ist. Es erfolgt mechanisch sowie danach unter Vakuum eine gewisse Vorverdich- tung und nach hermetischer Abriegelung und Herstellung desA second possibility for encapsulation is to manufacture capsule containers from metallic material. This is shown in FIG. 5. A thin-walled cylindrical metal tube 7, which is expediently soft on its outer circumference with longitudinal grooves 8 is provided to ensure a uniform deformation during the isostatic pressing process is closed with Metall¬ stopper 9 by all-round welds. The stopper 9 carries the evacuation tube 9a required to produce a vacuum. Before the container is hermetically sealed, the powdery and well-mixed starting mixture 4 is placed in the container in which the prosthesis 10 or a special prosthesis part 10a is already held centrally. A certain amount of pre-compression takes place mechanically and then under vacuum and after hermetic sealing and production of the
Vakuums der bereits beschriebene isostatische Preßvorgang. Auch hier kann die Innenwand des metallischen Behälters 7 ebenfalls mit einem Trennmittel versehen werden. Die Abmessungen des Be¬ hälters 7 richten sich im wesentlichen nach den Ausmaßen der isostatischen Prozeßkammεr; zusätzlich aber in diesem Fall auch nach den elastischen Eigenschaften des Mantelmaterials sowie dessen kon¬ struktiver Auslegung. Die hier beschriebene Metallkapseltechnik nach dem einstufigen isostatischen Preßverfahren beschränkt sich im wesentlichen auf einfache r otationssymmetrische Prothesengrund - körpergeometrien.Vacuum the isostatic pressing process already described. Here, too, the inner wall of the metallic container 7 can also be provided with a release agent. The dimensions of the container 7 essentially depend on the dimensions of the isostatic process chamber; but additionally in this case also according to the elastic properties of the jacket material and its structural design. The metal capsule technique described here according to the one-stage isostatic pressing process is essentially limited to simple, rotationally symmetrical prosthesis base body geometries.
In Rg. 6 ist eine Hüftgelenks-Endoprothese dargestellt, die in ihrem Schaftbereich Ausnehmungen 12 aufweist, in die entsprechende Einlagerungs-Formkörper 11 aus dem erfindungsgemäßen Komposit¬ werkstoff 1 eingepaßt wurden . Eine derart bestückte metallische Prothese wird in einen Glaskapsel-Behälter 6 eingelegt, der sodann über die Öffnung 6a in bekannter Weise evakuiert wird. Es erfolgt sodann der bereits beschriebene isostatische Preßprozeß, der dazu führt, daß der in Form der Einlagerungs-Formkörper 11 vorliegen¬ de Kompositwerkstoff fest mit den Ausnehmungen in den Oberflä- chenbereichen der Prothese verbunden wird. Nach Entfernen des Glasbehälters 6 kann eine Entbearbeitung der gesamten Prothese, z. B . ein Polieren, Blankätzen, usw. , erfolgen. Die Kriterien für die benötigten Prozeßparameter sind - wie bereits ausgeführt - in weiten Grenzen frei wählbar; sie liegen prinzipiell bezüglich des anzuwendenden Druckes im Bereich zwischen 1 und 4000 bar, bezüglich des Temperaturbereichs zwischen Raumtempe- ratur und 2000 °C und bezüglich der Prozeß-Zeit zwischen einigen Minuten und einigen Ta gen . Die Prozeßparameter sind abhängig von Materialeigenschaften der Ausgangsgemenge 4, von der Trans¬ formationstemperatur ( T,- ) der bioaktiven Komponente, von der Gefügeumwandlungstemperatur der metallischen Phase, von der Gefügeumwandlungstemperatur des Grundkörpers ( im Falle einer Prothesenbeschichtung ) und von der jeweils gewählten Kapseltech¬ nologie ( Glaskapselbehälter 6 oder Metallkapselbehälter 7 ) .6 shows a hip joint endoprosthesis which has recesses 12 in its shaft area, into which corresponding molded insert bodies 11 made of the composite material 1 according to the invention have been fitted. A metallic prosthesis equipped in this way is placed in a glass capsule container 6, which is then evacuated via the opening 6a in a known manner. The isostatic pressing process already described then takes place, which leads to the composite material present in the form of the molded insert body 11 being firmly connected to the recesses in the surface areas of the prosthesis. After removing the glass container 6, processing of the entire prosthesis, e.g. B. polishing, blank etching, etc., are carried out. As already stated, the criteria for the required process parameters can be freely selected within wide limits; In principle, they are in the range between 1 and 4000 bar with regard to the pressure to be used, with regard to the temperature range between room temperature and 2000 ° C and with regard to the process time between a few minutes and a few days. The process parameters depend on the material properties of the starting mixture 4, on the transformation temperature (T, -) of the bioactive component, on the structural transformation temperature of the metallic phase, on the structural transformation temperature of the base body (in the case of a prosthesis coating) and on the particular capsule technology chosen (Glass capsule container 6 or metal capsule container 7).
In Fig. 7a ist ein Ausschnitt aus einem Oberflächenbereich einer Prothese bzw . eines Prothesenteils aus Metall bzw. Keramik darge- stellt. Kompakt-geometrische Ausnehmungen in Form eines Recht¬ ecks 12a, eines Kreises 12b bzw. eines Dreieckes 12c sind einge¬ zeichnet. In diese Ausnehmungen passen die in der Fig . 7b iso¬ liert dargestellten Einlagerungs-Formkörper 11a, 11b bzw. 11c, die aus dem erfindungsgemäßen Kompositwerkstoff 1 hergestellt wurden . Die Ausnehmungen 12 können nach an sich bekannten Methoden, beispielsweise durch Fräsen, Drehen oder Schleifen, hergestellt werden. Prinzipiell möglich sind alle Geometrien, die sich mit maschinellen Methoden verfahrensökonomisch herstellen lassen . Die Einlagerungs-Formkörper 11 können in ähnlicher Weise aus dem Vollmaterial des Kompositwerkstoffs 1 nach an sich be¬ kannten mechanischen Bearbeitungsverfahren hergestellt werden . Sie müssen geometrisch exakt in die Ausnehmungen 12 passen, wobei diese bei entsprechend geringem Aufmaß auch thermisch ein¬ geschrumpft werden können . Dies geschieht beispielsweise durch Erhitzen des zu beschichtenden Bauteils bzw. durch Kühlen der einzulegenden Formkörper 11 vor dem Einlegen . In der Fig. 8, die einen Schnitt durch den o berflächennahen Be¬ reich einer Prothese 10 bzw. eines Prothesenteils 10a darstellt, sind wiederum Ausnehmungen 12 gezeigt, in welche unterschiedlich konturierte Einlagerungs-Formkörper 11d-11 h eingepaßt werden können . Diese dargestellten Formen stellen selbstverständlich kei¬ ne abschließende Aufzählung dar; es sind vielmehr weitere Aus¬ bildungsformen möglich.7a shows a detail from a surface area of a prosthesis or. of a prosthesis part made of metal or ceramic. Compact geometric recesses in the form of a rectangle 12a, a circle 12b or a triangle 12c are shown. The recesses shown in Fig. 7b insulated molded articles 11a, 11b and 11c, which have been produced from the composite material 1 according to the invention. The recesses 12 can be produced by methods known per se, for example by milling, turning or grinding. In principle, all geometries that can be produced economically using mechanical methods are possible. The molded insert bodies 11 can be produced in a similar manner from the solid material of the composite material 1 by mechanical processing methods known per se. They have to fit geometrically exactly into the recesses 12, which can also be shrunk thermally with a correspondingly small allowance. This is done, for example, by heating the component to be coated or by cooling the molded bodies 11 to be inserted before insertion. In FIG. 8, which shows a section through the area of a prosthesis 10 or a prosthesis part 10a near the surface, recesses 12 are again shown, into which differently contoured shaped inserts 11d-11h can be fitted. Of course, the forms shown do not represent a final list; rather, other forms of training are possible.
In Fig. 9 ist eine Variante eines metallischen Kapsel-Behälters 7 dargestellt. Er besteht aus einem "2-Rohr-System", wobei die bei- den Kapselrohre miteinander so verschweißt werden, daß der iso¬ statische Preßdruck auch auf das Innenrohr wirkt, so daß kein ein¬ seitiger Druck auf das zu beschichtende hohlförmige Prothesenteil gegeben ist. In diesem Kapsel-Behälter 7 kann beispielsweise vor dem Verschweißen des oberen Abschlußdeckels eine Prothesenhülse 13 eingesetzt werden, die mit einer Außenmantelbeschichtung aus dem Kompositwerkstoff 1 versehen werden soll . Diese Hülse 10b ist in Fig. 9a dargestellt. In Fig. 9b wird ein entsprechend dimen¬ sioniertes Außenrohr 13, bestehend aus dem erfindungsgemäßen Kompositwerkstoff 1 , dargestellt, das über die Hülse 10b gestülpt werden kann und sodann ohne Spiel an dem hülsenförmigen Pro¬ thesenteil 10b anliegt. Eine derartige Hülsen-Kombination kann so¬ dann in dem in Fig. 9 dargestellten Behälter einem allseitig wirken¬ den Druck ausgesetzt werden . Natürlich ist es auch möglich, an¬ stelle einer Außenbeschichtung der Hülse 10b eine Innenbeschich- tung vorzunehmen. Hierzu ist es lediglich erforderlich, ein entspre¬ chend dimensioniertes Innenrohr aus dem Kompositwerkstoff 1 vor¬ zusehen, einzupassen und sodann in den Kapselbehälter 7 einzufüh¬ ren und schließlich dem bekannten ispstatischen Preßprozeß zu un¬ terwerfen .9 shows a variant of a metallic capsule container 7. It consists of a "2-tube system", the two capsule tubes being welded to one another in such a way that the isostatic pressing pressure also acts on the inner tube, so that there is no one-sided pressure on the hollow prosthesis part to be coated . In this capsule container 7, a prosthesis sleeve 13 can be used, for example, before welding the upper end cover, which is to be provided with an outer jacket coating made of the composite material 1. This sleeve 10b is shown in Fig. 9a. FIG. 9b shows a correspondingly dimensioned outer tube 13, consisting of the composite material 1 according to the invention, which can be put over the sleeve 10b and then bears against the sleeve-shaped prosthesis part 10b without play. Such a sleeve combination can then be subjected to a pressure acting on all sides in the container shown in FIG. 9. Of course, it is also possible to carry out an inner coating instead of an outer coating of the sleeve 10b. All that is necessary for this is to provide an appropriately dimensioned inner tube made of the composite material 1, to fit it and then to insert it into the capsule container 7 and finally to subject it to the known ispstatic pressing process.
Natürlich sind diverse weitere Anwendungsfälle denkbar, beispiels¬ weise kann ein Stab aus metallischem oder keramischem Vollmaterial mit der beschriebenen Hülsen-Technik ummantelt und damit bioak¬ tiv gemacht werden. Eine weiterführende Idee besteht dahin, den derart ummantelten Stab aus Voilmaterial auszubohren. Auf diese Weise lassen sich gewissermaßen beschichtete Rohre für spezielle Prothesenteile herstellen . Auch ist es möglich, den beschriebenen Prozeß zur Außenbeschichtung von Prothesenstäben bzw. das nach- trägliche Herstellen von Rohren mittels Ausbohrens in der Weise umzukehren, daß der Stab aus Kompositmaterial 1 besteht und die¬ ser mit einer Außenhülse bzw . mit einer Beschichtung aus einem anderen Material versehen wird . Im letztgenannten Fall kann durch ein nachträgliches Ausbohren des erhaltenen Bauteils ein i nnenbe- schichtetes Rohr als Prothesenteil dargestellt werden .Various other applications are of course conceivable, for example a rod made of solid metallic or ceramic material can be encased with the described sleeve technique and thus made bioactive. Another idea is that to drill out such coated sheath from voile material. In this way, coated tubes for special prosthetic parts can be manufactured. It is also possible to reverse the process described for the external coating of prosthesis rods or the subsequent production of tubes by means of boring in such a way that the rod consists of composite material 1 and this with an outer sleeve or. is provided with a coating of another material. In the latter case, an internally coated tube can be represented as a prosthesis part by subsequently drilling out the component obtained.
Weitere Geometriebeispiele für Prothesenteile, die mit einer Innen- und/oder Außenbeschichtung mit dem Kompositwerkstoff 1 versehen werden können, sind kalottenförmige Konstruktionen, Kugelschalen, Schädelkalotten usw. Auch sind Sandwich-Anordnungen ( Komposit- Werkstoff /bioinertes Material/ Kompositwerkstoff /bioinertes Material/ usw. ) möglich.Further geometry examples for prosthesis parts that can be provided with an inner and / or outer coating with composite material 1 are dome-shaped constructions, spherical shells, skull caps, etc. Also sandwich arrangements (composite material / bioinert material / composite material / bioinert material / etc .) possible.
In Fig. 10 sind weitere Ausnehmungen 12 in dem Oberflächenbe¬ reich des Schaftes einer Hüftgelenks-Endoprothese dargestellt. So werden beispielsweise neben den bereits bekannten ringförmigen Ausnehmungen 12b großflächige Ausnehmungen 12f und längliche Nuten 12d bzw. umlaufende Ringe 12e dargestellt.10 shows further recesses 12 in the surface area of the shaft of a hip joint endoprosthesis. For example, in addition to the already known annular recesses 12b, large-area recesses 12f and elongated grooves 12d or circumferential rings 12e are shown.
In Fig. 11 sind die Ausnehmungen 12 bereits mit entsprechenden Einlagerungs-Formkörpern 11 versehen . Im einzelnen wird eine längliche Platte 11 i, eine großflächige Platte 11 k, mehrere unter- schiedlich dimensionierte ringförmige Einlagerungs-Formkörper 11b sowie eine großflächige Rundum-Beschichtung 111 dargestellt.In FIG. 11, the recesses 12 are already provided with corresponding shaped insert bodies 11. In detail, an elongated plate 11 i, a large-area plate 11 k, a plurality of differently shaped, shaped, shaped insert bodies 11b and a large-area all-round coating 111 are shown.
In Fig. 12 ist eine Schief schaft-Gehörknöchelchen-Prothese 15 dar¬ gestellt, die aus einer Platte 10d und einem an ihrer Unterseite angesetzten Schaft 10c besteht, wobei die Platte aus dem Komposit- Werkstoff 1 besteht und der Schaft 10c aus einem bioinerten Metall oder Keramikmaterial gefertigt ist. Die Platte 10d weist in bekannter Weise eine Rille zur Aufnahme eines Teils eines Gehörknöchelchens in situ auf.FIG. 12 shows an oblique shaft-ossicular prosthesis 15 which consists of a plate 10d and a shaft 10c attached to its underside, the plate consisting of the composite material 1 and the shaft 10c made of a bio-inert metal or ceramic material. The plate 10d has in a known manner Have a groove for receiving a portion of an ossicle in situ.
In der Fig . 13 ist schematisch dargestellt, wie eine derartige Spezial-Prothese aus einem bioinerten Vollmaterial ( Keramik oder Metall ) , das eine ausreichende Beschichtung mit dem Kompositwerk¬ stoff 1 aufweist, durch spanabhebende Herstellungsverfahren "herausgeschnitten" werden kann .In the Fig. 13 shows schematically how such a special prosthesis can be "cut out" from a bio-inert solid material (ceramic or metal), which has an adequate coating with the composite material 1, by machining production processes.
Der erfindungsgemäße Kompositwerkstoff kann nach in der Pulver¬ metallurgie und in der Technologie für Sonderkeramiken bekannten Verfahren wie z. B . Drucksintern, isostatisches Pressen ( heiß-iso- statisches Pressen, kalt-isostatisches Pressen ) , Heißpressen, Fest¬ körperschweißen, Löten, Reaktionssintern, Preßschweißen, Reak¬ tionsschweißen und dergleichen hergestellt werden. Bevorzugt wird jedoch das "Heiß- Isostatische-Preßverfahren" ( HIP- Verfahren ) , welches sich einmal dadurch auszeichnet, daß Druck-, Temperatur- und Zeitverläufe unabhängig von einander eingestellt werden kön¬ nen; und zum anderen dadurch, daß eine spezielle Kapseltechnik angewendet werden kann . Aus dem verdichteten bioaktiven Kompo¬ sitwerkstoff können danach beliebige Geometrien für bestimmte Implantatformen durch herkömmliche Bearbeitungsverfahren, wie z. B. Sägen, Bohren, Schleifen und Polieren, hergestellt werden. The composite material according to the invention can be prepared by methods known in powder metallurgy and in technology for special ceramics, such as, for example, B. Pressure sintering, isostatic pressing (hot isostatic pressing, cold isostatic pressing), hot pressing, solid body welding, soldering, reaction sintering, pressure welding, reaction welding and the like can be produced. However, the "hot isostatic pressing method" (HIP method) is preferred, which is characterized in that pressure, temperature and time profiles can be set independently of one another; and secondly, that a special capsule technique can be used. Any geometries for specific implant shapes can then be made from the compressed bioactive composite material by conventional processing methods, such as, for example, B. sawing, drilling, grinding and polishing.
BezugsziffernlisteReference number list
1 - Kompositwerkstoff1 - composite material
2 - metallische Komponente2 - metallic component
3 - bioaktiver Werkstoff3 - bioactive material
4 - Ausgangsgemenge von ( 1 )4 - initial batch of (1)
5 - abgekapselter Reaktionsraum5 - encapsulated reaction space
6 - (Glas-) Kapsel-Behälter 6a - Glaskapsel-Öffnung6 - (Glass) capsule container 6a - glass capsule opening
7 - (Metall- ) Kapsel-Behälter7 - (metal) capsule container
7a - (zweischaliger Metall-) Kapsel-Behälter - Längsnuten - Metallstopfen a - Evakuierungs-Rohr7a - (double-shell metal) capsule container - longitudinal grooves - metal plug a - evacuation pipe
10 - Prothese (aus Metall oder Keramik)10 - prosthesis (made of metal or ceramic)
10a - Prothesenteil (aus Metall oder Keramik)10a - prosthesis part (made of metal or ceramic)
10b - (hülsenförmiges) Prothesenteil (aus Metall oder10b - (sleeve-shaped) prosthesis part (made of metal or
Keramik) 10c - Schaft einer Gehörknöchelchen-Prothese 10d - Platte einer Gehörknöchelchen-Prothese 1 - Einlagerungs-FormkörperCeramic) 10c - shaft of an ossicular prosthesis 10d - plate of an ossicular prosthesis 1 - molded insert
11a - 11h (kompakt-geometrische) Einlagerungs-Form¬ körper 11i- (längliche) Platte 11k - (großflächige) Platte 111- (großflächige) Rundum-Beschichtung 2 - Ausnehmungen in (10)11a - 11h (compact-geometric) embedding molded body 11i (elongated) plate 11k - (large area) plate 111- (large area) all-round coating 2 - recesses in (10)
12a - 12c (kompakt-geometrische) Ausnehmungen12a - 12c (compact geometric) recesses
12d - Nuten, Rillen12d - grooves, grooves
12e - Ring (Halbring)12e - ring (half ring)
12f- (großflächige) Ausnehmung 3 - Rohr aus (1) 4 - Geradschaft-Gehörknöchelchen-Prothese 5 - Schief schaft-Gehörknöchelchen-Prothese 6 . biokompatibles Metall- oder Keramik-Vollmaterial12f- (large-area) recess 3 - tube from (1) 4 - straight shaft-ossicle prosthesis 5 - oblique-shaft ossicle prosthesis 6. biocompatible solid metal or ceramic material
17 - Rille 17 - groove

Claims

A n s p r ü c h e Expectations
1. Kompositwerkstoff für prothetische Zwecke, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß er aus einer metallischen Komponente (2) besteht, in der mindestens ein bioak¬ tiver Werkstoff (3) eingelagert ist.1. Composite material for prosthetic purposes, so that it consists of a metallic component (2) in which at least one bioactive material (3) is embedded.
2. Kompositwerkstoff nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die metallische Phase (2) aus einer hochfesten biokompatiblen Metall- oder Metalle¬ gierungs-Komponente besteht.2. Composite material according to claim 1, so that the metallic phase (2) consists of a high-strength biocompatible metal or metal alloy component.
3. Kompositwerkstoff nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der bioaktive Werkstoff (3) aus mindestens einer anorganisch-chemischen Kompo¬ nente besteht.3. Composite material according to claim 1, so that the bioactive material (3) consists of at least one inorganic-chemical component.
4. Kompositwerkstoff nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der bioaktive Werkstoff (3) in partikulärer Form im Größenbereich von 5 bis 1000 μm, vorzugsweise von 50 bis 500 μm, in der metalli¬ schen Phase (2) vorliegt. 4. Composite material according to at least one of the preceding claims, characterized in that the bioactive material (3) is in particulate form in the size range from 5 to 1000 microns, preferably from 50 to 500 microns, in the metallic phase (2).
5. Kompositwerkstoff nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der bioaktive Werkstoff (3) in Form kompakter dreidimensionaler Partikel vorliegt.5. Composite material according to claim 4, so that the bioactive material (3) is in the form of compact three-dimensional particles.
6. Kompositwerkstoff nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der bioaktive Werkstoff (3) in Form eindimensionaler - beispielsweise nadel- oder faserförmiger - Partikel vorliegt.6. Composite material according to claim 4, that the bioactive material (3) is in the form of one-dimensional - for example needle-like or fibrous - particles.
7. Kompositwerkstoff nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Volumenverhältnis der metallischen Phase (2) zur bioaktiven Phase (3) zwischen 95:5 und 5:95 Vol.-%, vorzugsweise zwischen 70:30 und 30:70 Vol.-%, beträgt.7. Composite material according to at least one of the preceding claims, characterized in that the volume ratio of the metallic phase (2) to the bioactive phase (3) between 95: 5 and 5:95 vol .-%, preferably between 70:30 and 30:70 vol .-%.
8. Kompositwerkstoff nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die metallische Phase (2) aus Titan und/oder mindestens einer Titan¬ legierung besteht.8. Composite material according to at least one of the preceding claims, that the metallic phase (2) consists of titanium and / or at least one titanium alloy.
9. Kompositwerkstoff nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Titan-Legierung TiAIV oder TiAIFe ist.9. Composite material according to at least one of the preceding claims, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the titanium alloy is TiAIV or TiAIFe.
10. Kompositwerkstoff nach mindestns einem der Ansprüche 1 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die metallische Phase aus einer Co-Cr-Mo-Legierung, beispielsweise CoCrMo, besteht.10. Composite material according to at least one of claims 1 to 7, d a d u r c h g e k e n z e i c h n e t that the metallic phase consists of a Co-Cr-Mo alloy, for example CoCrMo.
11. Kompositwerkstoff nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der bioaktive Werkstoff (3) aus mindestens einem der nachfolgend aufgeführten Biomaterialien besteht:11. Composite material according to at least one of the preceding claims, that the bioactive material (3) consists of at least one of the biomaterials listed below:
Biogias, Bioglaskeramik, Apatit, Apatit-Sinterkeramik, Trikalcium- phosphat, Trikalciumphosphat- Keramik. Biogias, bioglass ceramics, apatite, apatite sintered ceramics, tricalcium phosphate, tricalcium phosphate ceramics.
12. Kompositwerkstoff nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß er eine Dichte aufweist, die der theoretischen Dichte beider Aus¬ gangskomponenten nach Maßgabe ihres jeweiligen Mischungsverhält- nisses entspricht.12. Composite material according to at least one of the preceding claims, that it has a density that corresponds to the theoretical density of both starting components in accordance with their respective mixing ratio.
13. Verfahren zur Herstellung eines Kompositwerkstoffs nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß ein aus einer pulverförmigen metallischen Komponente und mindestens einem partikulären Bioma- ι terial bestehendes, gut durchmischtes Ausgangsgemenge (4) in einem abgekapselten Reaktionsraum (5) einem isostatischen Pre߬ verfahren, gegebenenfalls unter zusätzlicher Anwendung erhöhter Temperatur, unterworfen wird.13. A method for producing a composite material according to at least one of the preceding claims, characterized in that a well-mixed starting mixture (4) consisting of a powdery metallic component and at least one particulate biomaterial ι material in an encapsulated reaction chamber (5) isostatic Pre߬ process, optionally with additional use of elevated temperature, is subjected.
14. Verfahren nach Anspruch 13, d a d u r c h g e - k e n n z e i c h n e t , daß die Verfahrensparameter Druck,14. The method according to claim 13, d a d u r c h g e - k e n n z e i c h n e t that the process parameters pressure
Temperatur und Zeit in Abhängigkeit von den jeweiligen Ausgangs¬ substanzen, den gewünschten Werkstoffeigenschaften sowie der jeweils verwendeten Kapseltechnologie frei variabel innerhalb der nachfolgenden Bereiche sind: Druck: 1 bis 4000 bar, vorzugsweise 50 bis 2000 bar;The temperature and time depending on the respective starting substances, the desired material properties and the capsule technology used in each case are freely variable within the following ranges: pressure: 1 to 4000 bar, preferably 50 to 2000 bar;
Temperatur: 20 bis 2000 °C, vorzugsweise 150 bis 900 °C; Zeit: ab 10 Minuten bis 50 Stunden, vorzugsweiseTemperature: 20 to 2000 ° C, preferably 150 to 900 ° C; Time: from 10 minutes to 50 hours, preferably
30 Minuten bis 12 Stunden.30 minutes to 12 hours.
15. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 13 und 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das gut durchmischte Pulver- bzw. partikuläre Ausgangsgemenge (4) in einen Kapselbehälter (6;7) gegeben wird, der unter Erzeugen eines Vakuums von mindestens 10 mbar hermetisch verschlossen und sodann dem isostatischen. Preßverfahren unterworfen wird. 15. The method according to at least one of claims 13 and 14, characterized in that the well-mixed powder or particulate starting mixture (4) is placed in a capsule container (6; 7) which is hermetically sealed to produce a vacuum of at least 10 mbar and then the isostatic. Pressing is subjected.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 und 15, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Kapsel¬ material aus Glas besteht und das hermetische Verschließen des Behälters (6) durch Zuschmelzen der Glaskapselöffnung (6a) er- folgt.16. The method according to any one of claims 13 and 15, so that the capsule material consists of glass and the container (6) is hermetically sealed by melting the glass capsule opening (6a).
17. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 13 bis 16, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Innen¬ wandung der Kapsel mit einem kontaktinerten, thermisch stabilen Trennmittel, vorzugsweise mit einer Bornitridpulver-Beschichtung, versehen wird.17. The method according to at least one of claims 13 to 16, so that the inner wall of the capsule is provided with a contact-inert, thermally stable release agent, preferably with a boron nitride powder coating.
18. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 13 bis 17, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das für den Kapselbehälter (6) verwendete Glas eine solche Kombination von physikalisch-chemischen Eigenschaften bezüglich dessen Transforma- tionstemperatur ( c) bzw. dessen Erweichungstemperatur (TE) sowie dessen linearen thermischen Ausdehnungskoeffizienten auf¬ weist, daß letzterer bei der für die Herstellung des Kompositwerk¬ stoffes ( 1 ) notwendigen Prozeßtemperatur ( Tp ) bereits im pla¬ stischen Verformungsbereich liegt, wobei jedoch die Erweichungs¬ temperatur (TV) noch nicht überschritten ist.18. The method according to at least one of claims 13 to 17, characterized in that the glass used for the capsule container (6) has such a combination of physicochemical properties with regard to its transformation temperature ( c ) or its softening temperature (T E ) and its linear thermal expansion coefficient shows that the latter is already in the plastic deformation range at the process temperature (T p ) required for the production of the composite material (1), but the softening temperature (TV) has not yet been exceeded.
19. Verfahren nach Anspruch 18, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Transformationstemperatur (Tc) zwischen 20 und 200 °C kleiner als die Prozeßtemperatur (T„ ) und die Erweichungstemperatur ( £) zwischen 20 und 200 °C größer als die Prozeßtemperatur (Tp ) ist, so daß gilt: TG < (20 bis 200 °C) als TRroz 19. The method according to claim 18, characterized in that the transformation temperature (T c ) between 20 and 200 ° C lower than the process temperature (T ") and the softening temperature ( £ ) between 20 and 200 ° C greater than the process temperature (T p ) is, so that: T G <(20 to 200 ° C) as T Rroz
TE > (20 bis 200 °C) als TprQZ . T E > (20 to 200 ° C) as T prQZ .
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 und 19, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß für die Ei¬ genschaftsparameter des Glases für dessen Kapselbehälter (6) bei einer Prozeßtemperatur (Tp ) von beispielsweise 680 °C gilt:20. The method according to any one of claims 18 and 19, characterized in that the following applies to the property parameters of the glass for its capsule container (6) at a process temperature (T p ) of, for example, 680 ° C:
5 TG < (U80 bis 660 °C-5 T G <(U80 to 660 ° C -
T£ > (700 bis 880 °C).T £ > (700 to 880 ° C).
21. Verfahren nach Anspruch 15, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t , daß das Kapselmaterial aus Metall (7) besteht.21. The method according to claim 15, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t that the capsule material consists of metal (7).
10 22. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 13 bis 21, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Kapsel¬ behälter (6; 7) eine ampullenartige, stark abgerundete Form auf¬ weist.22. The method according to at least one of claims 13 to 21, that the capsule container (6; 7) has an ampoule-like, strongly rounded shape.
23. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 und 22,23. The method according to any one of claims 21 and 22,
T5 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die KapselT5 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the capsule
(7) aus einem dünnwandigen, einseitig verschlossenen Rohr besteht, welches zusätzlich mit Längsnuten (8) auf dem Rohrmantel versehen ist, und daß als Kapselverschluß ein Metallstopfen (9) mit Evakuie¬ rungs-Rohr (9a) vorgesehen ist, der mittels Rundumverschweißung 0 eine vakuumdichte Abkapselung gewährleistet.(7) consists of a thin-walled tube which is closed on one side, which is additionally provided with longitudinal grooves (8) on the tube jacket, and that a metal stopper (9) with evacuation tube (9a) is provided as the capsule closure, which is sealed by means of all-round welding a vacuum-tight encapsulation is guaranteed.
24. Verwendung des Kompositwerkstoffs nach einem der vorher¬ gehenden Ansprüche als Vollmaterial (1) für die Herstellung von Prothesen (10; 14; 15) bzw. Prothesenteilen (10a-10d; 11,11a-11l).24. Use of the composite material according to one of the preceding claims as a solid material (1) for the production of prostheses (10; 14; 15) or prosthesis parts (10a-10d; 11,11a-11l).
25. Verwendung des Kompositwerkstoffs nach mindestens einem 5 der vorhergehenden Ansprüche als vollflächiges Beschichtungsma- terial (11k,11l;13) sowie des Herstellungsverfahrens als einstufiges Beschichtungsverfahren von metallischen und/oder keramischen Prothesen (10; 14; 15) bzw. Prothesenteilen (10a-10d; 11,11a-11l). 25. Use of the composite material according to at least one of the preceding 5 claims as a full-surface coating material (11k, 11l; 13) and the manufacturing method as a one-step coating method for metallic and / or ceramic prostheses (10; 14; 15) or prosthesis parts (10a- 10d; 11,11a-11l).
26. Beschichtungsverfahren nach Anspruch 25, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n. e t , daß eine hohl¬ raumfreie metallische und/oder keramische Prothese (10; 14; 15) bzw. ein derartiges Prothesenteil (10a-10d; 11,11a-11l)^ in einer Glas- kapsei (6) derart eingebracht und gehaltert wird, daß sich zwi¬ schen der zu beschichtenden Prothese (10; 14; 15) und der Innen¬ wandung der Glaskapsel (6) eine im wesentlichen allseits gleich große Distanz befindet, daß der in der Kapsel (6) verbleibende Zwischenraum sodann mit dem durchmischten pulverförmigen Aus- gangsgemenge (4) ausgefüllt, die Kapsel (6) danach hermetisch verschlossen und unter Vakuum gesetzt und schließlich dem iso¬ statischen Preßverfahren unterzogen wird.26. Coating method according to claim 25, characterized in that a hollow-free metallic and / or ceramic prosthesis (10; 14; 15) or such a prosthesis part (10a-10d; 11,11a-11l) ^ in a glass - Kapsei (6) is introduced and held in such a way that between the prosthesis (10; 14; 15) to be coated and the inner wall of the glass capsule (6) there is an essentially equally large distance on all sides that the The capsule (6) remaining space is then filled with the mixed powdered starting mixture (4), the capsule (6) then hermetically sealed and placed under vacuum and finally subjected to the isostatic pressing process.
27. Verwendung des Kompositwerkstoffs nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche als Vollmaterial zur Herstellung kompakter Einlagerungs-Formkörper (11;11a-11l) zum Einsetzen in geometrisch analoge Ausnehmungen (12; 12a-12f), die in den oberflächennahen Bereichen von Prothesen (10; 14; 15) bzw. Pro¬ thesenteilen (10a-10d; 11,11a-11l) vorgesehen sind bzw. einge¬ bracht werden, sowie des isostatischen Preßverfahrens zur Veranke- rung der eingepaßten Einlagerungs-Formkörper (11;11a-11l) in bzw. mit ihren entsprechenden Ausnehmungen (12;12a-12f ).27. Use of the composite material according to at least one of the preceding claims as a solid material for the production of compact molded insert bodies (11; 11a-11l) for insertion into geometrically analogous recesses (12; 12a-12f) which are in the regions of prostheses (10; 14; 15) or prosthesis parts (10a-10d; 11,11a-11l) are provided or introduced, as well as the isostatic pressing process for anchoring the fitted molded articles (11; 11a-11l) in or with their corresponding recesses (12; 12a-12f).
28. Verwendung nach Anspruch 27, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Einlagerungs-Formkörper28. Use according to claim 27, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the storage molded body
( 11 ; 11a— 11I) in Draufsicht Flächengeometrien mit linearen und/oder nicht-linearen Konturen aufweisen, die den jeweiligen Geometrien der Ausnehmungen (12;12a-12f) in den Oberflächenbereichen der zu bestückenden Prothesen (10;10a-10d;14;15) entsprechen.(11; 11a-11I) in plan view have surface geometries with linear and / or non-linear contours which correspond to the respective geometries of the recesses (12; 12a-12f) in the surface areas of the prostheses (10; 10a-10d; 14; 15) correspond.
29. Verwendung nach Anspruch 28, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Flächengeometrien einfachen geometrischen Formen, wie Kreisen (11b), Rechtecken (11a), Drei¬ ecken (11c), Rauten usw. entsprechen. 29. Use according to claim 28, characterized in that the surface geometries correspond to simple geometric shapes, such as circles (11b), rectangles (11a), triangles (11c), rhombuses, etc.
30. Verwendung nach mindestens einem der Ansprüche 27 bis 29, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Einlagerungs-Formkörper (11; 11a— 11h ) im Querschnitt eine linsen-, doppelhöcker-, mulden-, pyramidenstumpf- und/oder kegelstumpf- förmige bzw. eine Mehrfachrillen-Außenkontur aufweisen, wobei sie in ihren jeweiligen Verankerungsbereichen entweder form¬ schlüssig oder mit definiertem Aufmaß zum Zwecke eines thermischen Einschrumpf ens versehen sind.30. Use according to at least one of claims 27 to 29, characterized in that the shaped insert body (11; 11a-11h) in cross section a lens, double hump, trough, truncated pyramid and / or truncated cone-shaped or a multiple grooves - Have outer contour, in which they are either positively in their respective anchoring areas or are provided with a defined allowance for the purpose of thermal shrinking.
31. Anwendung des isostatischen Preßverfahrens nach mindestens einem der Ansprüche 13 bis 23 zum Ausfüllen von auf der Prothese31. Use of the isostatic pressing method according to at least one of claims 13 to 23 for filling in on the prosthesis
(10;10a) befindlichen Kerben, Rillen, Nuten (12d), Ringen (I2e) sowie sonstigen Oberflächenfehlern.(10; 10a) notches, grooves, grooves (12d), rings (I2e) and other surface defects.
32. Beschichtungsverfahren nach Anspruch 25, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß eine einen Hohlraum aufweisende metallische und/oder keramische Prothese bzw. ein entsprechendes Prothesenteil, beispielsweise ein rohr- oder hülsenförmiges Prothesenteil (10b), in der Weise außen- und/ oder innenbeschichtet wird, daß ein aus dem Kompositwerkstoff (1) vorgefertigtes Rohr (13) entsprechend der Wandstärken- und Durchmesser-Dimensionierung bei Außenbeschichtung auf die Hülse (10b) aufgeschoben bzw. bei Innenbeschichtung in die Hülse (10b) paßgenau hineingeschoben wird, daß diese umkleidete Prothesen- Hülse (10b) sodann in eine zweischalige Kapselform (7a) gebracht wird, so daß im Innen- und im Außenwandbereich der Hülsenfläche gleichermaßen eine isostatische Druckwirkung erzielt wird, daß die zweischalige, aus Innen- und Außenrohren bestehende Kapsel (7a) sodann verschlossen und unter Vakuum gesetzt wird und daß schließlich der eigentliche isostatische Preßprozeß zu einer allsei¬ tigen, dauerhaft festen Verschweißung der Kompositwerkstoff -Aus- kleidungen (13) mit der eigentlichen Prothesen-Hülse (10b) führt. 32. Coating method according to claim 25, characterized in that a cavity having a metallic and / or ceramic prosthesis or a corresponding prosthesis part, for example a tubular or sleeve-shaped prosthesis part (10b), is externally and / or internally coated in such a way that a tube (13) prefabricated from the composite material (1) corresponding to the wall thickness and diameter dimensioning with outer coating is pushed onto the sleeve (10b) or with the inner coating is pushed into the sleeve (10b) with a precise fit that this covered prosthesis sleeve (10b ) is then brought into a double-shell capsule shape (7a), so that an isostatic pressure effect is achieved in the inner and outer wall area of the sleeve surface, so that the double-shell capsule (7a) consisting of inner and outer tubes is then closed and placed under vacuum and that, finally, the actual isostatic pressing process into one i¬ term, permanently firm welding of the composite material linings (13) with the actual prosthesis sleeve (10b).
33. Verwendung des Kompositwerkstoffs als mit einer Rille (17) versehenen Platte (10d) einer Gerad- oder Schiefschaft-Gehörknö¬ chelchenprothese (14 bzw. 15), wobei der Schaft (10c) aus bio¬ kompatiblem Metall- oder Keramikmaterial (16) besteht. 33. Use of the composite material as a plate (10d), provided with a groove (17), of a straight or oblique ossicular prosthesis (14 or 15), the shaft (10c) made of bio-compatible metal or ceramic material (16) consists.
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Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3723650A1 (en) * 1987-07-17 1989-01-26 Krupp Gmbh METHOD FOR COATING TITANIUM AND TITANIUM ALLOYS
DE8716607U1 (en) * 1987-12-14 1989-01-12 Mecron Medizinische Produkte GmbH, 12277 Berlin Implantable prosthesis
SE465064B (en) * 1988-06-14 1991-07-22 Idea Ab IMPLANT AND MAKE IT MANUFACTURED
DD282180A5 (en) * 1989-03-03 1990-09-05 Univ Schiller Jena PROCESS FOR THE PRODUCTION OF BIOACTIVELY AND MECHANICALLY HIGHLY BELATIBLE IMPLANTS
FR2651439B1 (en) * 1989-09-06 1994-09-23 Fbfc International Sa Nv BIOREACTIVE MATERIAL FOR PROSTHESIS OR COMPOSITE IMPLANTS.
AT393953B (en) * 1990-09-07 1992-01-10 David Thomas ENDOPROTHESIS
DE4101526A1 (en) * 1990-12-19 1992-07-02 Haerle Anton Bone substitute for repairing bone defects and distractions - consists of two components, one to provide mechanical strength, the other promoting osteo-conductive action
ES2088690T3 (en) * 1990-12-19 1996-08-16 Harle Anton PROCEDURE FOR THE MANUFACTURE OF A MEDICAL IMPLANT AND IMPLANT MADE IN ACCORDANCE WITH SUCH PROCEDURE.
EP0525210A4 (en) * 1991-02-20 1993-07-28 Tdk Corporation Composite bio-implant and production method therefor
US5769897A (en) * 1991-12-13 1998-06-23 Haerle; Anton Synthetic bone
JPH06205794A (en) * 1993-01-11 1994-07-26 Tdk Corp Composite implant to living body and its manufacture
FR2706280B1 (en) * 1993-06-17 1995-07-28 Gauthier Marie Corinne Osteosynthesis material consisting of elongated metal parts, such as rods or staples, and method of manufacturing this material.
DE10360813A1 (en) * 2003-12-23 2005-07-28 Universität Hamburg Hydroxylapatite-metal composite and a method for its production
US8168294B2 (en) 2004-05-04 2012-05-01 Tibone Limited Composite
US8562346B2 (en) 2005-08-30 2013-10-22 Zimmer Dental, Inc. Dental implant for a jaw with reduced bone volume and improved osseointegration features
DE112007003309B4 (en) * 2006-11-27 2013-02-07 Berthold Nies Bone implant and set for the production of bone implants and its use
US11951548B2 (en) 2019-06-20 2024-04-09 Hiptec As Method for manufacturing a metal based component comprising a protrusion

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2546824C2 (en) * 1975-10-18 1986-05-07 Ernst Leitz Wetzlar Gmbh, 6330 Wetzlar Coated endoprosthesis and process for their manufacture
DE2827529C2 (en) * 1978-06-23 1982-09-30 Battelle-Institut E.V., 6000 Frankfurt Implantable bone replacement material consisting of a metal core and bioactive, sintered calcium phosphate ceramic particles and a process for its production
DE2857621C2 (en) * 1978-06-23 1988-03-31 Battelle-Institut Ev, 6000 Frankfurt, De
DE2928007A1 (en) * 1979-07-11 1981-01-15 Riess Guido Dr BONE IMPLANT BODY FOR PROSTHESES AND BONE CONNECTORS AND METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF
DE3211209A1 (en) * 1982-03-26 1983-11-17 Ernst Leitz Wetzlar Gmbh, 6330 Wetzlar OWN BONE PROSTHESIS AND METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF
DE3447583A1 (en) * 1984-12-28 1986-07-10 Battelle-Institut E.V., 6000 Frankfurt METHOD FOR PRODUCING IMPLANTABLE BONE REPLACEMENT MATERIALS

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO8706842A1 *

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Publication number Publication date
JPS63503283A (en) 1988-12-02
WO1987006842A1 (en) 1987-11-19
DE3615732A1 (en) 1987-11-12

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