Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania elementów na implanty chirurgiczne ze szkla biologioznie obojetnego dla organizmu ludzkiego.Znane sa sposoby wytwarzania elementów na implanty chirurgiczne z tworzyw mono tlenko¬ wy oh f takich jak ceramika korundowa i ceramika rutylowa. Detale wytwarza sie tu klasyczny¬ mi technikami ceramicznymi z proszków przez formowanie, spiekanie, szlifowanie i polerowa¬ nie powierzchniowe• Otrzymane tymi sposobami tworzywo jest porowate o niejednorodnej mikro¬ strukturze* Powoduje to zmniejszenie zywotnosoi wytrzymalosciowej wykonanych z niego deta¬ li, które praeuja w warunkach dlugotrwalej eksploatacji obciazeniowej* Elementy wykonane znanymi sposobami wymagaja kosztownej obróbki szlifiersko-polerskiej* W czasie tej obróbki detale sa poddawane naciskom i szokom termioznym oo powoduje powstawanie niewidocznych mi¬ tr o spekan na granioy ziaren krystalicznych w strefie przypowierzchniowej wyrobu* Mimo wyso¬ kiej odpornosci korozyjnej ceramicznych tworzyw korundowych 1 rutylowyoh stanowi to poten¬ cjalne zagrozenie powolnej propagacji spekan w glab elementu protezy podozas jej eksploa¬ tacji w warunkach meohanicznego obciazenia i tarcia w obecnosci srodowiska wodnego jakim sa sole fizjologiczne* Celem wynalazku bylo opracowanie sposobu wytwarzania elementów na implanty chirurgiczne o wysokiej odpór nosoi na scieranie, udary i naprezenia scinajaoe jednoozesnie obojetnych biologioznie dla organizmu ludzkiego* W toku badan stwierdzono, ze ksztaltki wytworzone ze szkla o odpowiednio dobranej kom- pozyoji, zawierajacego pierwotna lub wtórne zarodki krystalizacji inicjujace w toku wtórnej obróbki oieplnej lub fotochemicznej 1 cieplnej proces dewitryfikacji, spelniaja wyzej wy¬ mienione wymagania* Jako inicjatory krystalizaoji moga byó stosowane dodatki soli lub tlen¬ ków metali jak: Ag, Au, Cu, Pt, Ti, Zr, Zn, Mg, Cd, a takze zwiazki fluoru lub fosforu* Po¬ woduja one dewitryfikaoje ezkla w calej objetosci do stanu krystalicznego dajao budowe mi-* krokrystallozna o wielkosoi krysztalów do 5 um.2 134 942 Jako szkla wyjsciowe zastosowano szkla z ukladów Me20-Al20i-Si02 * MeO^Al20*-Si02 lub ioh kombinacje, które to szkla nie zawieraja skladników szkodliwych dla organizmu ludzkie¬ go. Jako Me20 uzyto LipO zas jako MeO uzyto CaO i MgO dajace w wyniku dewitryfikaoji two¬ rzywa piroksenowe lub skaleniowo-piroksenowe z glównymi skladnikami krystalicznymi w posta- oi: spodumenu, petalitu, diopsydu, enstatytu, wolastanitu, kordierytu i anortytu oraz kwar- ou, trydymitu i krystabalitu.Sposób wytwarzania elementów na implanty chirurgiczne ze szkla wedlug wynalazku polega na tymf ze do kompozycji szklanej zawierajacej 40 - 70% 3i02f 5 - 35% Al^, 0,1-39% CaO i/lub MgO, 0,1 - 15% Li20 i/lub KgO i/lub Na20 wprowadza sie ponad sume 100% wagowych powyz¬ szej kompozycji, dodatki takie jak 0,1 - 12% Ti02 i/lub 0,1 - 6% P i/lab 0,1 - 6% P20?. Ma¬ se zarabia sie 1 homogenizuje znanymi sposobami, poddaje sie wstepnej obróbce oieplnej sta¬ piajac ja u? temperaturze 1600 - 1900 K i formuje sie z niej ksztaltki przez wylewanie lub tloczenie do odpowiednich form* Detale po odprezeniu poddaje sie wtórnej dwustopniowej ob¬ róbce oieplnej polegajacej na wygrzewaniu ioh w temperaturze ponizej 1000 K przez 2-3 go¬ dziny, po czym podniesieniu temperatury z predkoscia 1-3 K/min* do wart os oi powyzej 1100 K i utrzymaniu tej wartosoi przez okres 1-3 godzin, a nastepnie uzyskane detale poleruje sie mikroproszkami do odpowiedniej chropowatosoi.Wprowadzony do kompozyoji szkla wyjsoiowego tlenek tytanu T102 stanowi zarodek krysta¬ lizacji i wohodzi w strukture innych krysztalów wywolujac dodatkowa krystalizaoje sfenu za¬ pewniajac tym odpowiednia wytrzymalosc detali. Dodany fluor P wohodzi w strukture krysztalów w miejsce tlenu obnizajao przez to temperature dewitryfikaoji, oo umozliwia otrzymanie kry¬ sztalów ponizej 1 judu Tlenek fosforu ?20c wystepujao razem z Al20z zapewnia elektroneutral- nosc i monominoralnosó uzyskanego tworzywa, W czasie wstepnej obróbki cieplnej uzyskuje sie ujednorodnlenie kompozyoji szklanej. W toku wtórnej obróbki cieplnej, prowadzonej przy odpo¬ wiednio dobranych parametraoh teohnioznyoh jej przebiegu, otrzymuje sie pelna objetosciowa krystalizaoje osiagajac tym pelna dewltryfikaoje uzyskanego tworzywa. Tak przeprowadzona dewitryflkaoja pozwala zapewnic 2% skurczliwosó wymiarów wytwarzanych detali. Wytworzone de¬ tale po wtórnej obróboe nie wymagaja szlifowania, lecz sa jedynie polerowane mikroproszkami w srodowisku soli fizjologicznych.Sposób wedlug wynalazku jest wielokrotnie krótszy i technologioznie prostszy niz znane sposoby ceramiczne stosowane dotychczas.Detale na Implanty chirurgiczne uzyskane sposobem wedlug wynalazku obojetne biologicz¬ nie dla organizmu ludzkiego sa wytrzymale mechanicznie, zwlaszcza odznaczaja sie wysoka wy¬ trzymaloscia na zlamanie i wysoka odpornoscia na scieranie oraz sa chemicznie rezystywne.Ciezar detali uzyskanych sposobem wedlug wynalazku w porównaniu z detalami z ceramiki korun¬ dowej lub rutylowej jest o 25% mniejszy, zas ich skurczliwosó wymiarowa w procesie wytwarza¬ nia jest 8 krotnie mniejsza. Dzieki malej skurczliwosci detale wykonywane sposobem wedlug wynalazku moga byc preoyzyjnie zaprojektowane wymiarowo. Umozliwia to wykonywanie bardzo skomplikowanych detali jak np« stawu kolanowego lub stawu ramieniowego.Przyklad I. Szklo wyjsciowe o skladzie 60% - Si02, 6% - Al20,t 17,5% - CaO, 10,5% - UgOj 6% - lii20 rozdrobnione do wielkosoi ziarna 100 - 200 um uzupelnia sie dodatkiem fluoru wprowadzonego w postaoi 5% - ALP, ponad lOOZwagowych kompozycji wyjsciowej. Uzyskana mase miesza sie i topi w tyglu korundowym w temperaturze 1600 K klarujac ja przez okres 3 go¬ dzin. Nastepnie mase wlewa sie do formy grafitowej i odpreza sie w temperaturze 820 K, Ufor¬ mowane tak detale poddaje sie wtórnej dwustopniowej obróbce oieplnej wygrzewajac je przez okres 2 godzin w temperaturze 973 K po ozym podnosi sie temperature z szybkoscia 2 K/min, do wartosoi 1150 K i utrzymuje sie ja przez okres 2 godzin. Otrzymuje sie detale o powierz¬ chni gladkiej, o dobrze odwzorowanych ksztaltach 1 parametraoh technicznych przedstawionyoh w zalaozonej ponizej tablicy - kolumna I, Przyklad II, Szklo wyjsciowe o skladzie 51,7% - Si02, 33t3% - Al^Dz? 12,6% - MgO, 2,4% - Li20 rozdrobnione jak w przykladzie I, uzupelnia sie dodatkiem fluoru wprowadzonego w postaci 35* - CaP2 oraz 12% - TiOg* Mase homogenizuje sie i topi w tyglu korundowym w ten-134 942 3 peraturze 1800 K klarujac Ja przez okres 6 godzin. Detale formuje sie i odpreza analogicz¬ nie Jak w przykladzie I. Uformowane detale poddaje sie wtórnej dwustopniowej obróbce ciep¬ lnej wygrzewajac je przez okres 3 godzin w temperaturze 1000 K. Nastepnie podnosi sie tem¬ perature z szybkoscia 2 k/min. do wartosoi 1300 K i utrzymuje sie przez okre9 3 godzin* Otrzymuje sie detale o powierzchni gladkiej, dobrze odwzorowanych ksztaltach i parametraoh technicznych przedstawionych równiez w zalaczonej tabeli - kolumna II.Przyklad III. Szklo wyjsciowe o skladzie 54* - Si02, 16JI - A120,, 135 - CaO, 7% - MgO, 10% - LipO rozdrobnione jak w przykladzie I uzupelnia sie dodatkiem fluoru F w postaoi 3* - CaPp oraz 3* - P20r. Uzyskana mase homogenizuje sie i topi w tyglu korundowym w temperaturze 1700 K klarujac ja przez okres 5 godzin. Detale formuje sie i odpreza analo¬ gicznie jak w przykladzie I. Nastepnie poddaje sie je wtórnej dwustopniowej obróbce cieplnej wygrzewajac przez okres 3 godzin w temperaturze 750 K, po czym temperature podnosi sie z szybkoscia 2 K/min. do wartosci 1150 K i utrzymuje sie przez okres 2 godzin* Otrzymuje sie detale o powierzchni gladkiej, o dobrze odwzorowanych ksztaltaoh i para¬ metrach teohnicznyoh przedstawionyoh w zalaczonej tabeli - kolumna III.Tabela ponizsza przedstawia parametry techniczne detali uzyskanych sposobem wedlug wy¬ nalazku, detali wytworzonych dotychczas z ceramiki oraz kosol ludzkich.Tabela I Parametry I techniczne Gestosc (g/oor) Twardosc MO2 N/mm2} Modul elastycz¬ nosci B f103 N/mm2} Wytrzymalosc na i zlamanie (N/mm2} Wytrzymalosc na sciskanie (N/mm2} Odpornosc na scie¬ ranie 3 i C meto¬ da Maokensena - (mm glebokosc) | - (po przelicze¬ niu na skale Mohsa} I Kolor Przelom Podstawowa faza krystaliozna Wielkosc i krysztalów I Elementy wytworzone ! wedlug wynalazku przyklad I 2fe ! 8,7 62 343 - 0,53 8,92 bialy matowy diopsyd 3 I przyklad II 2,9 11,2 130 320 - 0,42 9,01 bialy matowy kordie-\ ryt 2-4 I przyklad III 2,6 9,3 82 140 - 0,45 8,97 bialy matowy diopsyd spodu- 1 Elementy wytwarzane dotychozas ceramika korundowa A120, 3,9 20 350-380 300-500 5000 0,17-0,35 9,26-9,05 bialy matowy korund 3 [ stop Co 8f3 3-6 230 800-1400 - - ! Btop Ta 8 - 190 1100 - - U ¦ ¦ ' ' I poli¬ etylen 0,96 1-3 ! 1-1,3 - 18-25 - Hkosc ludzka 2 I 4-5 I 20-23 140 200 -4 134 942 Zastrzezenie patentowe Sposób wytwarzania elementów na implanty chirurgiczne ze szkla, znamienny tym, ze do kompozycji szklanej zawierajacej 40 - 70% Si02, 5 - 35% A12°3» °i1-35% CaO i/lub MgO, 0,1 - 15% Li20 i/lub K^O i/lub Na^O wprowadza sie, ponad sume 100% wagowych po¬ wyzszej kompozycji, dodatki takie jak 0,1 - 12% Ti02 i/lub 0,1 - 6% P i/lub 0,1 - 6% ^Oc, mase zarabia sie i homogenizuje znanymi sposobami, poddaje sie wstepnej obróbce cieplnej stapiajao ja w temperaturze 1600 - 1900 K i formuje sie z niej ksztaltki przez wylewanie lub tloczenie do odpowiednich form, które po odprezeniu poddaje sie wtórnej dwustopniowej obróbce oieplnej polegajacej na wygrzewaniu ich w temperaturze ponizej 1000 K przez okres 2-3 godzin, po ozym podniesieniu temperatury z predkoscia 1-3 K/min# do wartosci po¬ wyzej 1100 K i utrzymywaniu tej wartosoi przez okres 1-3 godzin, a nastepnie uzyskane wyroby poleruje sie mikroproazkami do odpowiedniej chropowatosci.Pracownia Poligraficzna UP PRL. Naklad 100 egz.Cena 100 zl. PLThe subject of the invention is a method of producing elements for surgical implants made of glass biologically inert to the human body. There are known methods of producing elements for surgical implants made of mono-oxide materials, such as alumina ceramics and rutile ceramics. The details are produced by classical ceramic techniques from powders by shaping, sintering, grinding and surface polishing. The material obtained by these methods is porous with a heterogeneous micro-structure. This reduces the service life of details made of it, which work in conditions of long-term stress operation * Elements made by known methods require expensive grinding and polishing treatment * During this treatment, the details are subjected to thermal pressure and shocks, which results in the formation of invisible mires and chipping on the grains of crystalline grains in the surface area of the product * Despite high resistance corrosion of ceramic alumina and rutile materials, it is a potential threat to the slow propagation of cracks in the depths of the prosthesis element during its operation under the conditions of mechanical load and friction in the presence of an aqueous environment such as physiological salts. the method of manufacturing elements for surgical implants with high resistance to abrasion, strokes and stresses scinajaoe monoholes biologically inert for the human organism * In the course of the research it was found that the shapes made of glass with an appropriately selected composition, containing primary or secondary crystallization nuclei in the process secondary thermal or photochemical treatment and thermal devitrification process, meet the above-mentioned requirements * As crystallization initiators, the addition of salts or metal oxides such as: Ag, Au, Cu, Pt, Ti, Zr, Zn, Mg, Cd, as well as compounds of fluorine or phosphorus * They cause devitrification of the glass in its entire volume to the crystalline state give a microcrystalline structure with a crystal size of up to 5 µm. 2 134 942 As starting glasses were used glasses from MeO-Al20i-SiO2 systems * MeO ^ Al2O * -SiO2 or combinations, which glasses do not contain components harmful to the human body. As Me20, LipO was used, and as MeO, CaO and MgO were used, resulting in devitrification of pyroxene or feldspar-pyroxene plastics with the main crystalline components in the form of: podsumene, petalite, diopside, enstatite, wollastanite, cordierite and anortit, and quartzite, The method of producing elements for glass surgical implants according to the invention is based on a glass composition containing 40 - 70% 3iO 2f 5 - 35% Al 2, 0.1-39% CaO and / or MgO, 0.1 - 15% Li2O and / or KgO and / or Na2O are added over a total of 100% by weight of the above composition, additives such as 0.1-12% TiO2 and / or 0.1-6% P and / or 0.1b 6% P20 ?. Ma ¬ se is earned and homogenized by known methods, subjected to preliminary heat treatment by melting it? temperature of 1600 - 1900 K and it is formed into shapes by pouring or pressing into appropriate molds * Details after stress relief are subjected to a secondary two-stage heat treatment involving heating at a temperature below 1000 K for 2-3 hours, then lifting temperatures with a speed of 1-3 K / min * to the value of the axis above 1100 K and maintaining this value for a period of 1-3 hours, then the obtained details are polished with micropowders to the appropriate roughness. Titanium oxide T102 introduced into the composition of the original glass is a crystal nucleus It is oxidized and enters the structure of other crystals, causing additional crystallization of sphene, thus ensuring adequate strength of details. The added fluorine P flows into the crystal structure in place of oxygen, which lowers the devitrification temperature, o enables the obtaining of crystals below 1 judu. Phosphorus oxide? 20c occurs together with Al2Oz ensures electron neutrality and monomorality of the obtained material, during the initial heat treatment, homogeneity is obtained glass composite. In the course of secondary heat treatment, carried out with appropriately selected theological parameters of its course, a full volumetric crystallization is obtained, thus achieving complete devitrefaction of the material obtained. The devitryflkaoja carried out in this way allows to provide 2% shrinkage of the dimensions of the manufactured details. After secondary treatment, the discs produced do not require grinding, but are only polished with micropowders in the environment of physiological saline. The method according to the invention is many times shorter and technologically simpler than the known ceramic methods used so far. Details for surgical implants obtained with the method according to the invention are biologically neutral to of the human body are mechanically strong, in particular they are characterized by high fracture strength and abrasion resistance, and are chemically resistive. The weight of details obtained by the method according to the invention, compared to details made of corundum or rutile ceramics, is 25% smaller, while their The dimensional shrinkage in the manufacturing process is 8 times lower. Due to the low shrinkage, the details made by the method according to the invention can be precisely dimensioned. This enables the production of very complex details, such as, for example, the knee joint or the shoulder joint. Example I. Starting glass with the composition of 60% - Si02, 6% - Al20, t 17.5% - CaO, 10.5% - UgOj 6% - li20 100 - 200 µm crushed to the grain size is supplemented with the addition of fluoride introduced in the form of 5% - ALP, over 100 wt.% of the initial composition. The resulting mass is mixed and melted in a corundum crucible at a temperature of 1600 K, clarifying it for a period of 3 hours. Then the mass is poured into a graphite mold and relaxed at the temperature of 820 K. The details formed in this way are subjected to a secondary two-stage heat treatment by heating them for a period of 2 hours at a temperature of 973 K, after which the temperature is raised at a rate of 2 K / min, to the value of 1150 K and is maintained for 2 hours. One obtains details with a smooth surface, with well-mapped shapes and technical parameters presented in the table below - column I, Example II, starting glass with the composition of 51.7% - SiO2, 33t3% - Al. Dz. 12.6% - MgO, 2.4% - Li20, ground as in example I, supplemented with the addition of fluorine introduced in the form of 35 * - CaP2 and 12% - TiOg * The mass is homogenized and melted in a corundum crucible in this form. 1800 K clarifying it for a period of 6 hours. The details are formed and relaxed in the same way as in Example 1. The formed details are subjected to a secondary two-stage heat treatment by heating them for a period of 3 hours at a temperature of 1000 K. Then the temperature is increased at a rate of 2 k / min. to a value of 1300 K and lasts for 3 hours * You get details with a smooth surface, well reproduced shapes and technical parameters also presented in the attached table - column II. Example III. The starting glass with the composition of 54 * - SiO2, 16JI - A120, 135 - CaO, 7% - MgO, 10% - LipO, fragmented as in example I, is supplemented with the addition of fluoride F in the form of 3 * - CaPp and 3 * - P20r. The obtained mass is homogenized and melted in a corundum crucible at the temperature of 1700 K, clarifying it for 5 hours. Details are formed and relaxed in the same way as in example I. Then they are subjected to a secondary two-stage heat treatment by heating for 3 hours at a temperature of 750 K, and then the temperature rises at a rate of 2 K / min. to the value of 1150 K and lasts for 2 hours * You get details with a smooth surface, with well-mapped shapes and theoretical parameters presented in the attached table - column III. The table below shows the technical parameters of the details obtained by the method according to the invention, details so far made of ceramics and human bone. Table I Technical parameters Density (g / oor) Hardness MO2 N / mm2} Modulus of elasticity B f103 N / mm2} Strength and breaking (N / mm2} Compressive strength (N / mm2} Abrasion resistance 3 and C Maokensen method - (mm depth) | - (converted to Mohs scale) I Color Breakthrough Basic crystalline phase Size of crystals I Elements manufactured according to the invention example I 2fe! 8 , 7 62 343 - 0.53 8.92 white matte diopside 3 I example II 2.9 11.2 130 320 - 0.42 9.01 mat white cordier- \ r.2-4 I example III 2.6 9, 3 82 140 - 0.45 8.97 white matte diopsoid bottom - 1 Items manufactured for the period alumina ceramics A120, 3.9 20 350-380 300-500 5000 0.17-0.35 9.26-9.05 white matt corundum 3 [Co alloy 8f3 3-6 230 800-1400 - -! Btop Ta 8 - 190 1100 - - U ¦ ¦ '' I polyethylene 0.96 1-3! 1-1.3 - 18-25 - Human bone 2 I 4-5 I 20-23 140 200 -4 134 942 Patent claim A method of manufacturing elements for surgical implants made of glass, characterized in that for a glass composition containing 40 - 70% SiO2, 5-35% A12 ° 3% and 1-35% CaO and / or MgO, 0.1-15% Li2O and / or K2O and / or Na2O are introduced, more than 100% by weight of of the above composition, additives such as 0.1 - 12% TiO 2 and / or 0.1 - 6% P and / or 0.1 - 6% C, the mass is prepared and homogenized by known methods, subjected to a preliminary heat treatment, melting at a temperature of 1600 - 1900 K and formed into shapes by pouring or pressing into appropriate molds, which, after depressurization, are subjected to a secondary two-stage thermal treatment consisting of heating them at a temperature below 1000 K for a period of 2-3 hours, after raising the temperature from speed of 1-3 K / min # up to a value above 1100 K and keeping this value for a period of 1-3 hours, then the obtained products are polished with micro-dusts to suit Poor roughness. Printing studio of the Polish People's Republic. Mintage 100 copies Price PLN 100. PL