TW558460B

TW558460B - A method of producing a multilayer body by coalescence and the multilayer body produced

Info

Publication number: TW558460B
Application number: TW090118169A
Authority: TW
Inventors: Kent Olsson; Jianguo Li
Original assignee: Ck Man Ab Ub
Priority date: 2000-07-25
Filing date: 2001-07-25
Publication date: 2003-10-21
Also published as: NO20030388L; PL365560A1; ZA200301478B; EP1417057A1; NO20030389L; NO20030390D0; KR20030023715A; EP1399599A1; NO20030388D0; BR0112749A; WO2002008478A1; ZA200301474B; AU2001282737A1; EP1385660A1; MXPA03001664A; US20040164442A1; ZA200301473B; TW509603B; PL365534A1; CA2417095A1

Description

558460 A7 _B7_ 五、發明説明（1 ) 本發明係關於一種藉由聚結作用來製造一多層體之方法以及所製成之多層體。 (請先閲讀像面之注兔事項再填寫本頁) 習知技藝的敘述在WO-A 1-9700751文件中，描述一種衝壓機及一種使用該衝壓機切割棒桿的方法，該文件亦描述使一個金屬體產生變形的一種方法，該方法係利用該文件所述之機器’並且’该方法之特徵在於較佳地固定一種固態型式或是諸如丸片、顆粒及此等相似物之粉粒型式的金屬材料於一模型、支架或是此等相似物的末端；該方法之另一個特徵在於藉由一個諸如衝擊體的衝擊單元，使得該材料接受絕熱的聚結作用，該衝擊體動作係受到一液體的影響，該機器被完整地描述於該W 0文件中。在WO-A 1-970075 1文件中’描述諸如球狀體之组件的成形，一種金屬粉末施加於一分為兩部份之工具上，且該粉末的施加係通過一個連接管，較佳地為使金屬粉末氣霧化’為了影響附於該球狀模型之材料’令一通過該連接管之棒桿接受來自該衝壓機的衝擊’然而根據該方法’並未顯示任何具體實施例以載明如何製造一多層體的特定參數。根據該文件之壓製過程，係以諸如三階段之數個步驟來進行，此等步驟以非常快速的方式來進行，且三個衝程以如下所述來進行。衝程1 : 一極輕的衝擊，其迫使大部份的氣體離開該本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） 558460 A7 B7 五、發明説明（: 粉末，並調整該等粉末粒子的方 J万向以確定沒有明顯的不規則。衝程2: 一具有非常高能量密度和高衝壓速度的衝擊’用於該等粉末粒子之局部％熱的聚結作用，以使得該㈣末粒子間互相擠壓㈠極高之密度，每 -粒子局部溫度的增加係依該衝擊過程變形的程度而定。衝程3: _具有中-高能量和高接觸能量的衝擊以實質地壓製材料體的最終成形，而後經衝壓之材料體可被燒結。在瑞典專利第9803956-3號中，說明用於一材料體之變形的一種方法和一種裝置，實質上其為描述於 WO-A1 -970075 1文件之發明的延伸根據瑞典說明書中之方法，藉由如此的一個速度，可令該衝擊單元到達該材料，以致產生至少一次該衝擊單元的反彈衝擊，其中該反彈衝擊的反作用力可產生至少另一次該衝擊單元的衝程。根據該件WO文件之方，法的衝程係造成該材料内局邛之極南溫度的增加，在加熱或冷卻期間，溫度的變化會導致該材料内部的相改變，當使用反彈衝擊的反作用力並且產生至少另一衝程時，該衝程會造成來回進行的波動’且該波動係藉由第一次衝程的動能所產生，該衝程在一較長之期間内持續進行，如此會造成该材料進一步地變形，且具有較無反作用力時所本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背*面之注意#項再填寫本頁) 訂— 558460 A7 ^------------B7 五、發明說明（3 ) 需者更低之脈衝；目前已知，依據此等文件中所提及的機器並未有很好的運作，例如，它們提到之衝擊間的間隔時間不可能獲得，再者，該文件並未包含任何實施例以顯示一可實行之多層體。本發明之目的本發明之目的係為在一低成本下，達到有效率製造多層體產物的方法，此等產物可為諸如用於整型外科手術、儀器或診斷設備的醫學用植入物或骨膠結物之醫學用裝置，以及諸如工具、絕緣體材料應用、坩堝、霧化喷射器、管、切割緣、接合環、軸承和引擎零件之非醫學用裝置，另一目的係為達到該方法所製成之多層產物。多層體一詞在此的使用係為了定義由不同部份互相整合在一起的一種產物，這些部份可以為板層的型式或是其他合適的型式以提供不同的部份可緊密地接合在一起，一部份可具有凸起的表面以和另一部份之凹入的表面接合，不同之多層體產物的實例可見於第2a至2f圖’該不同的部份可為相同材料或不同型態的材料所製成，可將一陶瓷材料與一聚合體材料層結合’亦可將一多層體產物與不同的聚合體層或部份結合。相較於先前文件所述之方法，亦可於一更低速度下進行該新方法，再者，該方法應不僅限於使用上述之機器。本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） (請先閱讀t面之注意事項再填寫本頁) •訂— -%· 558460 A7 ------------Β7_ 五、發明說明（4 ^ - —- 本發明之概述 :人驚岈的是，依據如申請專利範圍第！項之新方壓縮不同的多層體產物係為可行，該材料係為諸,粕末、丸片、顆粒及其相似之型式，並且經由至乂一次衝程的預壓製和壓縮，使得該材料填充於模型中’用於本方法之機器可為描述於 w〇-ai-970075 1 和 SE9803956_3 中者。、侬據本發明之方法，係利用該衝擊機中的液壓系、先 w亥機器可為使用於WO-A1-970075 1和 SE9 8 03 9 5 6-3中者，當於機器中使用單一液壓構件夺可7忒衝擊單元產生如此之一個動作：衝壓於被壓縮之材料，該衝擊單元在足夠速度之下放射出足夠的能量以用於達成聚結作用，此聚結作用係為絕熱作用，一個衝程被快速地執行，關某些材料而言該材料的波動在 5-15亳秒之間衰退；相較於氣壓使用，該液壓使用亦提供一較佳之程序控制和較低之運作成本；一種彈簧作用的衝擊機使用上較為複雜，當該衝擊機與其他機器結合時，會造成設定時間的延長及不佳的彈性，因此依據本發明之方法可減少成本同時更容易地操作，最適當的機器具有一大的壓力以用於預·壓裝和後-壓製’及具有高速度之小的衝擊單元，因此，依據如此的一種結構之機器在使用上可能更令人感興趣’亦可使用不同的機器，一種機器用於預壓製和後壓製，另一種機器則用於壓縮。本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） f請先閱讀t^之注意事項再填寫本頁) 訂— 558460 A7 B7 五、發明説明（5 圖示簡要說明附圖 (請先閲讀背V面之注意事項再填寫本頁) 第1圖顯示一裝置之截面圖，該裝置係用於以粉末、丸片、顆粒及其相似物型式之材料的變形作用，第2a至2f圖顯示不同型式之多層體產物的結構，以及第3至4圖顯示描述於具體實施例中所獲得之結果。元件標號對照 1 ...... 材料體 2、3 ......衝擊單元 •、一t— 本發明之詳細敘述本發明係關於一種藉由聚結作用製造一多層體之方法’其中該方法包含以下步驟：昀以粉末、丸片、顆粒及其相似物型式之起始材料填充於一預壓製模型， b)至少一次預_壓製該材料，並且，〇經由至少—次衝擊，壓縮一壓縮模型中之节材料，其中-衝擊單元放射足夠之動能以形成該多層體’當衝擊嵌入於壓縮模型中之材料料的聚結作用；成°亥材 d)可在步驟&)，或在步驟…中壓製或是在步驟縮起始材料之後’至少另-種材料以粉末、丸片、本紙標準(⑽ 558460 A7 B7 五、發明説明（6 顆粒及其相似物型式被嵌入於模件中， e)如果需要’在至少另一種材料的嵌入之後，可進 (請先閲讀背\面之注意事項再填寫本頁) 行另一個預-壓製和/或壓縮的步驟。該預-壓製模型可相同於壓縮模型，此意謂該材料不需要被移動於步驟b)和c)之間，而亦可使用不同的模型，使得該材料移動於步驟b)和c)之間，即自該預壓製模型移到壓縮模型，此情況僅發生於當一種多層體形成於該預壓製步驟。 .、訂丨根據一個實施例，在嵌入第二種材料之前，第一種材料僅被預-壓製，其後，進行第二次的預_壓製且該多層材料被至少一次的衝程予以衝擊’以完成聚結作用並形成一個整合的產物，亦可在預-壓製或第 -種或起始材料之前’故人另—種材料或粉末型式的材料’在此實施例中，所有的材料壓製和衝擊在一起0 根據另-個實施例m種材料㈣末型式被嵌入’且二種材料為並排或是互相層疊，之後再進行預-壓製和衝擊。. 根據第三個實施例，第一艚妯、、弟種材枓被預-壓製和衝擊而製成為一個聚結元件，之德將 - 干t俊將4 7L件置於第二個模型中之第二種材料粉太的卜t ㈠兮笛/方或是被第二種材料所 %繞’该第一個元件和第-籀 _ 干矛第—種材枓—起被預-壓製且以一種聚結的衝程予以衝擊。在下面的說明中，任何祐描仕仃被描述的步驟可引述至一種本紙張尺錢财關家標準 558460 A7 B7 _ 五、發明説明(7 ~ " 〜---〜進仃於—層或多層產物的元件或數層或數製程。兀件的第1圖之裴置包含一個衝擊單元2，第!圖之材料係為叙末丸片、顆粒及其相似之型式，該裴置安排I 個衝擊單元3，具有強烈衝壓之衝擊單元3可使得該材料體1達成中度以及相對地強度的變形；本發明亦有關一種多層體的壓縮作用，其將被描述於下，在此種情況中，一種諸如固態均質多層體的固態材料體1會被放置於一模型中。衝擊單元2被設計為在重力作用下會加速以衝擊材料1，較佳者，衝擊單元2的質量m在本質上較大於材料1的質量，因此，對於衝擊單元2之高衝擊速度的而求可略為減少，當衝擊單元2衝擊在壓縮模型中之材料時’可令衝擊單元2打擊材料1，且衝擊單元2 放射足夠的動能以壓縮及成形該材料體，如此會引起一局部的聚結作用，俾以完成材料1之變形，材料 1之變形係為可塑的，因此亦為永久的，相同於衝擊單元2之衝壓方向的波動或是振動係產生自材料1 中’此等波動或是振動具有高動能，同時，會活化 5亥材料中的滑移面，亦會引起該粉末之丸片的相對移位’該聚結作用可能為一種絕熱的聚結作用，溫度之局部增加會造成該材料的點熔接（粒間熔解），因而增加該材料的密度。預-壓製為非常重要的步驟，此步驟之進行是為了驅本紙張尺度適用中國國家檩準（CNS) A4規格（210X297公釐） -10- (請先閲讀背，面之注意事項再填寫本頁) 訂丨 558460 A7 __B7_ 五、發明説明（8 ) 除氣體及調整材料中粒子的方向，預-壓製步驟遠慢於壓縮步驟，因此，預-壓製步驟較易於驅除氣體，極快速進行的壓縮步驟並不具有驅除氣體之相同的可能性，在此情況下，氣體會附於經製造之多層體内，這是一種缺點；在足以獲得最大壓緊粒子之程度的最小壓力下來執行該預-壓製步驟，以造成粒子間之一最大的接觸表面；此步驟係決定於材料而且視該材料之軟度和熔點而定。實施例中之預-壓製步驟係藉由壓製約1 1 7680 N之軸向負載來執行，此步驟進行於預-壓製模型或是最終模型中；根據本說明書中之實施例，此步驟於一圓柱體模型中進行，該圓柱體模型係為該工具的一部分，並且具有一 30 mm直徑的圓形截面及約7 cm2 截面面積，此意謂使用約1.7 xlO8 N/m2的壓力，就羥磷灰石而言，此材料在一至少約0.25X108 N/m2之壓力下可被預-壓製，較佳者為一至少約0.6x1 08 N/m2 之壓力，所需或是較佳之使用的預·壓製壓力依材料而定，就一較軟的多層物而言，約0.2xl08 N/m2之壓力就足以壓製，其他可行之數值為l.OxlO8 N/m2、 1.5 xlO8 N/m2,本說明書中進行之研究係於氣相和室溫下進行，因此，該研究所獲得之所有的數值係於氣相和室溫下完成，假若使用真空或是加熱的材料，可使用較低之壓力。該圓柱體的高度為60 mm，本專利申請範圍中所意指的衝擊面積為作用於模型 -11- (請先閲讀¾面之注袁事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） 558460

五、發明説明（9 中材料之衝擊單元的圓形截面面積，本說明書中之衝擊面積係為該戴面面積。 (請先閲讀t面之注意事項再填寫本頁) 本專利申請範圍中亦有關實施例中所使用的圓柱體模型’該模型中，衝擊面積的面積和圓柱體模型之戴面區域的面積係為相同，然而，可使用諸如圓形模型之其他結構的模型，在此類的模型中，該衝擊面積會小於圓柱體模型的截面面積。本發明進一步包含藉由聚結作用產生一多層體的方法’其中該方法包含經由至少一次衝程，壓縮一壓縮模型中之固態多層體形式的材料（例如可完成用於特殊應用之特定密度的多層體），其中一個衝擊單兀放射足夠之能量以造成多層體中材料的聚結作用’該材料中之一局部溫度明顯增加的期間，滑移面會被活化；該方法亦包含變形該多層體的方法。根據本發明之方法可被描述為如下的方式： (1)粉末經壓製成為一壓坯本體，藉由衝壓該本體將之壓縮成為一（半）固態多層體，之後經由一後壓製’一能量可被保持於該多層體中，可被描述為「動態鍛造衝壓能量保持性」（DFIER)的製程涉及三個主要步驟： a)壓製该壓製步驟非常相似於冷和熱壓製，目的是要自粉末獲得一壓埋本體，進行二次該粉末的壓製可獲得最大效益，僅一次的壓製比二次連續的壓製減少約2 -12- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公爱）五、發明説明（10 ) 至3%的密度，奸牛 &此步驟係於有效益之方式下，藉由氣 … 為整粉末粒子之方向來作為粉末的製備’该壓链本體所豐 + 壓製。而之畨度值相同於一般的冷和熱 b)衝壓錢壓步驟為真正的高速步驟，其中—個衝擊單元於丄界疋面積衝擊該粉末，於粉末中的材料波動啟動’並且粉末粒子間發生粒間熔解，衝擊單元的速2僅於一開始非常短暫的時間内可能具有一重要功此，粉末的質量和材料的特性依發生粒間熔解範圍而定。 c)能量的保持該能量保持步驟的目的係要保持固態體内部所產生之經釋放的能量，物理性的壓製具有至少與預-壓製相同的壓力，結果為使得所製造之多層體增加12% 之密度’在衝壓和壓製至少相同於預-壓製的壓力之後’藉由使得該衝擊單元留置於固態多層體中，進行該能量保持步驟，或在衝壓步驟之後釋出，此概念為將會有愈多該粉末的轉形發生在所製造的多層體中。依據該方法，於一具有氣體及室溫的7cm2衝擊面積的一圓柱體工具中，壓縮衝程放射一相當於至少100 Nm之總能量，其他總能量值可為至少300、600、 1000 ' 1500 〜2000> 2500、3000 和 3500 Nm，亦可使 -13- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） 558460 A7 B7 五、發明説明（11 ) 用至少10000和20000 Nm的能量值，有一種新機，其一衝程中具有可衝擊6 0 000 Nm的容量，當然亦可使用如此高的數值，且如果使用數個如此的衝擊，總能量可達數100000 Nm，能量值依所使用的材料而定’並且所產生之多層體可使用於如此之應用，用於一種材料之不同能量數值將得到該材料體不同的相對密度，愈高的能量數值可獲得愈高密度的材料’不同的材料將需要不同的數值以得到相同密度，此決定於諸如該材料的硬度或熔點等。根據本方法，於一具有氣體及室溫的7cm2衝擊面積的一圓柱體工具中，衝擊衝程放射相當於至少5 Nm/g的每單位質量之能量，其他每單位質量之能量可至少為 20 Nm/g、50Nm/g、100Nm/g、15〇]Sim/g、 200Nm/g、250Nm/g、35〇Nm/g 和 450Nm/g，態樣的質量和為達到某相對密度所需之能量呈線性關係，然而對於某些材料而言，相對密度係為總衝壓能量的一個函數。适些數值係依所使用的材料而定，一熟習此藝者將可測試何種數值下質量的相關性為有效的，且何時為質S非相關性。月&量值需經修正，並且適應模型之型式和構造，如果模型為圓形，則需要另一種能量，在上述所獲得之數值的幫助和引導下，熟習此藝者將可測試何種能量為一種特殊型式所需要的，能量值係依將使用 (請先閲讀背"面之注意事項再填寫本頁)

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發明説明何種多層體於諸如 7種所要的相對密度、模型之立體構型和材料的纟主& (請先閲讀背*面之注意*事項再填寫本頁) 特性而定，當衝擊單元衝擊已嵌入壓縮模型中的材料時，一 ^ ^ 子該衝擊早兀必須放射足夠的動月b以形成一種客馬触 . ^體’愈面之衝程速度將導致愈多的振動、验早, 子間增加的磨擦力、增加的局部熱和增加的材料粒間熔解， ' 愈大的衝擊面積將導致愈多的振動，相比於該好姐材枓有一個限制為將傳遞愈多的能量到該工具，u μ 、因此，该材料之高度亦有一最適值。 .訂— 當用於-種多層產物的粉末被嵌入至一個模型中，並且㈣—個衝擊單元衝擊該材料時，會於粉末材料中疋成-個聚結作用且該材料將會浮動，可能的解釋係為，當該衝擊單元自材料體或是模型中的材料反彈時，該材料中的聚结作用、 Ύ 丁丙取、、，口 ^用係產生於來回進行的波動，此等波動歸因於該材料體内的動能由於能量的傳遞，形成一局部溫度增加，並使得粒子軟化、變形，且粒子的表面將會熔解，該粒子間之‘ 解會使得該粒子再度.固化一 & ’而獲得緻密的材料’此亦影響該多層體表面的平滑度，愈多的材料藉由該聚結技術被壓縮，可獲得俞早、、典处丁 β的表面；該材料的多孔性和表面亦受到該方法的影響，如果所要的為一種多孔的表面或是多孔的多 J夕層體，該材料的廢縮程度應不會多於較少之多孔表面或是多孔多層體的壓縮程度。 •15- 558460 A7 B7 五、發明說明（13 別之衝擊會影響材料的方向、氣體驅除、前鑄模、至聚結作用、工具填充及最後的計算，過去已經注意到來回進行之波動必須行進於該衝擊單元的方向， 1如經由衝擊單元被打擊的材料體表面到置於該模型底部的表面，然後回返。如上所述之關於能量轉形和波動之產生亦應用於一種，態體，本發明中，一固態體是一種已完成用於特定應用之目標密度的多層體。為了供給該衝壓所需之能量程度，在衝程過程中，該衝擊單元較佳為具有一至少〇·1 m/s或是至少15 m/s的速度，相較於習知的技術，可使用更低的速 : 為速度係依衝擊單元的重量和所欲的能量而定，壓縮步驟之總能量至少1〇〇到4〇〇，但是可使用更高之能量，所謂總能量係指用於所有衝程之總合的能量，該衝擊單元製造至少一次衝程或是數次連續衝程，根據實施例，衝程之間的間隔為0 4和0.8 秒’例如可使用至少二次衝擊，根據實施例，一次衝程顯示有希望的結果，此等實施例係在氣體中和室溫下來執行，假若使用真空及熱或是一些其他改善處理，或許可使用更低的能量以獲得理想的相對密度。該多層產物可被壓縮至60%的相對密度，較佳為65 〇/〇 ’較佳之相對密度亦為7 0 %和7 5 % ，其他偏好之密度為80 %和85% ，至少90%或達到1〇〇%的密度係本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） -16- (請先閲讀背•面之注意*事項再填寫本頁)

558460 A7 --—-!Ζ__ 五、發明説明（14 ) 為特別地偏好，然而，其他相對密度亦為可行，如果欲產生一種壓坯本體，其具有約4〇至6〇%之相對费度即足夠’承載用之軸承植入物需要9 〇至丨〇〇 %的相對密度，並且，對於一些生物材料而言，具有一些多孔性為佳，如果可獲得至多5 %的多孔性並且足夠來使用，則不需要進一步的後製程，這或許是某些應用的選擇，如果獲得少於95%的相對密度並且不足夠，該製程需要繼續進一步諸如燒結之製程，相較於傳統製造方法，在此例中數個製造步驟甚至已被去除。該方法亦包含至少二次之預-壓製該材料，為了獲得相對於使用相同總能量和僅一次之預-壓製為高的相對密度，已顯示出此方法具有優點，二次壓製可獲得比一次壓製約高丨至5 %之密度，此依所使用的材料而定，對於某些材料而言，此密度之增加或許可以更高，當該壓製步驟進行二次的預壓製，該壓製步驟之間係可進行例如大約5秒的小間隔，可使用大約相同的壓力於第二次的預壓製。再者，該方法亦包含於該壓縮步驟之後，至少一次壓製該材料的步驟，其已顯示出非常好的結果，該後-壓製應於至少相同於預-壓製壓力的壓力下進行之，例如0.25xl08 N/m2,其他可能的數值為ΐ·〇χ108 N/m2 ’較高的後-壓製壓力亦為所欲，例如一個兩倍於預壓製壓力的壓力，就羥磷灰石而言，預壓製的本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（21〇><297公釐） _ 17 _ (請先閲讀背.面之注意事項再填寫本頁)

558460 A7 ______Β7 五、發明説明^^~~ ~' :一壓力應至少約〇.25x1〇8 N/m2’並且該值係為最低可能的後_壓製壓力，就每一種材料而言，該預-壓製的壓力值必須經過試驗，一後_壓製和預_壓製對試料具有不同的影響’可增加來自於該衝程之粉末粒子之間局部溫度的經傳遞之能量被保存於一較長的期間並可於衝程之後的較長期間使得該試料固化，9玄忐量被保持於所產生的固態多層體中，該試料中之材料波㈣「衰退期」可能會增加，並可以影響該試料較長的期間，且較多的粒子可溶解在一起。在衝壓並壓製至少相同於預_壓製的壓力之後 (例如至少約〇.25xl〇8 N/m2的羥磷灰石），藉由讓該衝擊單元停留在該固態多層體上，可進行之後的壓製或是後-壓製，愈多該粉末之轉形將發生於所製造的多層體中，該結果係造成所產生多層體的密度約1 -4%的增加，此可能的增加亦為依材料而定。當使用預-壓製及/或後壓製時，可使用較輕的衝程和較南的預-壓製及/或後壓製，俾以節省該等工具，因此可使用較低的能量值；此依使用目的和使用材料而定；其亦為獲得較高之相對密度的一種方法。為了獲得改善之相對密度，於該製程之前可預-加工該材料，該粉末可被預熱至約200-300°C或更高的、、w 度’該溫度依預熱之材料型態而定，該粉末可被預熱至接近該材料的熔解溫度，可使用預熱之適合方法，例如可於一個烘箱中對該粉末進行_般性加本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） -18- ......................—— (請先閲讀散面之注Α事項再填寫本頁) 、|叮丨 'ΛΜ, 558460

五、發明説明（16 ) (請先閲讀¾面之注¾事項再填寫本頁) 熱；為了於預-壓製步驟期間獲得一較緻密的材料，可使用真空或鈍氣，如此於製程期間可達到於材料中不含有空氣之相同程度的效果。、可| 在壓縮或後-壓製之後，該多層體可根據本發明之另一個實施例於任一時間來被加熱和/或燒結，一後· 加熱被使用於鬆弛該材料中的結合（藉由增加結合應變而達到），由於經壓製的多層體比經粉末麈縮之其他型態獲得的壓製體具有較高之密度，因此可使用較低的燒結溫度，相較於較高溫度會引起該組成材料的分解和變態，該方法具有好處，該製造之多層體亦可利用其他方法而被後-加工，例如HIP (熱均力加壓）。再者，該製造的多層體可為一種壓坯本體，且該方法亦包含一個燒結該壓坯本體的步驟，本發明之壓迷本體在未使用任何添加劑下可獲得一凝合體，因此，該壓坯本體可被儲藏並處理並加工，例如拋光或是切割’該壓述本體亦可使用作為一最終產物，而不介入任何的燒結作用，此情況發生於當該多層體是一種骨質植入物或是置換物，而該植入物可為骨質所吸收。在製程進行之前，該多層產物可與添加劑均質地混合，亦可使該丸片進行預乾燥以減少該材料體之水分含量，有些多層物不會吸收水氣，而其他的多層物則容易吸收水氣，其會破壞該材料的製程並減少本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） -19- 558460 A7 _B7 五、發明説明（17 ) 該加工材料的均質性，因為一高溼度速率會增加該材料中的氣泡。該多層材料可選自包含一金屬、聚合體或是陶瓷材料的群組，例如不鏽鋼、鋁合金、鈦、UHMWPE、 PMMA、PEEK、橡膠、鋁氫氧化鋁、氧化鍅、碳化 .矽、羥磷灰石或氮化矽，該多層物可包含一種包括強化纖維或粉末的複合材料，該複合材料選自由碳、金屬、玻璃或陶瓷材料所組成的群組中，諸如鋁氫氧化鋁、二氧化矽、氮化矽、氧化鍅、碳化矽等。於一用於氧化物之具有7cm2衝擊面積的一圓柱體工具中，該壓縮衝程需釋出一相當於至少l〇〇Nmi總能量，用於氮化物、碳化物和其他多層產物之相同值亦為lOONm’於一用於多層產物之具有7cm2衝擊面積的一圓柱體工具中’該壓縮衝程需釋出一相♦ 於至少5 Nm/g之每單位質量的、能量。較佳之結果已獲自具有不規則粒子型態的粒子，該粒子大小之分佈應儘可能廣泛，小粒子可填滿大粒子間之空間。該第一或第二材料可包含一種潤滑劑和/或一種助燒結劑，一種潤滑劑對於該材料的混合有所幫助，有時為了輕易地移除該多層體，於模型中該材料需要一種潤滑劑，在某些情況下，如果於該材料中使用一潤滑劑，係為一種選擇，之後亦使得可輕易地本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） -20- (請先閲讀背•面之注意•事項再填寫本頁)

558460 A7 B7 五、發明説明（18 自該模型移除該多層體。一潤滑劑可冷卻、填滿空間和潤滑該材料粒子，此同時具有負面和正面的功效。内部潤滑係為佳’因為該等粒子將可較輕易地滑動，因此可壓製該多層體至較高的程度，對於單一壓製而言為理想，内部潤滑可減少粒子間的磨擦力，因而釋出較少的能量，結果使得粒子間熔解溫度降低，就達成一高密度的壓縮而言，内部潤滑則不理想，該潤滑劑需利用燒結加以移除。外部潤滑增加傳遞至該材料中之總能量，因而間接地減少該工具的負載，結果使得該材料有較多的振動、能量增加且粒子間熔解溫度較為上升，愈少的材料黏著於該模型上，愈容易將該本體壓製成形，對於壓製和壓縮而言係為理想。一種潤滑劑的實例為阿克蠟c(Acrawax C)，但其他傳統的潤滑劑亦可被採用，如果該材料將使用於一醫學用多層體，該潤滑劑需要為醫學可接受之級，或在製程中利用某種方法將之去除。一種助燒結劑亦可被包括於該材料中，該助燒結對於較後期如燒結步驟之製程有所助$:然而、: 未包括一燒結步驟的方法實施例的 v |月况下，該助結劑則較無助益，該助燒結劑可為氣化釔、二氧 :或氧化鎂或一些其他傳統的助燒結劑，如同潤劑，若該助燒結劑將使用於一醫學用多層體，該 558460 A7 B7 五、發明説明（19 ) 燒結劑應為醫學可接受之等級或將之去除< 在一些情況下，同時使用一種潤滑劑和一劑會有所幫助，此視使用的方法、使用的產生之多層體的使用目的而定。在一些情況下，為了可輕易地移動該多層於模型中使用一種潤滑劑；可於該模型中塗覆法’該塗覆法可利用例如TiNAl或 Hardlube之方法來進行，如果該工具具有塗覆，則沒有材料將會黏著於該工具部份遞能量的部份，而會增加傳遞至粉末中的浪費時間的潤滑作用係需要的，以防難於形體。 g藉由聚結作用產生該多層材料時，可視決定完成一非常緻密的材料和一非常堅硬該材料表面將非常地平滑，這對於數種的要的。假若使用數次衝程，該等衝程可被連續地於衝程間插入不同的間隔，因而提供關於之廣泛的變異。例如，可使用一次至大約六次衝程，對於而g可具有相同的能量值，該能量可增加衝程系列可始於至少相同程度的二次衝程之衝程具有二倍之能量，反之亦可行。經由一次衝程以傳遞總能量通常可獲得最本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐）種助燒結材料和所體，必須使用一種是 Balinit 一最佳的並消耗傳能量，無移除該成該材料來的材料，應用是重執行或是該等衝程所有衝程或減少，，而最後高密度， (請先閲讀背•面之注意•事項再填寫本頁) 、\盯| 558460 B7 五、發明説明（20 右疋總能量為經由多攻輪化衝程來傳遞則獲得一相對輕低之密度但可節省工具， ^ 八因此，^ 一最南之相對密度非必要時，於應用上 (請先閲讀¾面之注意#^再填寫本頁) 如 j鉍用多次衝程。藉由一系列快速的衝懕衝壓一材料體連續地被施加盥動成’該動能可維持來 > 、于求口進仃的波動而不間斷，如此可支持該材料進一步變 I ^的產生，同時，一新的衝壓可令該材料產 , 座生更進一步之可塑和永久的變形0 根據本發明之另一個實施例，在一系列衝程中，對於每一次衝程而言，伴隨該衝擊單元打擊該材料體所產生的脈衝會減少，較佳地，此差異於第一次和第二次衝程之間為明顯的，纟-短暫的期間（較佳為接近1 ms)，|完成一次比第一衝程具有更小之脈衝的第一衝程較為容易，例如可藉由有效率地減少反彈衝擊，然而，如果需要，第二衝程可比第一衝程或是之後的衝程產生一較大的脈衝。根據本發明，可使用很多不同的衝壓型態，為了於後續的衝程中使用一較小的脈衝，並不需要使用該衝程的反作用力，亦可使用其他的不同型態，例如，該脈衝於後續的衝程中增加或是只具有一高或低的一次衝程；可使用數個不同系列的衝壓，在該等衝壓之間具有不同時間的間隔。根據本發明之方法所產生的一多層體可使用於醫學用裝置’例如整型外科手術、儀器或診斷設備用 -23- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） 558460 五、發明説明（2i 醫學用植入物或骨膠結物，該等插〆骼或牙齒修復術。入物係為諸如骨根據本發明之一個實施例，該材用途者，該等材料為諸如M灰吏用於醫學的多層產物。 σ氧化錯之適當 =物中所使用的一種材料需為生物谷性和機械般地持久性，例如幾嶙：、血相其他適當的多層材料。氧化錯或根據本發明之方法所產生的一多層體亦可物’例如工具、絕緣體材料應用、…霧 :射器、管、切割緣、接合環、轴承和引擎零件。，個用於一些經強化之基質材料的應用如下所述，氮化矽的應用為坩堝、霧化喷射器、管、切割緣、接合環、轴承和引擎零件，銘氫氧化铭為-理想的電絕緣體，並且具有一可接受的熱傳導性，因此可用於製造放置電子^件的基材、用於點火式火星塞的絕緣和高張力區域的絕緣’鋁氫氧化鋁亦為一普遍用於整型外科植入物的材料型態，例如大腿骨頂的髖部修復術，羥磷灰石是廣泛使用於整型外科手術最重要的生物材料之一，氧化锆一般的應用為切割工具和用於絕緣引擎的組件，氧化鉛亦為一普遍用於整型外科的植入物，例如大腿骨頂的競部修復術，因此，根據本發明，具有一應用於製造產物之廣大的應用範圍。 -24· 項訂本紙張尺度適用中國國家標準（邙幻Α4規格（21〇><297公釐） 558460 A7 B7 五、發明説明（22 ) 當嵌入該模型中之材料受到聚結作用時，會於成形體中完成一堅硬、平滑和緻密表面，此為該多層體一重要的特徵，堅硬的表面使得該多層體具有極佳的機械特性，例如高抗壓性和高抗刮性，平滑和緻密表面可使得該多層體具有抗侵蝕性，愈少的孔洞可使該產物獲得愈大的強度，此意謂表面的孔洞和全部的孔洞，傳統方法的目的是為減少表面孔洞的數量，因為表面孔洞不可能經由燒結而減少。為了獲得一具有最適特性的多層體，儘可能地混合粉末混合物直到它們成為均質狀是重要的。根據本發明之方法，亦可製造一種塗覆，一種塗覆可被形成於一個元件或一多層產物的表面上，當製造一被塗覆的元件時，該元件被置於該模型上，並可以傳統的方法被固定於該模型中，塗覆的材料藉由例如氣霧化的方法被嵌入欲被塗覆之元件周圍的模型中，之後該塗覆經由聚結作用而形成，該欲被塗覆的元件可為依據本說明書中形成之材料或是任何傳統方式所形成的元件，如此的一種塗覆可具有非常多的好處，因為該塗覆可使得該元件具有特定的特性。一種塗覆亦可施加於根據傳統方法之發明所產生的多層體上，例如藉由浸入塗覆和喷霧塗覆。藉由至少一次的衝程，首先亦可壓縮一種材料於第一個模型中，之後該材料可被移至另一較大的模 -25- (請先閲讀t面之注意•事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4规格（210X297公釐） 558460 五、發明説明（23 y 型：並且可嵌入另一個材料於該模型中，其後該材科藉由至少一次的衝程被壓縮於第一次經壓縮之材料的側面或是上面，在衝程能量的選擇和材料的選擇上有許多不同的組合方式。本發明亦有關於經由上述之方法所獲得的產物。相較於壓製法，依摅士欲據本發明之方法具有數個優點；壓製法包含自一種合右日^卜在a s有助丈疋結劑的粉末而形成一壓 β本體將於第二步驟中燒結該壓述本其中《亥Hj會被燒盡4是於下一 ^固步驟被燒盡，壓製法亦需要進行經製造之物體的最終加工，因為該物體之表面需要被機械地加工；而根據本發明之方法，可於一個步驟或是二個步驟下完成該多層體的製造，並且不愛盈、隹一且不而要進行該多層體表面的機械加工。當依據傳統製程製造-合成時，切割-於合成中被使用的材料棒桿，所僅π 所獲传的棒桿部件被熔解並壓入 j Κ之模型中’其後進行包括拋光之加工步驟，省製程不但消耗時間和能量，並且損失20，％的起始材料’因此’本發明的製程可完成於一個步驟，可同時節省時間和材料，再者，該粉末不需要如同傳統製程的製備方法。 :由使用本發明之製程，可於一個部件中製造大的曰體目刖所使用的製程通常需要製造數個目的多層體的部件，於使用前再將它們組合起來，該等本紙張準(⑽ (請先閲讀背•面之注意?項再填寫本頁) 、tr· 26· 558460 A7 B7 _ 五、發明説明（24 ) ~ 部件可經由使用諸如螺絲釘或黏著劑或此等之組合者來被組合在一起。另一個優點是，本發明今贫明之方法可使用於帶有排斥該粒子之電荷的粉末，而不用為了中和該電荷而處理該粉末，不論電荷數或粉末粒子的表面張力，該製程可予以進行’然而，該方法並不會排除使用另一種帶有相反電荷之粉末或添加劑的可能性。藉由本方法的使用，可控制所製造之多層體的表面張力，在一些情況中，對於諸如需要一液膜的磨損面而言，一低表面張力為其所需求的，而在其他情況中，則需要^一雨表面張力。下列的一些實施例可用以說明本發明。實施例下列的材料被用來測試：矽酮氮化物、羥磷灰石、紹氫氧化紹、鈇、Co-28Cr-6Mo、PMMA和 UHMWPE。石夕_氮化物為一種純冷凍粒化的粉末，羥磷灰石和紹氫氧化紹完全不經預-加工，該金屬和聚合體粉末一開始被乾燥-混合1 〇分鐘，以於粉末中獲得一均勻的粒子大小分佈。一多層體具有很多的應用範疇，例如：植入物。六種不同的多層體被測試以不同的材料組合方式： 2二水平層本紙張尺度適用中國國家標準（〇^5) A4規格（21〇><297公釐） -27- C請先閱讀背*面之注意*事项再填寫本頁)

558460 五、發明說明（25 ) 3三水平層 1· 一水平層和二垂直層 2·二垂直層 3·二水平層和二垂直層 4·四垂直層。主要的目標係為了評估獲得以化學鍵彼此鍵結之固態層體的可能性。載明於測試規格中之該多層體之每一種組份的重量被除以多層體的層總數，&意謂欲獲得-用於載明於測4規格之重量的可見度指數的衝壓能量，亦需要被除以層總數，若一水平層由二垂直層所組成，當選擇衝壓能量時，必須考量具有最低硬度的的材料；一種聚合材料未曾如當作一單獨水平層的材料i 般被加工。下列測試的架構適用於所有不同的層體： 1·作用於層1的預-壓製過程： 1 · 1以人工進行預-壓製； 1.2以12000kp軸向負載之衝擊單元進行預_壓製； 2.於加入材料2之前，作用於層1的的衝壓能量值： 2· 1衝擊以一相當於可見度指數i的能量； 2.2衝擊以一相當於可見度指數2的能量； 2.3衝擊以一相當於可見度指數3的能量； 3·以機器預-壓製來進行該多層體的衝壓衝程，且依是否該多層體具有二或三水平層來決定分別用本紙張尺度適用中國國家標準（®Β) A4規格（210 X 297公爱） 558460 __ B7 五、發明説明（26 +於材料2和材料3的最大可允許的衝壓能量。藉由將二層之總質量值除以每一個材料質量除以, 材料之特定理論密度值的總合，可大約計算出不同之夕層體的理論密度，"多“ =m總合/(m々。叫/“ + ^c/rd + mc/p d + mc/p d)。在每-層之後，移除該完成的模具，接著注入粉末且進行加工，當該多層體完成時，卸下工具構件，並釋出試料，以電子測微計測量該試料的直徑度以計算出該多層體的體積’其後，該試料的重量以電子化地測量’從這些結果中，以該重量除以：

體積係得到該試料的密度1 0 X 為了能夠繼續下一個試料，需要清理該工、於’可僅以丙酮清理或藉由金剛砂布拋光該工具表面，俾γ 除去該工具上之剩餘材料。第1表顯示本研究中所使用之不同的粉末。本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) Α4規格（210X297公楚） -29. (請先閱讀背"面之注兔事項再填窝本頁)

558460 A7 B7 五、發明説明（27 ) 第1表特性矽酮氮化物羥磷灰石鋁氫氧化鋁 Co-28Cr-6Mo 鈦 ΡΜΜΑ UHMW PE 粒子大小 (微米） <0.5 <1 <0.5 <150 <150 <600 -s 請 £ 粒子分佈 (微米） <1 0.3-0.5 2% >150 平衡<150 5% <250 5% 25-355 10% 355-500 45% 500-710 35% <710 閲 ίΐ 之注意粒子型態粒方晶系不規則不規則不規則不規則不規則事項再粉末製造粒化溼化學沈澱研磨水霧化氫化 Ex-反應填寫本晶體結構 98% a 2% β (六邊的) 磷灰石 a 85% α 相， 15%碳化物 HCP 無定形的 Μ 理論密度 (g/cm3) 3.18 3.15 3.98 8.5 4.5 1.19 表觀密度 (g/cm3) 0.38 0.6 0.5-0.8 3.4 1.8 - 熔點(°C) 1800 1600 .2050 1350-1450 1660 125〇C 燒結溫度 ΓΟ 1820 900 1600-1650 1200 1000 - 粒子硬度 (HB) 1570 450 1770 460-830 60 M92-100 二水平層第2a圖顯示一二水平層的外觀，所使用之不同的組合被載明於第2表中。在同時壓縮羥磷灰石和UHMWPE之後，沒有獲得固態的試料，在加入聚合體之前，羥磷灰石可被固化，但之後當聚合體被加入且被衝擊時，羥磷灰石會破裂；就羥磷灰石而言，壓縮縮羥磷灰石和鈦得到一相似的結果，以機器預-壓製之後，鈦變成一種固本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） -30-

558460 五、發明説明（28 體’但當作為材料2的鈦被衝擊時，鈦會使得羥磷灰石破裂，藉由人工壓製該羥磷灰石並接著加入鈦粉末可獲得最好的結果，鋁氫氧化鋁和矽酮氮化物未被成功地壓縮成為一種單一的材料，且於多層體壓縮系列中亦得到同樣的結果，該陶瓷材料會破裂且無法與所加入的材料2結合。當鈦首先被衝擊成為一個固體，並且接著衝擊該聚合體時，同時將鈦和UHMWPE或PMMA壓縮會得到固態試料，該聚合體必須熔解並具有可塑性俾以與鈦鍵結，若鈦僅以人工壓製，該聚合體似乎仍為粉末。

Co-28Cr-0Mo亦難以固化成為一種單一的材料， Co-28Cr-6Mo與UHMWPE和PMMA—起被壓縮，當衝擊（：〇-28(：1*-6]^〇成為一固態材料體時，與1；11厘^^丑可獲得一些固態試料，無法獲得用於 Co-28Cr-6Mo/PMMA二層之理想的試料。第2表材料1 材料2 試料數量羥磷灰石 UHMWPE 2 羥磷灰石鈦 6 鋁氫氧化鋁 UHMWPE 8 鈦 PMMA 7 鈦 UHMWPE 5 一 Co-28Cr-6Mo PMMA 8 一 Co-28Cr-6Mo UHMWPE 9 矽酮氮化物鈦 5 矽酮氮化物 UHMWPE 5 -31- (請先閲讀背面之注i事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） 558460 五、發明説明（29 ) i水平層，第2b圖顯示-三水平層料觀，所使用之不同的組合被載明於第3表中。 $同時壓縮三層時，欲獲得固態試料係為困難，時常可獲得單層固體，但該層之間沒有獲得機械或是化學的鍵結’當第一和第二材料皆僅以人工壓製或 Μ機恭預-壓製，且接著以一高衝壓速度予以衝擊時，可獲得最好的結果，其似乎為該多層體之間具有機械性的鍵結且該材料體為固態。第3表顯不於二水平層中用來測試之不同的材料組合。 _ ’ _ 材料1 5^/7/ tM -ir* -τ* 材料2 材料3 試料數量鈦 UHMWPE 28 —石夕嗣氮化物鈦 UHMWPE 28 1水平層和$ 第2c圖顯示一水平層和二垂直層的外觀，所使用不同的組合被載明於第4表中。使用一預-壓製且衝擊該兩種材料可獲得最好的果’欲獲得一可與金屬或羥磷灰石鍵結的可塑性合體係為困難，此種試料時常易碎且易於以手使破裂。第4表材料1 材料2 材料3 試料數量羥磷灰石鈦 UHMWPE 5 鈦羥磷灰石 UHMWPE 5 羥磷灰石 Co-28Cr-6 Μ ο UHMWPE 1 本紙張尺度適用中國國家標準A4規格（21〇><297公釐） -32- (請先閲讀背•面之注意#項再填寫本頁)

558460 A7 _B7_ 五、發明説明（3Q ) 二垂直層第4圖顯示二垂直層的外觀，所使用之不同的組合被載明於第5表中。以該機器同時預-壓製該兩種材料且衝擊以最高之可允許的衝壓能量獲得了最好的結果，所獲得的試料為固態且不會破裂。第5表材料1 材料2 試料數量 Co-28Cr-6Mo UHMWPE 3 二水平層和二垂直層第2e圖顯示二水平層和二垂直層的外觀，所使用之不同的組合被載明於第5表中。該試料會破裂，欲使用這些衝壓能量值來同時熔解 PMMA和UHMWPE係為困難，該鈦層為固態但不會與其他材料鍵結。第6表材料1 材料2 .材料3 材料4 試料數量羥磷灰石 PMMA UHMWPE 鈦 8 四垂直層第2f圖顯示四垂直層的外觀，所使用之不同的組合被載明於第8表中。包括二垂直層的第二層被轉動180度俾以於多層體的中心獲得一交聯。 33- (請先閲讀背•面之注4事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） 558460 A7 —_______— B7 五、發明説明（31 ) ^--〜該鈦被固化，但該聚合體不會完全地相變且不同的材料不會成功地互相鍵結。當經由第一次僅以手壓製或以機器預_壓製最先的二垂直層接著衝擊另二個垂直層，俾以同時麼製羥磷灰石和鈦時，羥磷灰石可獲得最佳的試料，羥磷灰石與UHMWPE—起被壓縮不會獲得固態試料，J 填灰石破裂且該聚合體不會相變。第8表材料1 材料2 试料數量欽 UHMWPE 3 鈦羥磷灰石 5 — 羥磷灰石 UHMWPE 1 5 此為-種用於壓縮多層體的筛選測試，以尺度或測微計測量的密度被非常約略地考量，因此’沒有圖式來呈現完成的密度。由於機1§和工具的限制，無法進行所有計劃的測試，當在加入第二或第三材料之前衝擊該材料，該工並且有時無法將該材料自工具中移出，此即意=: 能被完成。為了獲得於固態層之間的鍵結’得到的結論為第一層僅需要以手或以機器來預-壓製’可能的原因為經預_壓製的材料仍有-高的多孔性’而來自於第二或第三層的粉末粒子可彼此鍵結。若該材料以一大約90至95%相對密度近乎於完全的固態，該材料難以鍵結在一起，該固化的材料已吸收了可能的能本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐) — --- % (請先閲讀背面之注意^嚷再填寫本頁) 訂— 558460 A7 _________B7_ 五、發明説明（32 ) 量，因此無法再與另一種材料鍵結。目標為衝擊一種材料後，再加入一僅以預-壓製的粉末薄層，且加入被完全固化的第三層，位在中心的材料可與固態層鍵結在一起。所有包括PMMA或UHMWPE之聚合體材料的多層體難以在低能量值下獲得一鍵結，該聚合體在與另一個材料附著之前即會熔解且變為可塑的。對於一多層體的後加工為複雜的，因為各個組份之間具有不同的材料特性，例如，一種聚合體不能被燒結，且不同的金屬之間或是一種金屬和一種陶瓷材料之間的燒結參數非常的不同，一種溶液可被用來壓縮一層，接著移除該材料並燒結該試料，在燒結之後，該材料被置於工具中，接著加入s式料或粉末並予以壓縮，該壓縮製程亦可壓縮或變形该等固態試料，此意謂多層體中的所有層可被壓縮且燒結’接著再予以壓縮成為一固態材料體。這些試料僅進行了目前的研究，因此，難以得到結論，是否在固態試料中的層體之間具有機械或化學性的鍵結。為了於層體之間獲得一真正的化學性鍵結和一接近丨00% 相對#度的完整多層體，應可於真空中執行該製程，如果一包含的組份為一種陶瓷材料，該粉末應在壓縮之前先以預熱處理。實後例2_不鏽鋼和3!6L-樣膠的鑛臂這些雙層試料由一層ss 316L和於ss 316L之上的另一層橡膠所組成，每一種材料型態的較早測試已顯示固態試料已本紙張尺度適用中關家標準（⑽）A4規格⑵GX297公爱) ----- (請先閲讀背♦面之注意•事項再填寫本頁) 訂丨 ss 558460 五、發明説明（獲得-高的相對密度’在本研究中，主要的目的為探討是否一化學鍵結發生於二層之間且如何進行衝程的程序以獲得該材料型態之間最佳的鍵結，目前在應用上尚未有好的發展，但具有此新的製造製程的應用可成為例如金屬和橡膠皆需要的汽車工業的一種可能的領域。如果所要的金屬特性在此製造製程之後可直接地被獲得，就可省去後續的後·加工，如此可部份地節省總製程的成本，且部份地避免非環境的添加劑加至橡膠中，若需要進一步的後-加工，則相較於傳統製造製程可去除一些製造步驟。 SS316L粉末以乾混合10分鐘來製備，俾以獲得一均質的粒子大小分佈，而由於橡膠粒子會黏著在一起，且其粒子大小为佈即為均質狀，所以該橡膠粉末不需製備。總共有五種的試料被製造，就所有的試料而言，首先 316L被注入壓模中，在橡膠粉末被注入於ss 31乩上方的壓模中之前，進行不同型式的壓製，接著進行一個衝壓衝程，此衝程總是具有一確定衝壓能量，藉由先前的測試可決定該衝壓能量，該衝程衝擊以相當於用於純橡膠粉末測試之最大衝壓能量的衝壓能量，因為此二種材料型態為現有的，每一種材料的重量為一般重量的一半，此意謂該衝程衝擊以橡膠之最大衝壓能量的一半，依所要製造的試料的不同，兩層之間的壓製係為不同，於第一個試料中，在該橡膠被注入於壓模中之前，以一棒桿人工壓製ss 316l，第二個試料進行一預·壓製，第三個試料以可能之最低的衝壓 (請先閲讀t,面之注*,事項再填寫本頁) 訂丨 -36- 558460

能量（150 Nm)進行一個衝程，最後一個試料（第五個）被衝擊以先前測試之純ss 316L之最大衝壓能量的一半，第四個試料被衝擊以界於第三和第五試料之衝壓能量的衝壓能量。在每一個試料已被製造之後，卸下所有工具構件，且釋出試料，以電子測微計測量其直徑和厚度以計算出該多層體的體積，其後其重量以數位化量重器測量’所有來自於測微計和量重器的輸入值被自動化記錄下來’並儲存於不同的文件中，從這些結果中，以該重篁除以該體積係得到該密度1。為了能夠繼續下一個試料，該工具需要以丙酮清理’俾以排除該工具上之剩餘材料。為了較容易地建立一種所製出之試料的狀態，採用二種可見度指數’可見度指數丨對應於一種粉末試料’可見度指數2對應於一種易碎試料，可見度指數 3對應於一種固態試料。該理論密度係獲自製造者，其中已計算出一個理論密度符合於50%橡膠和50% ss 316L之間的某種確定的混合’ δ玄相對密度係藉由用於每一種試料所獲得的密度除以該理論密度而獲得。由於在一些情況下（非這些材料組合）有些試料的部件遺失’多層體試料上並未測得密度2，在該等情況下，該理論密度難以決定。在這些測試中，經製造之試料的體積為一直徑約3〇.〇 mm 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公發） jM46〇、發明說明 2高度為5-10 mm的圓盤，該高度依所獲得之相對密度而定，若應獲得一 100%的相對密度，就ss 316L而言其厚度為5.00 mm，此為每一種材料型態的一半重量的原因。粉末特性可見於第9表，且測試結果於第10表。第9表

第10表 2式料重量（g) '15.8 製造之試料數量 --- 5 每個忒料之衝程次序的數量 ~^ 2 第次衝程之最小衝壓能量（Nm) 150 第次衝程之最大衝壓能量（Nm) 2000 第二次衝能量（Nm) -~— 1050 第個製得的多層體的相對密度2(% ) -- 96^0 最大的相對密度2(% ) 一 --- --98.4 在最大的相對密度2下之第一次衝程之衝壓能量一-一 --2000 第3和4圖顯示以相對密度作為一個每單位質量之衝壓能量的函數和總衝壓能量的函數，下列描述的現象可見於所有的曲線圖。 -38- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） 558460 A7 -------^__B7 五、發明説明（36 ) 所有試料具有可見度指數3。可觀察到的是’當第一種材料型態以人工壓製或以機裔預壓製時，該兩個第一和第二種試料可比第三種試料獲得_較高的相對密度，其中該第—種材料型態被衝擊以最低的衝壓能量，當該第一次衝程之衝壓此1增加，該相對密度會增加，且可比該兩個第一和第二種試料到達一較高的相對密度，當第一次衝程衝擊以最高之衝壓能量時，可獲得最大的相對密度- 98.4% 。

°玄等忒料維持完整，但仍難以建立體積因為該等試料的橡膠部份為可塑的，但相比於純橡膠該ss 3 1 6L 的。卩伤可穩定該等試料，且密度1理想地顯示出所獲得之相對密度的一個指示。討論 1> ss 3ΤήΤ. SS 316L具有1427°C的熔解溫度，即使其溫度相當的高，該等試料的ss 3 16L部份會變成緻密，由於能量的傳遞，在該等粒子中之局部增加的溫度使得粒子軟化、變形，並且使得該等粒子表面熔解，這種粒間的熔解使得該等粒子重新固化在一起俾以獲得緻密的材料。此外，ss 316L粉末比CoCrMo更為柔軟，ss 316L的硬度約為160至190 HV，而CoCrMo約為460至830 HV，該材料愈柔軟，可獲得愈軟化和變形的試料，如此可使得在粒間熔 -39- (請先閲讀背#之注意，事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐）五、發明説明（37) 解發生之前，該粒子變得適當地軟化。一：，SS316L相對密度的預處理製程可為僅預熱其粉末或疋同時預熱粉末和該工具，在該粉末未有任何反應發生的情況下，該材料可於空氣中被加熱至約25代。其他可影響壓縮結果的重要參數，除了已提到的溶解溫度及硬度之外，還有粒子大小、粒子大小分佈和粒子型離，根據較早在相丨中進行的測試，較好的結果係獲自於一不規則的粒子型態，其次為球狀型態，當測試不規則粒子時，粒間熔解會發生，而當賴球狀粒子時，㈣轉較少發生，當不規則粒子互相接觸時，由於它們被加壓在一起，該接觸表面比圓形粒子的接觸表面更大，大的接觸面積可使得該等粒子在製程期間更容易熔合，根據理論需要較少的衝壓能量可被傳遞給粉末。大的粒子比小粒子在粒子之間有較多的空間，如此使得欲獲得一種緻密和適當壓縮試料更為困難，相較於小粒子，大粒子的優點為較大粒子的總表面積較少於小粒子的總表面積’大的總表面積造成高的表面能量，且需要相應的更高衝壓能量以到達所要的結果，另一方面，因為小粒子之間的二間比大粒子之間的空間為小，所以小粒子可達到一個幸乂南的壓縮速度’最適當的粒子大小仍是一個有待解艾的問題。該粒子大小分佈應可能地廣泛，小粒子可填充大粒子之間的空間。獲得小於5%孔洞的試料是重要的，因為這些孔洞在材料中本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） 558460 五、發明說明（38^ ----：— ;，目田接近，若在該材料中有大於5%孔道，溼氣會進入該材料中的孔道，如此會造成材料的侵蝕且製造出來的試料品質會降低，如果有大於5%孔洞，則試料必須被燒結以除去材料中的管道和孔洞。為了獲得一完全緻密的試料，例如99-100% ，或許需要不同於目前所使用之測試的氣體狀態，如果空氣被包含在材中八氆度會減少，為了獲得一種緻密的材料，真空可為另一個選擇。另一個選擇為可先燒結ss 316L的部份，其後再將ss 31乩的部份放到壓模中，並將橡膠加到ss 31 6L的上面，在此測試中，似乎該橡膠會和ss 316L鍵結，因此，橡膠可與經燒結的ss 316L適當地鍵結，在此情況下，即使該金屬部份已被燒結’至少其金屬部份的試料可到達所要的特性。材料的硬度會影響結果，相較於PMMA，橡膠的硬度較低，相較於橡膠，PMMA需要一較高的轉形衝壓能量以獲得具有可見度指數2的一種試料，一種材料愈柔軟，可獲得愈軟化和變形的粒子，這種情況更容易發生在橡膠粒子，如此可使得在粒間熔解發生之前，該等粒子變得軟化、變形和壓縮。於該試料中該等粒子仍可被決定，因此，可接下來進行一個後-加工，該橡膠一般以硫化作用使之加工為一種熱塑性聚合體，由於該材料會交聯，該硫化作用可獲致一高塑性材料·合成橡膠。本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐) 二1 - "~~ (請先閲讀背，面之注¾.事項再填寫本頁) 、可| 558460 五、發明説明（39 ) a今仍未有利用聚合體之對應的粉末冶金，因此，要發現什麼或如何改變參數是困難的，但可能一些討論對於聚合體是有幫助的，其他可影響壓縮結果的重要參數，除了已提到的熔解溫度及硬度之外，還有粒子大小、粒子大小分佈和粒子型態，當不規則粒子互相接觸時，由於它們被2 壓在一起，該接觸表面比球狀粒子的接觸表面更大，大的接觸面積可使得粒子在製程期間更容易熔合，根據理論，較少的衝壓能量需要被傳遞給該粉末。大的粒子比小粒子在粒子之間有較多的空間，如此使得欲獲得一種緻密和適當壓縮試料更為困難，相較於小粒子，大粒子的優點為較大粒子的總表面積較少於小粒子的總表面積，大的總表面造成高的表面能量，且需要相應的更高衝壓能量以到達所要的結果，另一方面，因為小粒子之2 的空間比大粒子之間的空間為小，所以小粒子可達到一個較高的壓縮速度，最適當的粒子大小仍是一個有待解答的問題。該粒子大小分佈應可能地廣泛，當使用不同的粒子大小，小粒子可填充大粒子之間的空間，因此，該試料中每一處的粒子表面與其他粒子互相接觸，如此可增加粒間熔解成功的機會（例如小粒子表面相對於大粒子表面）。橡膠是一種無定形的聚合體，在快速的製造製程中，當該試料自模型被釋出，該試料已室溫回火，此意謂該冷卻製程比其他製造製程更快，由於此快速的冷卻製程，此製造製程或許比起晶體狀聚合體的製造製程更適合於無定形 (210X297公釐）本紙張尺度適用中國國家標準（_) A4規格 558460 A7 五發明說明 =聚合體製造’晶體狀聚合體的結構為薄層的形式，而無疋形之聚合體的結構並非一種有相當組織的結構，為了碑得，結構的晶體狀聚合體，其相較於無定形之聚合：可能需要更多的冷卻時間，該冷卻製程可能影響橡膠的姓構和材料特性，因此，研究該微結構和該材料特性有其重要性。層體_ 在兩種材料型態之間具有某種鍵結，如何正確將這些材料型態鍵結在-起顯示在微結構的測試中，如何自兩種材料中獲得最高的相對密度，且同時於該等材料型態之間獲得 -化學鍵結？如同於圖中所示，當第—種材料被壓製且未被衝擊於低的衝壓能量時’該第一種材料的相對密度較向，當一低的衝壓能量被傳遞至該粉末中時，相較於該等試料，如果SS 316L和橡膠粒子的表面有點粗糙，ss 316L 和橡膠粒子可能會互相接觸，而當粒子可在衝程製程之接觸，粒子可被更壓實且更整合。但如果第一次衝程的衝壓能量增加，該相對密度會適當〜增加，由於橡膠的軟度，當一次的衝程被進行時，橡膠會鍵結於一「拋光」的表面，橡膠可能如同膠一般地黏於 316L的表面。本發明係關於一種新方法，其包含預-壓製和在一情況下的後-壓製，以及在預-壓製和後-壓製之間少對於該材料進行一次衝程，該新方法已證明出常理想的結果，且該新方法為一種超過習知的改善前地 ss 些至非本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） -43- 558460 A7 B7 五、發明説明（41 ) 製程。本發明並不僅限於上述之實施例，本發明的一個優點為本製程不需要使用添加劑，然而，在一些實施例中，使用添加劑具有更加改善的效果，同樣地，通常不需要使用真空或一種鈍氣來防止正進行壓縮之材料體的氧化，然而，一些材料可需要真空或一種鈍氣來製造一種極純或極高密度的成形體，因此，雖然使用添加劑、真空和一種鈍氣並非本發明所需要的，但本發明並不排除此等使用，其他本發明之方法或產物的修改亦可能落於下列所請求之發明專利範圍的範疇中。請先閲讀之注項再填寫本頁本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） -44-

Claims

558460 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍

衣丨補充第0901 18169號專利申請案申請專利範圍修正本修正曰期：92年7月 1· 一種藉由聚結作用製造一種多層體的方法，丹特徵為該方法包含以下步驟： a) 以粉末、晶粒、顆粒及其相似型式之起始材料填卑於一預-壓製模型， b) 至少一次預·壓製該材料，並且，、 Ο經由至少一次衝程，壓縮一壓縮模型中的材料’當衝擊嵌入於壓縮模型中之材料時，其一衝擊單元放射足夠之動能以形成該多層體且造成該材料的聚結作用， ’ d) 可在步驟a)，或在步驟b)之壓製後，或是在，驟C)之壓縮起始材料之後，至少另一種材料以^ 末、晶粒、顆粒及其相似型式被嵌入：粉 e) 如果需要，在至少另一種材料的嵌入之後中’ 、行另個預-屋製和/或壓縮的步驟。可 2 ·如申請專利範圍笛圓第1項的方法，其特徵為模型和壓缩楹刑生上又馬預·壓製 !縮模型為相同的模型。攻 3·如申請專利範圍第〗項的方法，其和室溫下，以-至少约。:25W〇壓製、該材料。之堡力預- 4 ·如申.·請專利範園坌 —至靶圍第3項的方法，其特徵為以之壓力預-壓 •壓力預-壓製該材料。

一後續的衝程中，亦藉由該衝擊單元予以衝擊，以致使該至少二種材料形成一整合的多層體。 1項的方法/其特徵為該方法少約 0.6χ 108 N/m2。如申清專利範圍第包含預-壓製該材朝 7.如申請專利範圍第！至5項中之任一項或θ是第·6項的方法’其特徵為於氣體及室溫下，在一具有 7cm2衝擊面積的一圓柱體工具中，該等壓縮衝程放射一相當於至少1〇〇 Nm之總能量。. 8·如申請專利範圍第7項的方法，其特徵為在一具有7cm2衝擊面積的一圓柱體工具中，該等壓縮衝程放射一相當於至少3 0 0 N m之總能量。 9.如申請專利範圍第8項的方法，其特徵為在_具有7cm2衝擊面積的一圓柱體工具中，該等壓縮衝程放射一相當於至少600 Nm之總能量。 10·如申請專利範圍第9項的方法，其特徵為在— ^ 具有km2衝擊面積的一圓柱體工具中，該等壓縮衝 558460 A8 B8 C8

六、申請專利範圍程放射一相當於至少1000 Nm之總能量。 1 1 ·如申請專利範圍第丨〇項的方參，其特徵為在一具有7cm2衝擊面積的一圓柱體工具中，該等壓縮衝程放射一相當於至少2〇〇〇 Nm之總能量。 12.如申請專利範圍第1至5項中之任一項或是第6 項的方法，其特徵為於氣體及室溫下，在一具有 7cm2衝擊面積的一圓柱體工具中，該等壓縮衝程放射一相當於至少5 Nm/g之每單位質量之能量。 13·如申請專利範圍第12項的方法，其特徵為在一具有 7cm2衝擊面積的一圓柱體工具中，該等壓縮衝程放射一相當於至少20 Nm/g之每單位質量之能量。 14·如申請專利範圍第13項的方法，其特徵為在一具有 7cm2衝擊面積的一圓柱體工具中，該等壓縮衝程放射一相當於至少1〇〇 Nm/g之每單位質量之能量。 1 5 ·如申請專利範圍第丨4項的方法，其特徵為在一具有7cm2衝擊面積的一圓柱體工具中，該等壓縮衝程放射一相當於至少250 Nm/g之每單位質量之能量。 1 6·如申請專利範圍第丨5項的方法，其特徵為在一具有7cm衝擊面積的一圓柱體工具中，該等壓縮衝程放射一相當於至少3 50 Nm/g之每單位質量之能量。 1 7 .如申、請專利範圍第1至5項中之任一項或是第6項的方·法’其特徵為該多層體被壓縮為至少6〇%的訂

線申請專利範圍一相對密度 1 8 ·如申請專利體被壓縮為 % ° 1 9 ·如申請專利體被廢縮為 85% ，特別 20.如申靖專利的方法，其後，至少一 2 1 ·如申請專利的方法，其含金屬、陶’ 22·如申請專利體材料中的自於包含碳群組中。 2 3 ·如申請專利材料係選自 I呂合金和鈦 24·如申請專利的方法，其物，、例如骨 25·如申.·請專利 ’較佳為65% 。範圍第17項的方法―，其特徵為該多層至少70%的一相對密度，較佳為乃範圍第18項的方法，其特徵為該多層至少8〇%的一相對密度’較佳為至少地為至少90% ，至多1〇〇% 。範圍第1至5項中之任一馆十θ 1：t 項或是第6項特徵為該方法包含在該壓縮步驟之次的後-壓製該材料的步驟。範圍第1至5項中之任—項或是第6項特徵為於多層體中的材料可選自於包瓷和聚合體的群組中。範圍第21項的方法，其特徵為該多層種包括一種強化相，該強化相係選、玻璃、金屬、聚合體和陶瓷材料的範圍第21項的方法，其特徵為該多層於包含UHMWPE、PMMA、腈橡膠、的群組中。範圍第1至5項中之任一項或是第6項特徵為該製造之多層體為醫學用植入路或牙齒修復術。範圍第1至5項中之任一項或是第6項 558460 A8 ' B8 C8 D8 5 六、申請專利範圍的^方法，其特徵為該方法包含在該壓縮或後-壓製之後的任一時間中進行後-加勢和/或燒結該多層體的步驟。 26. 如申請專利範圍第20項的方法，其特徵為該方法包含在該壓縮或後-壓製之後的任一時間中進行後-加熱和/或燒結該多層體的步驟。 27. 如申請專利範圍第1至5項中之任一項或是第6項的方法，其特徵為該製造之多層體為一種壓坯本體。 28. 如申請專利範圍第27項的方法，其特徵為該方法亦包含一進一步之燒結該壓场本體的步驟。 29. 如申請專利範圍第1至5項中之任一項或是第6項的方法，其特徵為該等材料為一種醫學上可接受之材料。 3 0·如申請專利範圍第1至5項中之任一項或是第6項的方法，其特徵為該等材料之至少一種包含一種潤滑劑和/或一種助燒結劑。 3 1.如申請專利範圍第6項的方法，其特徵為該方法亦包含變形該多層體。 3 2.—種藉由如申請專利範圍第1至31項中之任一項、'’· 之方法所製得的產物。 3 3.如申請專利範圍第32項的產物，其特徵為是一種醫學、用的裝置或是設備。 34.如申.請專利範圍第32項的產物，其特徵為是一種 558460 A B c D 6六、申請專利範圍非醫學用的裝置。本紙張尺度適用中国國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐）