TWI592386B - 陶瓷植體之製造方法 - Google Patents

Description

陶瓷植體之製造方法

本發明是有關於一種植體，且特別是有關於一種陶瓷植體之製造方法。

目前，陶瓷植體的成形方式以射出成形技術為主。但由於射出成形後所形成之陶瓷植體的表面光滑，需再經後製程來粗糙化陶瓷植體表面。藉此，使得陶瓷植體植入後，骨細胞容易攀附上去，進而促進骨整合。常見的陶瓷植體粗糙化製程有噴砂製程與酸蝕製程。

噴砂製程係利用氧化鋁噴砂來對陶瓷植體進行表面處理，以粗糙化陶瓷植體的表面。然而，噴砂製程不易控制陶瓷植體之表面微結構的分布與尺寸。此外，由於陶瓷材料為脆性材料，很容易在噴砂製程中產生不易觀察到的微裂縫，且噴砂處理後的超音波清洗處理無法將砂材有效清除。

另一方面，酸蝕製程利用氫氟酸或混合酸等酸蝕液來粗糙化陶瓷植體的表面。然而，酸蝕液不僅易造成環境汙染，也會增加清潔處理成本。此外，若酸蝕液的濃度與 酸蝕處理時間沒有控制好，將使得陶瓷植體材料的晶界被酸蝕掉，且晶粒變大，進而導致陶瓷植體的強度降低。

因此，本發明之一目的就是在提供一種陶瓷植體之製造方法，其以例如放電加工方式或超快雷射對模具表面進行表面處理，以使模具表面具有抗沾黏微結構，如此陶瓷植體材料利用此模具而經射出成形與燒結製程後，即可生成表面粗糙化且具有微孔洞的陶瓷植體。故，運用本方法，陶瓷植體可無需再經噴砂或酸蝕處理，而可有效控制陶瓷植體之表面微結構的分布與尺寸，並可避免傳統噴砂製程與酸蝕製程所引發的種種問題。

本發明之另一目的是在提供一種陶瓷植體之製造方法，其可製作出表面粗糙化且具有微孔洞的陶瓷植體，因此骨母細胞容易攀附成長於其上，細胞礦化情形佳。

根據本發明之上述目的，提出一種陶瓷植體之製造方法。在此方法中，製備陶瓷複合材料。對模具進行表面處理，以在模具之表面中形成複數個微結構，其中經表面處理後，模具之此表面之水滴接觸角等於或大於120°。利用模具，並以陶瓷複合材料進行射出成形製程，以使陶瓷複合材料覆蓋模具之表面。對陶瓷複合材料進行脫模步驟，以分開陶瓷複合材料與模具之表面。對陶瓷複合材料進行燒結製程，以形成陶瓷植體。

依據本發明之一實施例，上述製備陶瓷複合材料包含混煉3Y氧化鋯粉末、黏結劑、分散劑以及潤滑劑，且以陶瓷複合材料為100wt%計，3Y氧化鋯粉末之含量為77.8wt%至84wt%，黏結劑之含量為15.8wt%至22wt%，分散劑之含量為等於或小於0.1wt%，潤滑劑之含量為等於或小於0.1wt%。

依據本發明之一實施例，上述進行表面處理包含利用雷射，此雷射為飛秒雷射(Femtosecond Laser)。

依據本發明之一實施例，上述之雷射之功率為100W至500W，且雷射之掃描速率為0.2mm/s至3.5mm/s。

依據本發明之一實施例，上述進行表面處理包含利用放電加工方式。

依據本發明之一實施例，上述之形成於模具之表面的每個微結構的粒徑為1μm至10μm。

依據本發明之一實施例，上述之形成於模具之表面的每個微結構為一凸起表面。

依據本發明之一實施例，上述進行表面處理更包含在模具之表面中形成複數個凹陷表面。

依據本發明之一實施例，於脫模步驟後，上述之陶瓷植體之製造方法更包含對陶瓷複合材料進行溶劑脫脂步驟，以及於溶劑脫脂步驟後，對陶瓷複合材料進行一熱脫脂步驟。

依據本發明之一實施例，上述之陶瓷植體之表面的微結構的孔徑介於1.5μm至3μm之間。

根據本發明之上述目的，另提出一種陶瓷植體之製造方法。在此方法中，製備陶瓷複合材料。對模具進行表面處理，以在模具之表面中形成複數個微結構，其中每個微結構的粒徑為1μm至10μm，且進行此表面處理包含利用雷射或放電加工方式。利用模具，並以陶瓷複合材料進行射出成形製程，以使陶瓷複合材料覆蓋模具之表面。對陶瓷複合材料進行脫模步驟，以分開陶瓷複合材料與模具之表面。對陶瓷複合材料進行燒結製程，以形成陶瓷植體。

依據本發明之一實施例，上述雷射之功率為約100W至約500W，雷射之掃描速率為約0.2mm/s至約3.5mm/s。

100‧‧‧步驟

102‧‧‧步驟

104‧‧‧步驟

106‧‧‧步驟

108‧‧‧步驟

110‧‧‧步驟

112‧‧‧步驟

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：〔圖1〕係繪示依照本發明之一實施方式的一種陶瓷植體之製造方法的流程圖；以及〔圖2〕係繪示依照本發明之一實施方式的一種模具之表面結構的微觀示意圖。

有鑑於傳統陶瓷植體在製作上不是須以噴砂方式來粗糙化陶瓷植體的表面，就是得透過酸蝕方式來使陶瓷 植體具有粗糙表面，而噴砂方式會有表面微結構控制不易、陶瓷植體有微裂縫導致結構強度下降、以及砂材無法有效清除的問題，酸蝕方式也有表面微結構控制不易、陶瓷植體強度降低、以及酸液不易清潔處理的問題。因此，本發明在此提出一種陶瓷植體之製造方法，其無需經過噴砂製程或酸蝕製程，即可形成具有表面微結構的陶瓷植體。

請參照圖1，其係繪示依照本發明之一實施方式的一種陶瓷植體之製造方法的流程圖。在本實施方式中，此方法可用以製造例如牙科植體用之陶瓷植體。製造陶瓷植體時，可進行步驟100，以製備陶瓷複合材料。在一些例子中，陶瓷複合材料包含3Y氧化鋯(即氧化鋯粉末中含有3mol%的氧化釔)粉末、黏結劑、分散劑以及潤滑劑。在一些示範例子中，以陶瓷複合材料為100wt%計，3Y氧化鋯粉末之含量為約77.8wt%至約84wt%，黏結劑之含量為約15.8wt%至約22wt%，分散劑之含量為等於或小於約0.1wt%，潤滑劑之含量為等於或小於約0.1wt%。製備陶瓷複合材料之步驟可包含混煉這些3Y氧化鋯粉末、黏結劑、分散劑以及潤滑劑。

同時，可進行步驟102，以提供模具，並對此模具進行表面處理，以粗糙化模具之塑形用的表面，並在模具之表面上形成數個微結構。模具之材料可例如為金屬，例如不鏽鋼。在一些示範例子中，每個微結構的粒徑可為約1μm至約10μm。在一些例子中，每個微結構為一凸起表面，凸起表面可為柱狀表面或丘狀表面。在一些例子中，進 行表面處理時可在模具塑形用之表面中形成數個凹陷表面，以使塑形用之表面具有數個凸起表面，如圖2所示。這些微結構可使模具的表面具有疏水性，而使模具的表面具有抗沾黏效果，有利於脫模。在一些例子中，經表面處理後，模具之表面的水滴接觸角可等於或大於約120°。在一些較佳例子中，經表面處理後，模具之表面的水滴接觸角等於或大於約130°。

在一些例子中，進行模具之表面處理時包含利用雷射，例如飛秒雷射(Femtosecond Laser)。舉例而言，進行表面處理時，所採用之雷射的功率可為約100W至約500W，且雷射之掃描速率可為約0.2mm/s至約3.5mm/s。在另一些例子中，進行模具之表面處理時包含放電加工方式。

在本實施方式中，製備陶瓷複合材料的步驟以及對模具進行表面處理的步驟的次序可調整。在一些例子中，可先提供模具並對模具進行表面處理，再製備陶瓷複合材料。在另一些例子中，可先製備陶瓷複合材料，再對模具進行表面處理。

接著，可進行步驟104，以進行射出成形製程，以將陶瓷複合材料射入模具內，而使陶瓷複合材料覆蓋住模具之經表面處理過的表面。在射出成形製程中，由於陶瓷複合材料覆蓋住模具之經表面處理過的表面，因此陶瓷複合材料會填入模具表面之微結構中的凹陷部分，如此模具表面中之微結構的互補微結構會形成在陶瓷複合材料的表面，也就 是模具表面之凸起表面會使陶瓷複合材料形成凹穴表面(即微孔洞)，或者說模具表面之凹陷表面會使陶瓷複合材料形成凸脊表面，而數個凸脊表面可圈繞出一凹穴(即微孔洞)，而使陶瓷複合材料具有粗糙化表面，前述粗糙化表面具有數個微孔洞所構成之微孔洞組織。

完成射出成形製程後，可進行步驟106，以進行脫模步驟，來將陶瓷複合材料與模具之表面分開，並將陶瓷複合材料移出模具。由於經表面處理後的模具表面具有抗沾黏效果，因此可將模具順利從陶瓷複合材料上移開，而使陶瓷複合材料與模具表面分離，且使得脫模後之陶瓷複合材料之表面具有與模具表面之微結構互補的表面微結構。故，脫模後之陶瓷複合材料具有由數個微孔洞所形成之粗糙表面。而由於模具表面具有抗沾黏效果，因此經過多次的射出成形製程後，模具表面之微結構仍可維持，使得後續利用此模具進行射出成形製程且經脫模後的陶瓷複合材料的表面粗糙度仍可獲得維持，而其表面粗糙度與先前經射出成形後的陶瓷複合材料的表面粗糙度差異不大。

在一些例子中，於脫模步驟後，可選擇性地進行步驟108，以對脫模後之陶瓷複合材料進行溶劑脫脂步驟。在一些示範例子中，於溶劑脫脂步驟中，可將陶瓷複合材料浸於例如水性溶劑或油性溶劑中，來脫除陶瓷複合材料中的部分黏結劑。舉例而言，溶劑脫脂步驟可脫除陶瓷複合材料中黏結劑的約50%。

在一些例子中，於溶劑脫脂步驟後，可選擇性地進行步驟110，以對經溶劑脫脂後之陶瓷複合材料進行熱脫脂步驟。在一些示範例子中，熱脫脂步驟可將製程溫度升高至約900℃，並持溫約2小時。舉例而言，熱脫脂步驟可脫除陶瓷複合材料中黏結劑的剩下約50%的部分。

接著，可進行步驟112，以對陶瓷複合材料進行燒結製程，而將經射出成形後之陶瓷複合材料燒結成陶瓷植體。由於經射出成形與脫模後之陶瓷複合材料具有由數個微孔洞所形成之粗糙表面，故此陶瓷複合材料經燒結後所形成之陶瓷植體亦具有由數個微孔洞所形成之粗糙表面。由於經燒結後，陶瓷植體會有微縮現象，因此陶瓷植體之表面的微結構的孔徑也會隨之縮減。在一些示範例子中，陶瓷植體之表面的微結構的孔徑小於5μm。在一些示範例子中，微結構的孔徑介於1.5μm至3μm之間。

由上述之實施方式可知，本發明之一優點就是因為本發明之陶瓷植體之製造方法係以例如放電加工方式或超快雷射對模具表面進行表面處理，以使模具表面具有抗沾黏微結構，如此陶瓷植體材料利用此模具而經射出成形與燒結製程後，即可生成表面粗糙化且具有微孔洞的陶瓷植體。因此，運用本方法，陶瓷植體可無需再經噴砂或酸蝕處理，而可有效控制陶瓷植體之表面微結構的分布與尺寸，並可避免傳統噴砂製程與酸蝕製程所引發的種種問題。

由上述之實施方式可知，本發明之另一優點就是因為本發明之陶瓷植體之製造方法可製作出表面粗糙化 且具有微孔洞的陶瓷植體，因此骨母細胞容易攀附成長於其上，細胞礦化情形佳。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何在此技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧步驟

102‧‧‧步驟

104‧‧‧步驟

106‧‧‧步驟

108‧‧‧步驟

110‧‧‧步驟

112‧‧‧步驟

Claims (11)

1. 一種陶瓷植體之製造方法，包含：製備一陶瓷複合材料；對一模具進行一表面處理，以在該模具之一表面中形成複數個微結構，其中經該表面處理後，該模具之該表面之水滴接觸角等於或大於120°，且每一該些微結構的粒徑為1μm至10μm；利用該模具，並以該陶瓷複合材料進行一射出成形製程，以使該陶瓷複合材料覆蓋該模具之該表面；對該陶瓷複合材料進行一脫模步驟，以分開該陶瓷複合材料與該模具之該表面；以及對該陶瓷複合材料進行一燒結製程，以形成一陶瓷植體。
2. 如申請專利範圍第1項之陶瓷植體之製造方法，其中製備該陶瓷複合材料包含混煉一3Y氧化鋯粉末、一黏結劑、一分散劑以及一潤滑劑，且以該陶瓷複合材料為100wt%計，該3Y氧化鋯粉末之含量為77.8wt%至84wt%，該黏結劑之含量為15.8wt%至22wt%，該分散劑之含量為等於或小於0.1wt%，該潤滑劑之含量為等於或小於0.1wt%。
3. 如申請專利範圍第1項之陶瓷植體之製造方法，其中進行該表面處理包含利用一雷射，且該雷射為飛秒雷射(Femtosecond Laser)。
4. 如申請專利範圍第3項之陶瓷植體之製造方法，其中該雷射之功率為100W至500W，且該雷射之掃描速率為0.2mm/s至3.5mm/s。
5. 如申請專利範圍第1項之陶瓷植體之製造方法，其中進行該表面處理包含利用一放電加工方式。
6. 如申請專利範圍第1項之陶瓷植體之製造方法，其中形成於該模具之該表面的每一該些微結構為一凸起表面。
7. 如申請專利範圍第1項之陶瓷植體之製造方法，其中進行該表面處理更包含在該模具之該表面中形成複數個凹陷表面。
8. 如申請專利範圍第1項之陶瓷植體之製造方法，於該脫模步驟後，更包含：對該陶瓷複合材料進行一溶劑脫脂步驟；以及於該溶劑脫脂步驟後，對該陶瓷複合材料進行一熱脫脂步驟。
9. 如申請專利範圍第1項之陶瓷植體之製造方法，其中該陶瓷植體之表面的微結構的孔徑介於1.5μm至3μm之間。
10. 一種陶瓷植體之製造方法，包含：製備一陶瓷複合材料；對一模具進行一表面處理，以在該模具之一表面中形成複數個微結構，其中每一該些微結構的粒徑為1μm至10μm，且進行該表面處理包含利用一雷射或一放電加工方式；利用該模具，並以該陶瓷複合材料進行一射出成形製程，以使該陶瓷複合材料覆蓋該模具之該表面；對該陶瓷複合材料進行一脫模步驟，以分開該陶瓷複合材料與該模具之該表面；以及對該陶瓷複合材料進行一燒結製程，以形成一陶瓷植體。
11. 如申請專利範圍第10項之陶瓷植體之製造方法，其中該雷射之功率為100W至500W，該雷射之掃描速率為0.2mm/s至3.5mm/s。