含氧化层锆铌合金分区骨小梁单间室胫骨平台及制备方法技术

本发明专利技术公开了含氧化层锆铌合金分区骨小梁单间室胫骨平台及制备方法，步骤：以锆铌合金粉为原料，经3D打印一体成型得到含氧化层锆铌合金分区骨小梁单间室胫骨平台的中间产物，再经热等静压，深冷氧化，即得含氧化层锆铌合金分区骨小梁单间室胫骨平台，本发明专利技术的半胫骨平台托的下表面及带有长圆孔的半椭圆形龙骨表面设置有骨小梁，本发明专利技术设置梯度分布骨小梁结构，可降低假体与骨界面之间的微动，降低假体对骨组织的应力遮挡效应，使胫骨平台骨组织应力均一，具有优异骨长入性能，提高初始稳定性与长期稳定性。本发明专利技术3D打印一体成型，解决传统机加工无法制备复杂结构的难题，且骨小梁与实体结合强度高，不易脱落，提升假体寿命。提升假体寿命。提升假体寿命。

【技术实现步骤摘要】
含氧化层锆铌合金分区骨小梁单间室胫骨平台及制备方法


[0001]本专利技术属于人工关节领域，尤其是涉及含氧化层锆铌合金分区骨小梁单间室胫骨平台及制备方法。

技术介绍

[0002]单间室膝关节假体用于对膝关节单侧病变间室进行表面置换，不但具有手术切口小，术中截骨量少，而且不影响或较少影响其他正常关节间室，不破坏伸膝装置，可保留十字韧带及软骨，因此单髁膝关节置换术后恢复快、并发症少，保存了膝关节的正常运动和本体感觉。
[0003]目前，单间室膝关节假体根据固定方式不同，分为骨水泥固定与生物固定。骨水泥固定易引发临床中骨水泥综合症：骨水泥碎裂、对骨组织造成热灼伤、感染等，同时，易产生临床上生理性透亮线的误判，误以为假体松动，造成术后大量不必要的翻修。
[0004]生物型单间室膝关节假体可实现骨组织与假体界面的有效嵌合，可避免骨水泥固定所带来的缺陷。目前，生物型单间室膝关节假体多为双涂层工艺(钛微孔+HA涂层)，存在涂层脱落、涂层喷涂厚度不均匀、进而影响假体长期固定的风险。另外，人工关节置换失败的主要原因是假体松动，假体与骨之间巨大的刚度不匹配所引发的应力遮挡将引起假体周围骨重塑并导致假体松动。现有生物型单间室膝关节假体的弹性模量远大于骨组织，大幅度增加假体与骨界面间的应力遮挡效应，降低成骨细胞的形成，最终导致假体松动。3D打印均匀骨小梁单间室膝关节假体可在一定程度上降低应力遮挡效应，提高假体的远期生存率，由于骨组织在不同区域的力学差异性，以及假体在不同区域的力学环境差异性，将造成均匀骨小梁假体固定的不均匀性，对假体的长期稳定性造成一定的影响，也将增加其失败的风险。
[0005]锆铌合金具有优异耐腐蚀性、力学性能和良好生物相容性，被逐渐应用于医疗器械领域。锆铌合金可与N、C、O等元素反应在表面形成坚硬的氧化层，具有优异耐磨性和低磨损率，可降低对软体材料的磨损，即具有关节面界面的优异耐磨性；且氧化层可降低金属离子的释放，具有优异生物相容性，即具有骨整合界面的优异生物相容性。低磨损率的关节面与骨长入性能优异的骨整合界面(骨小梁)有机配伍，可使假体同时实现两界面优点。但现有技术尚未有采用锆铌合金制备含氧化层锆铌合金分区骨小梁单间室胫骨平台的报道。
[0006]3D打印技术，作为一种增材制造技术，突破面向制造工艺的产品设计概念，实现面向性能的产品设计理念，即解决复杂零件难以整体成型难题，又减少机加工制造带来的原材料和能源浪费。但3D打印产品实体部分易存在显微组织不均匀、内部缺陷等问题，力学性能不佳；骨小梁部分结构中粉末未能得到良好熔结，力学性能差。
[0007]针对现有技术的不足之处，本领域的技术人员致力于开发力学性能优异、同时实现两界面优点的含氧化层锆铌合金分区骨小梁单间室胫骨平台，提高单间室胫骨平台的固定可靠性以及假体的初始稳定与长期稳定性。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的在于克服现有技术不足，提供含氧化层锆铌合金分区骨小梁单间室胫骨平台。
[0009]本专利技术的第二个目的是提供含氧化层锆铌合金分区骨小梁单间室胫骨平台的制备方法。
[0010]本专利技术的技术方案概述如下：
[0011]含氧化层锆铌合金分区骨小梁单间室胫骨平台的制备方法，包括如下步骤：
[0012]1)以锆铌合金粉为原料，经3D打印一体成型得到含氧化层锆铌合金分区骨小梁单间室胫骨平台的第一中间产物，将所述第一中间产物放入热等静压炉，在惰性气体保护下，升温至1250℃-1400℃，在140MPa-180MPa，恒温放置1h-3h，降至常压，随炉冷却至200℃以下取出，得到第二中间产物；
[0013]2)将第二中间产物放置于程序性降温盒中以1℃/min的速度降温至-80℃～-120℃，恒温放置5h-10h，从程序性降温盒中取出；在液氮中再放置16h-36h，调节温度至室温，得到第三中间产物；
[0014]3)将第三中间产物放置于程序性降温盒中以1℃/min的速度降温至-80℃～-120℃，恒温放置5h-10h；从程序性降温盒中取出；在液氮中再放置16h-36h，调节温度至室温；得第四中间产物；
[0015]4)将第四中间产物进行机加工修整、抛光、清洗和干燥，得第五中间产物，所述第五中间产物半胫骨平台托上表面的粗糙度Ra≤0.050μm；
[0016]5)将第五中间产物放置于管式炉内，通入含氧质量百分比为5％-15％的常压惰性气体，以5℃/min-20℃/min加热至500℃-700℃，以0.4℃/min-0.9℃/min降温至400℃-495℃，再自然冷却至200℃以下取出，得到含氧化层锆铌合金分区骨小梁单间室胫骨平台；
[0017]所述惰性气体为氦气或氩气；
[0018]所述含氧化层锆铌合金分区骨小梁单间室胫骨平台的结构，包括半胫骨平台托1，在所述半胫骨平台托的直线边的上表面设置有侧壁2，在所述半胫骨平台托的下表面近侧壁处设置有带有长圆孔的半椭圆形龙骨3，所述半胫骨平台托的下表面及带有长圆孔的半椭圆形龙骨表面设置有骨小梁，在半胫骨平台托的下表面除连接所述带有长圆孔的半椭圆形龙骨以外的其他部分设置的骨小梁分为前侧骨小梁8和后侧骨小梁9，所述前侧骨小梁8和后侧骨小梁9的分区线6垂直于所述侧壁2设置或与侧壁夹角4呈45
°-
70
°
设置；
[0019]所述带有长圆孔的半椭圆形龙骨表面设置的骨小梁分为上部骨小梁10和下部骨小梁11，所述上部骨小梁和下部骨小梁的分区线为第二分区线12，第二分区线位于长圆孔顶下表面处或长圆孔底上表面处；
[0020]上部骨小梁10的孔径和孔隙率依次小于后侧骨小梁、前侧骨小梁和下部骨小梁。
[0021]锆铌合金粉的化学成分按质量百分比为85.6％-96.5％的Zr，1.0％-12.5％的Nb，其余为不可避免的杂质；所述锆铌合金粉的粒径为45μm-150μm。
[0022]步骤2)、3)所述调节温度为：升温至-120℃～-80℃，恒温保持3h-5h；再升温至-40℃～-20℃，恒温保持3h-5h；再升温至4℃-8℃，恒温保持1h-3h，升温。
[0023]所述分区线6垂直于所述侧壁2设置，所述分区线6与侧壁2的交点5将侧壁分为侧壁前段13和侧壁后段14，侧壁前段13和侧壁后段14的比值为(2-3):1。
[0024]所述分区线6与侧壁夹角4呈45
°-
70
°
设置；分区线6与侧壁2的交点5位于侧壁中心。
[0025]所述上部骨小梁10的孔径为351μm-450μm，孔隙率为60％-65％；后侧骨小梁9的孔径为451μm-550μm，孔隙率为66％-70％；前侧骨小梁8的孔径为551μm-650μm，孔隙率为70％-75％；下部骨小梁11的孔径为651μm-750μm，孔隙率为76％-80％。
[0026]所述上部骨小梁10、后侧骨小梁9前侧骨小梁8和下部骨小梁11的厚度相等，为1mm-2mm。
[0027本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.含氧化层锆铌合金分区骨小梁单间室胫骨平台的制备方法，其特征包括如下步骤：1)以锆铌合金粉为原料，经3D打印一体成型得到含氧化层锆铌合金分区骨小梁单间室胫骨平台的第一中间产物，将所述第一中间产物放入热等静压炉，在惰性气体保护下，升温至1250℃-1400℃，在140MPa-180MPa，恒温放置1h-3h，降至常压，随炉冷却至200℃以下取出，得到第二中间产物；2)将第二中间产物放置于程序性降温盒中以1℃/min的速度降温至-80℃～-120℃，恒温放置5h-10h，从程序性降温盒中取出；在液氮中再放置16h-36h，调节温度至室温，得到第三中间产物；3)将第三中间产物放置于程序性降温盒中以1℃/min的速度降温至-80℃～-120℃，恒温放置5h-10h；从程序性降温盒中取出；在液氮中再放置16h-36h，调节温度至室温；得第四中间产物；4)将第四中间产物进行机加工修整、抛光、清洗和干燥，得第五中间产物，所述第五中间产物半胫骨平台托上表面的粗糙度Ra≤0.050μm；5)将第五中间产物放置于管式炉内，通入含氧质量百分比为5％-15％的常压惰性气体，以5℃/min-20℃/min加热至500℃-700℃，以0.4℃/min-0.9℃/min降温至400℃-495℃，再自然冷却至200℃以下取出，得到含氧化层锆铌合金分区骨小梁单间室胫骨平台；所述惰性气体为氦气或氩气；所述含氧化层锆铌合金分区骨小梁单间室胫骨平台的结构，包括半胫骨平台托(1)，在所述半胫骨平台托的直线边的上表面设置有侧壁(2)，在所述半胫骨平台托的下表面近侧壁处设置有带有长圆孔的半椭圆形龙骨(3)，所述半胫骨平台托的下表面及带有长圆孔的半椭圆形龙骨表面设置有骨小梁，在半胫骨平台托的下表面除连接所述带有长圆孔的半椭圆形龙骨以外的其他部分设置的骨小梁分为前侧骨小梁(8)和后侧骨小梁(9)，所述前侧骨小梁(8)和后侧骨小梁(9)的分区线(6)垂直于所述侧壁(2)设置或与侧壁夹角(4)呈45
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【专利技术属性】
技术研发人员：刘念，李莉，王献抗，曹雨，杨友，周红秀，
申请(专利权)人：嘉思特华剑医疗器材天津有限公司，
类型：发明
国别省市：