耐火合金外科手术针的热成形制造技术

本发明专利技术公开了耐火合金缝合针的热成形方法。从耐火合金制成的针坯料用来形成外科手术针，将该针坯料加热到高于耐火合金的韧-脆转变温度但低于耐火合金的再结晶温度的温度。然后将受热的针坯料机械成形为外科手术针。

【技术实现步骤摘要】
耐火合金外科手术针的热成形本申请是申请号200880018383.8、申请日2008年6月2日、专利技术名称“耐火合金外科手术针的热成形”的中国专利技术专利申请的分案申请。本专利申请与共同转让的专利申请系列号N0.11/756，679有关，该专利申请题为《耐火合金外科手术针的热成形以及夹具和设备》，与本专利申请同日提交，将其以引用方式并入本文。
本专利技术所属的
是外科手术针，具体地讲是耐火合金缝合针的热成形方法。
技术介绍
外科手术针在外科手术领域是公知的。通常，将外科手术针安装到缝合线，用于多种外科手术程序中以将组织接合。重要的是，外科手术针在外科医生对患者进行手术时遇到的多种条件下都能发挥作用。外科手术针可用于在较为柔软和脆性的组织上进行的精致外科手术程序，如肝脏或肺脏外科手术，和用于涉及硬度和韧度较高的组织的较为用劲的手术程序，如眼科手术、整形手术(plastic surgery)或冠状动脉搭桥手术。外科手术针也用于多种整形外科手术程序(orthopaedic surgical procedure)中。外科手术针必须是外科医生用极小的力插入就能够快速和有效地穿透组织，并且造成的组织创伤极小。特别重要的是，外科手术针在外科医生用其接合组织的过程中经多次穿针也能保持其结构完整性。外科手术针可从多种具有所需的强度和可制造性特性的材料制成。这些材料的实例包括不同等级的不锈钢，包括420、455、4310在内，以及不同等级的特种马氏体时效钢，包括ETHALLOY(Ethicon, Inc.，Somerville, N.J.)在内。尽管从这种常规材料制成的针其性能足敷所需，但人们还是不断探索具有让外科医生和患者均能受益的改进特性的外科手术针。某些耐火金属具有独特的特性如异常的劲度(stiffness)和强度，这些性能给缝合针赋予期望的操纵特征。但是，许多耐火合金的室温可成形性有限，往往远低于其他通常用于制造缝合针的金属的可成形性。因此，在耐火合金外科手术针的制造中可能会出现困难，因为常规的制造工艺中的多个步骤都要求充分的材料韧性(ductility)。常常将缝合针体进行压制成形(press-form)或模压(coin)来呈现扁平侧面，以利于在缝合针持针器(driver)中进行针的抓持和定向。针体成形为呈现扁平侧面，还可给缝合针赋予强度和劲度上的适度改进。还可将针尖模压产生适宜于穿透某些组织的刀刃。此外，常将针弯曲成多种弓形构造，例如1/4、3/8或1/2圆周设计，以利于某些外科手术程序。外科手术针必须在制造过程中进行加工，以使外科手术缝合线得以安装。将缝合线安装到外科手术针的一种方式，是在针的近端钻出盲钻孔(blind bore hole)，以接纳外科手术缝合线的线端。对于槽式安装的缝合线而言，与在针近端钻出的钻孔中装上的缝合线不同的是，通常是在缝合针的近端模压或冲压(stamp)出针槽。在任一类型的安装构造中，针的近端通常都是陷型的(swaged),以将缝合线端保持在槽或钻孔中。将耐火合金成形为缝合针材料，这未曾有广泛的研究。常规的针成形方法通常不能用于耐火合金。例如，已知使用到这么一种方法:在针材料被加热到接近位于合金的热成形温度和浇注温度之间的熔化温度Tm的温度时，将穿孔工具压入缝合针的底部，从而在钢针中形成缝合线接纳孔。这个方法不足以用在耐火金属上，其原因有几个。如果合金被加热到接近其熔化温度的温度，它很有可能发生再结晶。实际上再结晶常常在低得多的温度下发生，对于许多合金来说在0.4Tm左右。如果耐火金属被加热到接近它们的熔点，会发生功致硬化(work hardened)微结构的再结晶,可预期由于微结构变化对韧-脆转变温度DBTT的影响，合金在室温下会失去本质特性，甚至显示脆性特征。其次，这种方法适用于抗氧化合金，但是对于耐火合金(尤其是W-Re 二元系合金)却并非如此，因为这些合金在远低于它们的熔点的温度下也会容易氧化。此前描述的针成形方法会给针材料赋予很大的应力，且如果材料显示不足的韧性，则缝合针会发生破裂(cracking)和/或劈裂(splitting)。许多耐火合金显示出高于室温的韧-脆转变温度(DBTT)，因此要能够在各种外科手术针成形操作中使这些耐火合金塑性变形，其可能性是很有限的。不过，一旦超过DBTT，耐火合成的塑性变形性大大增加。然而，过高的温度会导致合金的颗粒结构的再结晶和生长，从而导致特性上的很大变化，而这一变化可能对缝合针的性能有害。因此，本领域需要新型的耐火合金缝合针制造和成形方法。
技术实现思路
因此，公开了新型的耐火合金缝合针热成形方法。按这个方法，提供合金金属针坯料。该针坯料由耐火金属合金制成。将针坯料的至少一段加热到高于合金的韧-脆转变温度但低于再结晶温度的温度。将受热的针坯料机械成形为外科手术针。由以下说明和附图可更加明白本专利技术的这些方面和其他方面。【附图说明】图1A-C显示本专利技术的采用电阻式加热的热成形工艺的示意图。图2A-C显示本专利技术的使用热气体注入系统从耐火合金热成形制针的替代实施例。图3A-C显示本专利技术的使用电阻式加热元件进行耐火合金的热成形的另一个替代实施例。【具体实施方式】使用本专利技术的新型热成形工艺，将用于制造缝合针的耐火合金在特定的成形操作中加热到高于其DBTT的温度以提供很大的塑性变形，但低于合金的再结晶温度以防止缝合线特性受损害。公开了几种用于在针成形操作过程中对缝合针材料进行热处理和成形的方法。从用本专利技术新型热成形处理工艺处理的耐火金属合金制成的针，在针性能上显示出许多潜在的改进，包括抗弯曲性的提高，能提高强度、劲度和穿透性能的明显工字梁(即结构上的)和针尖设计，韧性和韧度(toughness)的改善，以及通过表面氧化进行的原位着色。本说明书中用到的以下术语定义成具有以下含义:韧-脆转变温度(DBTT) —是这样的一个温度，当超过它时合金的韧性发生很大改进。在本公开内容中，DBTT被确定为合金在简单拉伸试验中显示至少5%断裂伸长率的温度。耐火合金一显示出超过室温的DBTT，由以下一种或多种元素组成的合金:W、Mo、Re、Os、Ir、Ta、Nb、Zr、Y。再结晶温度一在合金的微结构中会形成新的颗粒的温度。韧性-合金经受住塑性变形而不断裂的能力。断裂伸长率一在简单拉伸试验中样品伸长百分率的度量，用以评估合金韧性。[0021 ] 简单拉伸一在一个维度中施加的拉伸，其他维度不受约束。热成形一在受热的工件上进行的塑性成形。针坯料一细长的金属丝，其一部分通过多个工艺被转变成缝合针的形状。屈服弯矩一在弯曲试验中引起塑性变形所需的力矩的量(ASTM标准F-1840-98a)。抗弯劲度(弯曲劲度)一弯曲的缝合针对弹性变形的抗性。弹性变形一通过消除所施加的负荷可复原的变形、应变或位移。工字梁型针体一任何种类的具有扁平的相对两侧面的针体设计(而不是弯曲圆形的设计)最大弯矩一在弯曲试验中施加到针上的最大力矩(ASTM标准F-1840_98a)材料特性一材料的仅通过在针形状和表面特性不影响数据的情况下进行试验得到的特性。实例包括:杨氏模量、极限拉伸强度(当在简单拉伸中试验时)和显微硬度。颗粒结构一享有共同的原子周期性(atomic periodi本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种将耐火合金成形为外科手术针的方法，所述方法包括：提供合金金属针坯料，所述针坯料包含耐火金属合金；将该针坯料的至少一段加热到高于该合金的韧‑脆转变温度但低于该合金的再结晶温度的温度；以及将该针坯料机械成形为外科手术针。

【技术特征摘要】
2007.06.01 US 11/7566681.一种将耐火合金成形为外科手术针的方法,所述方法包括: 提供合金金属针坯料，所述针坯料包含耐火金属合金； 将该针坯料的至少一段加热到高于该合金的韧-脆转变温度但低于该合金的再结晶温度的温度；以及 将该针还料机械成形为外科手术针。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述温度在约100°C至约1600°C之间。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述温度在约600°C至约1400°C之间。4.根据权利要求1所述的方法，其中所述合金的断裂伸长率增加到超过5%。5.根据权利要求1所述的方法，其中所述成形操作选自由针体成形、针尖模压、针槽模压和针弯曲组成的组。6.根据权利要求1所述的方法，其中所述合金的铼浓度占约0%至约30%。7.根据权利要求1所述的方法，其中所述针用热气喷射来加热。8.根据权利要求1所述的方法，其中所述针用电阻式加热元件来加热。9.根据权利要求1所述的方法，其中所述针通过使电极接触所述针坯料和造成电流流过针坯料来加热。10.根据权利要求1所述的方法，其中所述针当在高温下时处于无氧气氛中。11.根据权利要求10所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：小弗兰克·R·西乔奇，T内林，D德马雷斯特，
申请(专利权)人：伊西康公司，
类型：发明
国别省市：美国;US