SE465571B - Saett att framstaella ett sammansatt keramiskt material med bioaktiva egenskaper - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 465 571 KORT REDoGöRELsE FÖR UPPFINNINGEN Ändamålet med uppfinningen är att erbjuda ett sammansatt keramiskt material med s k duokaraktär, varmed här förstås hög hållfasthet parad med bioaktivitet. Detta och andra syften kan uppnås därigenom att materialet består av en, vid användning som implantatmaterial, inert grundmassa med hög hållfasthet ochi grundmassna jämnt fördelad 5-25 volym-% av åtminstone en andra fas som huvudsakligen består av åtminstone ett material på kaloiumfosfatbas. Denna kalciumfosfatbas kan exemplevis utgöras av hydroxylapatit och/eller trikalciumfosfat, medan grundmassan kan utgöras huvudsakligen av en eller flera oxider.

Lämpligen består grundmassan huvudsakligen av en eller flera oxider tillhörande den grupp som består av titandioxid, zirkoniumoxid och aluminiumoxid.

Vid materialets framställning bereder man en pulverblandning huvud- sakligen bestående dels av ett första pulver som i den form pulver- materialet har vid tillsättningen eller som det får efter en efter- följande kemisk reaktion, kan bilda en biologiskt inert grundmassa i det färdiga materialet vid användning av materialet som implantat- material, dels av ett andra pulver huvudsakligen bestående av ett material på kalciumfosfatbas. Av denna pulverblandning formas en råpresskropp som densifieras.

Enligt en aspekt på uppfinningen densifieras råpresskroppen genom hetisostatisk pressning vid en temperatur av 900-l200°C och ett tryck överstigande 50 MPa, företrädesvis vid ett tryck av lägst 150 MPa och företrädesvis högst 250 MPa. Råpresskroppen framställs i detta fall lämpligen genom en kallisostatisk kompaktering, som föregår den het- isostatiska kompakteringen. Trots den förhållandevis låga temperaturen vid den hetisostatiska kompakteringen uppnås en densitet av minst 97 % i det fall grundmassan utgörs av oxider. Den förhållandevis låga sintringstemperaturen är i sammanhanget fördelaktig av bland andra följande skäl: lO 15 20 25 30 35 465 571 - Korntillväxten begränsas, vilket gynnar hög hållfasthet; - Begynnande sönderfall av kalciumfosfatmaterialet (hydroxylapatiten eller motsvarande) motverkas; - Oönskade reaktioner mellan oxider, såsom titanoxid, och kalcium- fosfaten förhindras.

BESKRIVNING AV UTFÖRDA EXPERIMENT Experiment 1 150 g hydroxylapatitpulver med handelsnamnet Merck med en specifik yta av ca 35 M2/g (BET) kompakterades genom kallisostatisk pressning (CIP) vid ett tryck av 200 MPa. Den sålunda erhållna råpresskroppen densi- fierades gneom hetisostatisk pressning (HIP) vid ll50°C och ett tryck av 200 Ma under 1 h. Efter densifieringen uppvisade materialet en densitet av 3, 14 g/omg, som är mer än 99 % av den teoretiskt maximala densiteten hos ren hydroxylapatit (3,15 g/cma).

Den erhållna provkroppen uppkapades med en fin diamantklinga i prov- stavar med storleken 3,5 x 3,5 x 30 mm. Provstavarna trepunktsböj- testades. Medelhållfastheten hos 10 provstavar uppmättes till 105 MPa med en Weibullmodul av m = 8. Brottsegheten bestämdes till 1.1 MPa 1 2 m genom utnyttjande av Vicker-intrycksmetoden. Med denna metod bestämdes vidare hårdheten till 4,3 GPa.

Experiment 2 Hydroxylapatitpulver av samma slag som i Experiment 1 jämte kiselnitridmalmedia i petrolumeter blandadesi en kulkvarn under 20 h tillsammans med i ett först fall aluminiumoxid, i ett andra fall titanoxid, och i ett tredje fall zirkoniumoxid. Av dessa tre pulverblandningar tillverkades efter indunstning i en evaporator råpresskroppar genom kallisostatisk kompaktering på samma sätt som enligt Experiment 1. Halten hydroxylapatit, HA, uppgick i samtliga tre material till 15 volym-%. Råpresskropparna densifierades med hjälp av hetisostatisk pressning (HIP) under 1 h, 200 MPa tryck och tempera- turen 1l50°C för de blandningar som förutom hydroxylapatit innehöll 10 15 20 25 30 35 465 57.1 zirkoníumoxid resp aluminiumoxid och temperaturen 925°C för den blandning som innehöll titanoxid. I samtliga tre fall uppnåddes densiteter motsvarande minst 99 % av teoretiskt maximal densitet.

Resulterande mekaniska egenskaper visas i tabellen nedan.

Vf» , TABELL 1 Material Medelhållfasthet Weibull- Hårdhet Brottseghet 3-pt, MPa modul, m GPa MPa ml/2 Al2O3 + 15 % HA 610 12 17 3.2 TiO + 15 å HA 405 14 8 2.7 ZrO + 15 % HA 790 15 10 4.5 Experiment 3 Av provstavar av de material som tillverkades enligt Experiment 2 och som förutom 15 % hydroxylapatit innehöll aluminiumoxid resp titan- dioxid tillverkades cylindrar med diametern 3.10 mm och längden 5.5 mm. Tre provcylindrar av varje material inopererades i cortikalt ben i kanin. Efter tre månader testades bindningskraften till benväv- naden genom push-out-testning. Uppmätta skjuvkrafter korrigerades till relevant kontaktyta mellan ben och implantat genom röntgenbildupptag- ning. Motsvarande prover utfördes även med prover av ren aluminium- oxid, ren titanoxid samt 100 % hydroxylapatit, det senare materialet framställt enligt Experiment 1. Resulterande skjuvspänningar anges i Tabell 2.

TABELL 2 Material Skjuvspänning (MPa) - t Alzos < 1 g T1O2 < 1 $ HA (100 %) 62 Al2O3 + 15 % HA 44 TiO + 15 % HA 42 2

Claims (5)

10 15 20 25 30 35 465 571 PATENTKRAV

1. l. Sätt att framställa ett sammansatt keramiskt material med hög håll- fasthet kombinerad med bioaktiva egenskaper vid materialets användning som dentalt eller ortopediskt implantat, innefattande beredning av en pulverblandning huvudsakligen bestående dels av ett första pulver som i sin ingående kemiska form skall bilda en bioinert grundmassa i det färdiga materialet, dels av ett andra pulver huvudsakligen bestående av ett material på kalciumfosfatbas, k ä n n e t e c k n a t av att det första pulvret utgörs av åtminstone någon av de oxider som tillhör den grupp som består av titandioxid, zirkoniumoxid och aluminiumoxid, att det andra pulvret huvudsakligen består av åtminstone ett material på kalciumfosfatbas, att av pulverblandningen formas en råpresskropp, och att råpresskroppen densifieras genom hetisostatisk pressning (HIP) vid ett tryck överstigande 50 MPa, så att man erhåller ett sammansatt material med en densitet av minst 97 % av den teoretiskt maximala, dvs av full täthet, i vilket material grundmassan utgör en eller flera metalloxider av nämnda första pulver, i vilken grundmassa nämnda kalciumfosfatbasmaterial är jämnt fördelat.

2. Sätt enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att råpresskroppen densifieras vid ett tryck av lägst 150 MPa och högst 250 MPa och en temperatur av 900-l200°C.

3. Sätt enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a t av att det första pulvret huvudsakligen består av titandioxid, och att råpresskroppen densifieras genom hetisostatisk pressning vid en temperatur av 900-lOOO°C.

4. Sätt enligt något av kraven l-3, k ä n n e t e c k n a t av att det andra pulvret utgörs av hydroxylapatit, Ca5(PO4)3OH.

5. Sätt enligt något av kraven l-4, k ä n n e t e c k n a t av att pulverblandningen sammansatta så att i grundmassan kommer att ingå 5-35, företrädesvis 10-25 vol-% av nämnda material på kalciumfosfat- bas.