专利名称：用于涂敷外科和牙科器械的陶瓷组合物的制作方法
背景技术：
本发明涉及的领域是涂敷手持的外科和牙科器械的工作端(钳口)的表面以提高该表面的夹紧力和抗磨性。具体来说，本发明涉及一种材料组合物和它涂敷在器械的夹紧表面，以改进其夹紧力并使其耐磨。
按传统方式分三种形式制造手持的外科和牙科器械，即1)带有和不带有细齿表面的普通不锈钢；2)带有火焰喷镀的碳化钨的表面；和3)带有安装用的平滑的和有细齿的碳化钨镶嵌件。
不锈钢器械的工作端(钳口)有一个要经受很快磨损的夹紧表面。火焰喷涂的碳化钨提高了器械表面的夹紧力，但火焰喷涂的碳化钨材料不能提供可以和碳化钨镶嵌件相比拟的夹紧表面。碳化钨镶嵌件提高了夹紧力和抗磨性，但不能和器械的金属基片可靠粘结。如果器械跌落或处理不当，镶嵌件就可能从器械上脱落下来。
发明概述本发明克服了现有技术的上述问题，为外科和牙科器械的工作端提供易于涂敷、抗磨损、极硬的夹紧表面。通过使用独特的陶瓷材料组合物对钳口进行等离子体喷涂，提高了手持的外科和牙科器械的工作端即钳口的夹紧能力。等离子体喷涂的陶瓷材料组合物可在普通器械上加上一层坚硬的夹紧表面(RC70)，借此可提高该器械的夹紧能力和抗磨性。
这些器械例如是在外科手术期间用来夹持极细规格的缝合针时使用的器械。和临时性地固定到器械上的碳化钨镶嵌件不同，本发明的陶瓷组合物是通过等离子体喷涂涂敷到器械上的，等离子体喷涂使所说的陶瓷材料组合物能与器械的金属基片形成整体粘结。如果器械跌落或处理不当，这种材料不能从器械上脱落下来或突然分开。本发明的材料组合物优于现有技术的火焰喷涂碳化钨表面的地方就是陶瓷材料组合物可提供较硬的表面。
因此，本发明的一个目的是通过涂敷改进夹紧能力来强化外科和牙科器械的表面。
本发明的另一个目的是通过涂敷改进抗磨性来强化外科和牙科器械的表面。
本发明的下一个目的是提供强化外科和牙科器械的夹紧表面的、容易涂敷并且粘结到器械上的涂敷。
从下面的附图和对本发明的优选实施例的描述中，本发明其它的和进一步的目的都将变得显而易见，其中在各个图中使用相似的标号表示相似的部件。
附图简介
图1是具有本发明的优选实施例的材料组合物涂敷夹紧表面的环形柄夹针器的透视图。
图2是图1的具有本发明的优选实施例的材料组合物涂敷夹紧表面的环形柄夹针器的工作端的部分放大的平面3是一个示意图形，表示具有用本发明的优选实施例的材料组合物涂敷的夹紧表面的一个环形柄夹针器的夹紧能力和抗磨性和具有用其它材料形成的夹紧表面的现有技术的不锈钢的、碳化钨涂敷的、和碳化钨镶嵌件的夹针器的比较结果。使用500次后，不锈钢夹针器表现出尖峰变圆钝；碳化钨涂敷的、碳化钨镶嵌件的、和陶瓷的夹针器都没有表现出磨损。
优选实施例描述陶瓷材料极硬，这是外科和牙科器械的夹紧表面所期望的，但它又非常脆。然而，当使陶瓷材料在烧结碳化物基质中弥散、然后再通过下面将要全面描述的等离子体涂敷工艺过程时，就可获得一个具有陶瓷的硬度但又没有陶瓷的脆性的表面。
参照图1和2，其中示出有本发明的材料组合物涂敷夹紧表面3的一个夹针器1。
按本发明的材料组合物包括烧结碳化物基质50％-90％
陶瓷弥散物 5％-50％杂质 0％-5％在本发明的一个优选实施例中(已经对它的夹紧能力和抗磨性作过实验)，烧结碳化物基质包含由碳化钨和钴构成的基质。碳化钨和钴的相应比例如下碳化钨 75％-95％(最好88％)，按重量计钴 5％-25％(最好12％)，按重量计碳化铬可以替换所有的或部分的碳化钨，具有类似的效果。在烧结碳化物基质中铁经常作为杂质存在，一般来说它的数量约为烧结碳化物基质的重量的1％-2％。主要由铁构成的杂质的允许数量按重量计最多为烧结碳化物基质的10％。
陶瓷弥散物可包括氧化物和有机固体颗粒。在本发明的优选实施例中，陶瓷弥散物可由氧化铝和二氧化钛的混合物(即氧化铝氧化钛)形成。氧化铬可替换所有的或部分的氧化铝和/或二氧化钛。
适于用在本发明中的工作陶瓷弥散物可由任何比例的氧化铝和/或二氧化钛和/或氧化铬构成。即，陶瓷弥散物可只包括氧化铝、或只包括二氧化钛、或只包括氧化铬。在本发明的一个优选实施例中，陶瓷弥散物按重量计可包括范围为80％-90％的氧化铝、和范围为10％-20％的二氧化钛。因此，用于在本发明外科和牙科器械上形成硬化的整体表面要涂敷的陶瓷材料包括钴、碳、铁、和/或钨，其数量占材料组分的重量的90％。材料组分的其余的10％包括陶瓷弥散物氧化物、有机固体颗粒、氧化铝、和/或二氧化钛。下述材料的组合也可产生可以接受的结果烧结碳化物基质包括碳化钨和/或碳化铬，可任选地加上不锈钢和/或钨。
陶瓷弥散物包括氧化铝、铝氧化物、氧化铬、二氧化钛、氧化锆、和/或铝化镍。最好由400系列马氏体不锈钢构成器械的工作端。
如以下所述地把上述的混合物涂敷到在外科或牙科器械的工作端的每个夹紧表面。用包含氧化铝屑或类似的磨料的压缩空气吹到器械的工作端而形成夹紧表面。
研磨并彻底混合烧结碳化物基质和陶瓷弥散物，以形成均匀的粉末。把均匀的粉末加到等离子体流中，以便喷向处在等离子体系统中的器械的工作端。等离子体系统最好使用氩或氮作为形成等离子体的一次气体，并且使用氢和氦作为加热和提高等离子体气流的速度的二次气体。在温度范围为3300°F-4000°F(最好为3700°F)下把粉末加到等离子体气流，在此温度下粉末变为熔融态。
把熔融的陶瓷材料推压向基片，并以冶金方式把陶瓷材料粘结到基片上。陶瓷材料向基片表面的典型的粘结强度超过5000PSI。加到器械表面的陶瓷材料的厚度从0.001英寸到0.25英寸，最好为0.003英寸-0.025英寸，在尖端为全厚度，向器械的底部厚度逐渐变小。
例1从氧化铝钛组合物制备陶瓷弥散物，氧化铝钛组合物包括铝氧化物 85.56％二氧化钛 12.58％其它氧化物0.81％颗粒大小分布是美国筛+3251.3％美国筛-32598.7％陶瓷弥散物与一种烧结碳化物基质混合，烧结碳化物基质包括碳化钨88％钴12％然后，在一个等离子体淀积过程中把该混合物喷涂在由400系列马氏体不锈钢制造的环形柄夹针器的工作端(见图1)。所形成的涂层的厚度在器械的尖端测量为0.003英寸-0.005英寸，并且涂层朝向铰接处逐渐变薄。
例2用碳化铬代替碳化钨重复例1的实验。
在每个例中，将器械投入使用，并且发现该器械具有优越的夹紧能力，没有任何可以测到的磨损。
可以使用本发明的陶瓷涂层去改进实际上任何一种不锈钢外科和牙科器械的硬度和夹紧能力。上述的材料及其应用方法已经成功地使用在牙挺的工作端、弹性持针钳的相对的工作端、组织缝合钳的相对工作端、和拨牙钳的相对工作端。根据器械的性质的不同，可把器械的夹紧表面(一个或多个)加到牙齿或其它身体组织上，或加到针、缝合或其它器械上。陶瓷表面有一个高的摩擦系数，并且具有优良的抗切、抗裂、和抗从涂敷的不锈钢基片上脱开的性质。
现在参照附图3，其中示出的是以上所述的经过试验的组合物的数据。容易看出，相对于未经涂敷的不锈钢的器械表面、碳化钨涂敷的器械表面、和在固定到器械上的碳化钨镶嵌件上形成的器械表面来说，本发明的陶瓷材料产生了优异的夹紧能力和抗磨性。
显然，以上描述了本发明，在不偏离本发明的本质和范围的条件下还可以对本发明进行变化和改进。
权利要求
1.一种材料组合物，用于在一种器械的工作端上形成夹紧表面，它包括一种烧结碳化物基质和一种陶瓷弥散物。
2.如权利要求1中所述的材料组合物，其特征在于烧结碳化物基质存在的数量范围按重量计在50％和90％之间。
3.如权利要求1中所述的材料组合物，其特征在于陶瓷弥散物存在的数量范围按重量计在5％和50％之间。
4.如权利要求1中所述的材料组合物，其特征在于烧结碳化物基质包括从以下的组中选出的一种或多种材料碳化钨、碳化铬、钴、钨、和不锈钢。
5.如权利要求4中所述的材料组合物，其特征在于烧结碳化物基质包括数量为75％-95％的碳化钨(按重量计)和数量为5％-25％的钴(按重量计)。
6.如权利要求5中所述的材料组合物，其特征在于烧结碳化物基质包括数量约为88％的碳化钨(按重量计)和数量约为12％的钴(按重量计)。
7.如权利要求1中所述的材料组合物，其特征在于陶瓷弥散物包括从以下的组中选择出来的一种或多种材料氧化铝、氧化铬、二氧化钛、氧化锆、铝化镍。
8.如权利要求7中所述的材料组合物，其特征在于陶瓷弥散物包括按重量计数量为80％-90％的氧化铝和按重量计数量为10％-20％的二氧化钛。
9.如权利要求8中所述的材料组合物，其特征在于陶瓷弥散物包括按重量计数量约为85％的氧化铝和按重量计数量约为13％的二氧化钛，和按重量计数量约为2％的其它物质。
10.一种外科和牙科器械，具有带坚硬的陶瓷涂层的工作表面，所说的涂层是从按权利要求1所述的材料组合物形成的。
11.一种涂敷外科和牙科器械的工作端以改进它的硬度和夹紧能力的方法，包括把等离子体流吹到所说的器械的工作端表面，和在所说的等离子体流中注入包括如权利要求1所述的材料组合物的粉末状混合物，以便向所说的表面喷洒所说的等离子体，从而使所说的混合物沉积到并以冶金方式粘结到所说的表面上，从而改进它的硬度和夹紧能力。
12.如权利要求11中所述的方法，其特征在于所说的等离子体流包括一次气体和二次气体，一次气体由从包括氩和氖在内的组中选择出来的一种或多种气体组成，二次气体由从包括氢和氦在内的组中选择出来的一种或多种气体组成。
13.如权利要求11中所述的方法，其特征在于所说的等离子体的温度范围为3300°-4000°F。
14.如权利要求11中所述的方法，其特征在于所说的等离子体是喷洒到所说的表面上的，直到在所说的表面上形成的所说的组合物涂层的厚度范围为0.001英寸-0.025英寸时为止。
15.权利要求11中所述的方法，其特征在于所说的等离子体是喷洒到所说的表面上的，直到在所说的表面上形成的所说的组合物涂层的厚度范围为0.003英寸-0.005英寸时为止。
全文摘要
外科和牙科器械(1)的工作表面(3)涂敷一种陶瓷材料,该陶瓷材料是通过等离子体喷涂一种组合物形成的,该组合物包括一种烧结碳化物基质和一种陶瓷弥散物,从而形成能改进夹紧能力的坚硬的表面。烧结碳化物基质最好包括碳化钨和/或碳化铬和/或钴。陶瓷弥散物最好是氧化铝或其它氧化物。
文档编号C22C29/02GK1255111SQ98804955
公开日2000年5月31日 申请日期1998年3月13日 优先权日1997年4月7日
发明者罗伯特·B.·普列塞, 萨尔瓦托雷·库奇耐拉 申请人:米尔泰克斯技术公司