一种镍钛合金梯度柔性根管锉及其制作方法与流程

本发明涉及牙科器械，尤其涉及牙科器械中的一种镍钛合金梯度柔性根管锉及其制作方法。

背景技术：

根管锉作为主要的牙科器械，其功能是用来对病变根管内部和根管壁进行彻底清理，去处病变组织，塑造出完整、光滑的根管内腔。

根管锉的工作部具有一定的截面形状，外轮廓有一定的锥度，且有螺旋状切削刃分布其上，如图1。

根管锉器械在工作时，是以一定的转速在根管1内做旋转运动切削根管内表面，以达到根管清洁与塑形的目的，如图2。根管一般呈弯曲的倒锥状结构，按结构根管可以划分为三段，上段c1、中段c2和根尖段c3，在中段c2和根尖段c3弯曲最为显著。在根管成型时，c1段的切削量最大，c2段次之，c3段切削量最小。图3为图2的局部放大图，其中2为根管塑形时将被切削去除的部分，3为原始根管轴线，4为塑形后根管轴线。

为了实现根管内部的全面清理，尤其是根尖段c3的清理，工作时需要根管锉彻底地伸入到根管底部。由于受到弯曲根管的约束，根管锉工作时会遭受到高频率的交变弯曲变形。

从根管锉使用性、安全性方面考虑，理想的根管锉至少应具备三个方面的要求：第一，根管锉应连续过渡的柔顺性，以顺应根管的弯曲，并能引导根管锉尖端顺利到达根管底部，对根尖段进行清理与塑形，防止在根管内壁产生台阶或侧穿，并能保证塑形后根管轴线与原始根管轴线不发生严重偏移；第二，根管锉应具有一定的切削能力，可有效的去除病变组织和完成根管的塑形；第三，根管锉应有高的抗弯曲疲劳断裂寿命，防止使用时在根管内发生断裂，造成医疗事故。

传统的根管锉主要有不锈钢根管锉和镍钛合金超弹性根管锉。不锈钢根管锉虽具有较好的切削性能，但由于其刚度较大，容易造成根管内表面台阶和侧穿，不能满足弯曲根管的需要。

镍钛合金具有优异的弹性和良好的医学生物性能，被广泛应用于各类医疗器械，也包括根管锉。

镍钛合金的组织可以有三种相结构，分别是奥氏体a相、马氏体m相，和r相。镍钛合金中存在有无扩散型相变，各相之间可以发生相互转变。当镍钛合金为奥氏体a相时，可以提供约8%的超弹性应变，这种超弹性是来自于奥氏体a相与马氏体m相之间的应力诱发相变；当镍钛合金为马氏体m相时，可以提供约8%的塑性应变，这种塑性变形是来自于马氏体m相的孪晶亚结构再取向；而当镍钛合金为r相时，可以提供出约1%的塑性应变，继续变形可以提供约5%的超弹性应变；r相的塑形变形来自于r相亚结构的再取向，r相的超弹性应变是来自于r相与马氏体m相之间的应力诱发相变。

目前公开的镍钛合金根管锉有三种，分别是超弹性镍钛合金根管锉、具有形状记忆特性的镍钛合金根管锉、形状记忆特性与超弹性特性兼有的分段式根管锉。

超弹性镍钛合金根管锉在使用温度下（37℃人体环境温度），其工作部组织为全奥氏体a相。根管锉在使用过程中受力弯曲变形时，内部发生应力诱发马氏体相变，发生a→m的转变，在去除应力后，发生m→a转变，根管锉恢复形状，呈现出超弹性行为。该种根管锉具有较高的强度和较好的切削性能，但弹性弯曲变形时需要有较大的变形抗力，很难避免塑形后根管轴线与原始轴线严重的偏移，尤其在根管的c2段，也容易导致台阶的产生和根管的侧穿，尤其是在根管的c3段。另外根管锉在工作时，其内部组织不断发生周期性的a→m和m→a的转变，这种相转变过程会产生一定的晶体缺陷——位错。随着周期性变形的重复进行，材料内部的晶体缺陷会不断积累，最终导致根管锉的断裂，使得超弹性镍钛合金根管锉的抗弯曲疲劳寿命低下。

具有形状记忆特性的镍钛合金根管锉，在使用温度下（37℃）其工作部组织为全马氏体m相。这种根管锉不具有弹性，但其塑形变形的弯曲变形抗力小，因而非常柔软。其变形机制是由m相的亚结构再取向完成的，在m相的变形过程中，不产生晶体缺陷，因而这种锉的抗弯曲疲劳寿命极高。全马氏体m相的根管锉柔顺性极好，可以有效避免根管塑形时在根管c3段产生台阶和侧穿，但由于m相的变形抗力非常小，导致这种根管锉的切削能力非常低，尤其对根管c1和c2段的切削十分的困难；同时由于这种锉非常柔软，在工作时很容易发生轴向的扭曲变形而导致根管锉失效，使用寿命低下。

形状记忆特性与超弹性特性兼有的分段式根管锉，在工作温度下，根管锉工作部的前段是马氏体m相，后段是奥氏体a相。这种锉的设计目的是期望根管锉的前段具有优异的柔顺性和抗疲劳断裂性能，后段具有优异的切削性能。这样的设计很优秀，可以有效的避免了根管c3段的台阶和侧穿，但也存在一定问题。如果马氏体m相段过长，虽然提高了根管锉前段的疲劳寿命，减小了根管侧穿的风险，但对根管的c2段的切削效率很低下，同时也存在马氏体m相段的轴向扭曲变形导致根管锉失效的风险；如果马氏体m段过短，虽然可以满足对根管c1和c2段的高效切削，但也会像超弹性根管锉，容易造成塑形后的根管轴线与原始轴线的严重偏移，尤其在根管的c2段。

技术实现要素：

为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种镍钛合金梯度柔性根管锉及其制作方法，有效地提高了使用安全性。

本发明提供了一种镍钛合金梯度柔性根管锉，包括沿所述镍钛合金梯度柔性根管的轴线划分的根管锉尖端部分、根管锉中间部分和根管锉根部，所述根管锉尖端部分的内部组织的为马氏体m相，所述根管锉中间部分为r相，所述根管锉根部为奥氏体a相。

本发明还提供了一种镍钛合金梯度柔性根管锉的制作方法，采用高含镍量的超弹性状态的镍钛合金丝材作为原材料；由上述的原材料制备成一定长度的根管锉坯料，根管锉坯料在柔性梯度化处理装置中进行处理，制备成具有梯度柔性的根管锉坯料；具有梯度柔性的根管锉坯料经过成型加工，制备出具有梯度柔性的根管锉针；具有梯度柔性的根管锉针经过柄的安装，形成镍钛合金梯度柔性根管锉。

作为本发明的进一步改进，所述柔性梯度化处理装置包括导热体、电加热体和保温体，所述电加热体包裹在所述导热体外侧，所述保温体包覆在所述电加热体的外侧；所述柔性梯度化处理装置的中心开设有贯穿所述导热体、电加热体、保温体的通孔，所述通孔下方设置有限位挡块，所述通孔的直径与所述根管锉坯料的直径相匹配，将所述根管锉坯料插入通孔中与导热体充分接触，并使根管锉坯料的下端与限位挡块接触，以保证根管锉坯料被加热位置的准确，所述导热体的高度与根管锉坯料的被加热段的长度相等，通过对电加热体的电流和时间的调节，实现对根管锉坯料的加热温度和时间的精确控制。

本发明还提供了一种镍钛合金梯度柔性根管锉的制作方法,采用高含镍量的超弹性状态的镍钛合金丝材作为原材料，先成型加工成根管锉针，成型后的根管锉针再插入柔性梯度化处理装置中进行处理，制备出具有梯度柔性的根管锉针；根管锉针再经过柄的安装，形成镍钛合金梯度柔性根管锉。

作为本发明的进一步改进，所述柔性梯度化处理装置包括导热体、电加热体和保温体，所述电加热体包裹在所述导热体外侧，所述保温体包覆在所述电加热体的外侧；所述柔性梯度化处理装置的中心开设有贯穿所述导热体、电加热体、保温体的通孔，所述通孔下方设置有限位挡块，所述通孔的直径与所述根管锉针的直径相匹配，将所述根管锉针插入通孔中与导热体充分接触，并使根管锉针的下端与限位挡块接触，以保证根管锉针被加热位置的准确，所述导热体的高度与根管锉针的被加热段的长度相等，通过对电加热体的电流和时间的调节，实现对根管锉针的加热温度和时间的精确控制。

本发明的有益效果是：由于该镍钛合金梯度柔性根管锉的根管锉尖端部分比较柔软，顺应性好，能够引导镍钛合金梯度柔性根管锉顺利到达根管底部，因而可有效防止根管尖部的台阶和侧穿；这种镍钛合金梯度柔性根管锉的根管锉中间部分具有适度的柔顺性和较好的切削能力，可有效地对根管c2段进行塑形的同时，又可避免塑形后根管轴线与原始根管轴线过多的偏移；这种镍钛合金梯度柔性根管锉的根管锉根部具有高的切削能力，可保证根管c1段的高效塑形，又由于该根管锉尖端部分和根管锉中间部分分别为马氏体m相和r相，因而该镍钛合金梯度柔性根管锉具有高的抗疲劳断裂性能，可有效地提高使用安全性。

附图说明

图1是传统根管锉结构图。

图2是传统根管锉工作原理图。

图3是图2的局部放大图。

图4是a相、r相和m相的根管锉的疲劳断裂寿命示意图。

图5是本发明一种镍钛合金梯度柔性根管锉的制作方法的根管锉坯料的示意图。

图6是本发明一种镍钛合金梯度柔性根管锉的根管锉针的示意图。

图7是本发明一种镍钛合金梯度柔性根管锉的制作方法的根管锉坯料与柔性梯度化处理装置的配合示意图。

图8是本发明一种镍钛合金梯度柔性根管锉的制作方法的根管锉坯料与柔性梯度化处理装置的配合示意图。

图9是本发明一种镍钛合金梯度柔性根管锉的制作方法的柔性梯度化处理后的根管锉坯料的示意图。

图10是本发明一种镍钛合金梯度柔性根管锉的制作方法的根管锉坯料、根管锉针与根管锉的示意图。

图11是本发明一种镍钛合金梯度柔性根管锉的制作方法的根管锉针与柔性梯度化处理装置的配合示意图。

图12本发明一种镍钛合金梯度柔性根管锉的制作方法的根管锉针与柔性梯度化处理装置的配合示意图。

具体实施方式

下面结合附图说明及具体实施方式对本发明作进一步说明。

在已经公开的镍钛合金根管锉的文献中，主要是利用了镍钛合金奥氏体a相的超弹性特性和马氏体m相的形状记忆特性，从而达到提高根管锉的实用性和安全性的目的。

事实上，镍钛合金中的r相同样具有非常优异的性能。如前所述，当镍钛合金的组织为r相时，可以提供出约1%的塑性变形应变，继续变形可以提供约5%的超弹性应变，这种超弹性是来自于r相与马氏体m相之间的应力诱发相变，由r→m产生的超弹性的变形抗力与a→m产生的超弹性的变形抗力要小的多，同时r相的抗疲劳断裂性能也比奥氏体a相的也优越的多。

图4示出了同一种规格的根管锉分别处理成奥氏体a相、r相和马氏体m相后，在相同的测试条件下的循环疲劳断裂寿命，测试条件为：测试弯角45°，转速300rpm，测试温度37℃。由图4可见，当根管锉的组织是奥氏体a相时，其疲劳寿命较低；当组织是r相时，其疲劳寿命是奥氏体a相根管锉的2.5倍以上；当组织是马氏体m相时，其疲劳寿命最高，是奥氏体a相根管锉的4倍以上。

根据现已公开的镍钛合金根管锉性能上存在的不足和镍钛合金r相的特点，本发明提出了一种镍钛合金梯度柔性根管锉及其制作方法。

本发明涉及一种镍钛合金梯度柔性根管锉的制作方法，采用已经处理成超弹性状态的镍钛合金作为原材料，合金的含镍量应大于50.6at%ni（原子比）。为了提高合金的强度，镍钛合金需要进行冷拔处理制备成一定直径的丝材，冷拔的变形量应该在35-45%的范围。经冷拔的合金丝材再经过450-600℃、30-120分钟的退火校直处理，作为制造梯度柔性根管锉的根管锉坯料5，如图5。根管锉坯料5经过机械加工形成梯度柔性的根管锉针6，如图6。梯度柔性的根管锉针6安装柄后形成根管锉，如图6。

本发明涉及一种镍钛合金梯度柔性根管锉,从根管锉尖端部分开始,沿根管锉的长度方向,在37℃温度下各段内部具有不同的组织，如图6。在根管锉尖端部分f1段，合金的内部组织为马氏体m相，根管锉中间部分f2段的组织为r相，根管锉根部f3段的组织为奥氏体a相。

如此，这种镍钛合金梯度柔性根管锉的f1段比较柔软，顺应性好，可有效防止根管尖部的台阶和侧穿；f2段具有适度的柔顺性和较好的切削能力，可避免塑形后根管轴线与原始根管轴线过多的偏移；f3段具有高的切削能力和优良的弹性，可保证根管的高效塑形。又由于该镍钛合金梯度柔性根管锉的f1段和f2段的组织分别为马氏体m相和r相，因而具有高的抗疲劳断裂性能，可有效地提高使用安全性。

为了实现本发明涉及的根管锉，使得根管锉在各段具有不同的相组织，本发明提出了一种柔性梯度化处理装置。

该柔性梯度化处理装置由导热体7、电加热体8和保温体9构成。电加热体8紧密包裹在导热体7外侧，外层又包覆有保温体9，以防止热量的散失，在中心开设有通孔10，在通孔10下方设置有限位挡块11，如图7和图8。通孔10的直径与根管锉坯料5的直径相匹配，使得根管锉坯料5插入通孔10中可以与导热体7充分的接触，以确保根管锉坯料5被加热，根管锉坯料5的下端与限位挡块11接触，以保证根管锉坯料5被加热位置的准确。导热体7的高度与根管锉坯料5的被加热段的长度相等。通过对电加热体8的电流和时间的调节，可实现对根管锉坯料5的加热温度和时间的精确控制。

图7是对根管锉坯料5的f2段加热处理时的示意图，通过调节加热体8的加热温度和时间，可以使根管锉坯料5的f2段的组织转变成r相。图8是对根管锉坯料5的f1段加热处理时的示意图，通过调节加热体8的加热温度和时间，可以使根管锉坯料5的f1段的组织转变成马氏体m相。如此获得了各段具有不同的相组织的镍钛合金坯料12,如图9。

分段处理后的镍钛合金坯料12经加工成型，获得所要求的具有柔性梯度的根管锉针6，如图6。根管锉针6再经过柄的安装，形成了本发明说述的镍钛合金梯度柔性根管锉,过程如图10所示。

另外一种镍钛合金梯度柔性根管锉的制作方法是，将镍含量大于50.6at%ni（原子比）的镍钛合金进行冷拔处理，制备成一定直径的丝材，冷拔的变形量应该在35-45%的范围。经冷拔的合金丝材再经过450-600℃、30-120分钟的退火校直处理，然后经机械成型加工成超弹性根管锉针13。加工成型后的超弹性根管锉针13插入处理装置的通孔10中进行热处理，如图11和图12。超弹性根管锉针13经过装置处理后形成了梯度柔性根管锉针6。

图11是机械成型后的超弹性根管锉针13的f2段加热处理时的示意图，通过调节加热体8的加热温度和时间，可以使根管锉针f2段的组织转变成r相。图12是机械成型加工后的超弹性根管锉针13的f1段加热处理时的示意图，通过调节加热体8的加热温度和时间，可以使根管锉针f1段的组织转变成m相。装置中的通孔10可以是仿形的，以便导热体7和超弹性根管锉针13有良好的接触。

梯度柔性的根管锉针6再经过柄部安装，形成了本发明说述的镍钛合金梯度柔性根管锉。

本发明提供的一种镍钛合金梯度柔性根管锉及其制作方法，由于该镍钛合金梯度柔性根管锉的根管锉尖端部分比较柔软，顺应性好，能够引导镍钛合金梯度柔性根管锉顺利到达根管底部，因而可有效防止根管尖部的台阶和侧穿；这种镍钛合金梯度柔性根管锉的根管锉中间部分具有适度的柔顺性和较好的切削能力，可有效地对根管c2段进行塑形的同时，又可避免塑形后根管轴线与原始根管轴线过多的偏移；这种镍钛合金梯度柔性根管锉的根管锉根部具有高的切削能力，可保证根管c1段的高效塑形，又由于该根管锉尖端部分和根管锉中间部分分别为马氏体m相和r相，因而该镍钛合金梯度柔性根管锉具有高的抗疲劳断裂性能，可有效地提高使用安全性。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。