专利名称：碳质人工股骨头制作方法
一种用于医学假肢体领域的碳质人工股骨头制作方法。
现有的石墨生产工艺大体上由配料、混捏、成型、焙烧、浸渍、石墨化等工序组成的；通常的热解炭涂层工艺是采用中频感应炉进行的。现有的石墨生产工艺和热解炭涂层工艺满足不了碳质人工股骨头的技术性能要求。
本发明的目的在于提供一种能够满足碳质人工股骨头的技术性能要求，由高强度、高密度、膨胀系数大的基体石墨生产工艺，机加成型工艺和质地均匀、光洁、耐磨、耐压、耐腐蚀性能好的表面含硅热解炭涂层工艺组成的碳质人工股骨头制作方法。
本发明的目的是由以下技术方案来实现的一种碳质人工股骨头制作方法，它包括由配料、混捏、成型、焙烧浸渍、石墨化组成的基体石墨生产工艺，由车床车制股骨头基本形状、球磨机精磨成型、钻锥孔组成的机加成型工艺，由以炭氢化合物为气体，经过气相沉积于股骨头表面的含硅热解炭涂层工艺，其特征在于a、在基体石墨生产工艺中的混捏工序至成型工序之间增加轧片、破碎、磨粉工序，并将成型工序采用等静压成型，首先按重量份比，石油焦90～92份和炭黑8～10份组成的细颗粒粉料，再将重量份比，细颗粒粉料68～72份，液体沥青28～32份进行配料，将制备好的细颗粒粉料置入混捏机的锅中，待温度升至120℃时，加入液体沥青，混捏温度130～150℃，混捏时间为45～60分钟，将混捏好的糊料，在挤压机上挤压成片状，凉至室温，在破碎机上进行破碎，破碎后在磨粉机上磨成粒度小于0.01毫米的粉料，将粉料装入橡胶袋中，震实、封口、抽真空，在等静压机上，工作压力为120～150MPa成型，压制成型的棒材，装入坩锅内进行焙烧，曲线为320小时，然后进行浸渍，其工作压力为15MPa，浸好的棒材，再进行焙烧浸渍，要反复进行3～4次，2～3次焙烧在遂道窑上进行，曲线为78小时，在炉温大于2400℃进行石墨化；b、将机加成型的股骨头放人中频感应转炉内，炉温温度为1250～1360℃，向炉内充入由氩气、液化气和硅烷组成的炭氢化合物气体，总流量为10～16升/分，其中氩气流量为6～10升/分，液化气流量为2～3升/分，硅烷流量为2～3升/分，经过45～60分钟的气相沉积，在股骨头表面涂上一层含硅的热解炭。
本发明的碳质工人股骨头制作方法，由于在基体石墨生产工艺中的配料工序采用石油焦和炭黑组成的细颗粒粉料再与液体沥青进行配料，能够提高基体石墨的膨胀系数，使与股骨头热解炭涂层的热膨胀系数相匹配，避免由于热膨胀不均匀而导致碳质人工股骨头成品产生裂纹；由于在基体石墨生产工艺的混捏工序，成型工序之间增加轧片工序，能够提高基体石墨的内部结构质量、体积密度和抗折强度，由于在基体石墨生产工艺的成型工序采用等静压成型，压制的基体石墨棒材各向同性好；由于在热解炭涂层工艺中，采用中频感应转炉，炉膛为卧式可转动结构，股骨头在转炉内受热均匀转动球体受热好。因而热解炭涂层质地均匀，表面光洁；采用本发明的碳质人工股骨头制作方法能够获得具有质轻、耐压、耐磨、耐腐蚀，使用寿命长的碳质人工股骨头。
图1为碳质人工股骨头结构示意图。
下面利用实施例详细描述本发明。
碳质人工股骨头制作方法包含基体石墨生产工艺，股骨头机加成型工艺和股骨头表面含硅热解炭涂层工艺。
基体石墨生产工艺配料采用重量份比，石油焦90～92份和炭黑8～10份组成的细顺粒粉料，粉子纯度大于85％(小于0.075毫米的含量)，不许有大于0.5毫米以上的粒子。再将重量份比，细颗粒粉料68～72份，液体沥青28～32份进行配料。
混捏将制务备的细颗粒粉料置入混捏机的锅中，待温度升至120℃时，加入液体沥青，混捏温度为130～150℃，混捏时间为45～60分钟。
轧片将混捏后的糊料，在挤压机上挤压片状，凉至室温。
破碎将片状料，在破碎机上进行破碎。
磨粉将破碎后的颗粒料，在磨粉机上磨成粒度小于0.10毫米的粉料。
等静压成型将制备好的粉料装入橡胶袋中，震实、封口、抽真空，在待静压机上成型，工作压力为120～150MPa。
焙烧浸渍压制成型的棒材，装入坩锅内进行焙烧，曲线为320小时，然后进行浸渍，其工作压力为15MPa，浸好的棒材，再进行焙烧、浸渍，要反复进行3～4次。(2～4次焙烧可在遂道窑上进行，曲线为78小时)。
石墨化将焙烧浸渍的棒材，炉温大于2400℃，在石墨炉内进行石墨化。
参照图1，股骨头机加成型工艺是在车床上将基体石墨棒料车制成股骨头基本形状，再用壳体包容的两片砂轮进行精加工，精加工后得到球形体.，再在钻床上，使用专用胎具钻成锥孔2。
股骨头表面含硅热解炭涂层工艺将机加成型的股骨头放入中频感应转炉内，炉温温度为1250～1360℃，向炉内充入由氩气、液化气和硅烷组成的炭氢化合物气体，其中氩气纯度99.9％，液化气丙烷含量大于70％，硅烷纯度99.9％，总流量为10～16升/分，其中氩气流量为6～10升/分，液化气流量为2～3升/分，硅烷流量为2～3升/分，经过45～60分钟的气相沉积，在股骨头表面涂上一层含硅的热解炭。
本发明的碳质人工股骨头的基体石墨理化指标为灰分0.03～0.08％，真密度≥2.21g/cm3，体积密度≥1.76g/cm3，热膨胀系数4.5～5.5×10-6/℃(100～600℃)，弹性模量15～19GPa，抗压强度≥65MPa，抗折强度≥27MPa。
热解炭头的力学性能指标为球体耐压≥2000kg，体密度1.95～2.15g/cm3，显微硬度≥2500MPa，硅含量7～11％。
表面涂层质量表面光滑，无裂纹，无粘结物，质地均匀，表面粗糙度Ra≤1.6μm，热解炭涂层厚度≥0.3mm。
权利要求
1.一种碳质人工股骨头制作方法，它包括由配料、混捏、成型、焙烧浸渍、石墨化组成的基体石墨生产工艺，由车床车制股骨头基本形状、球磨机精磨成型、钻锥孔组成的机加成型工艺，由以炭氢化合物为气体，经过气相沉积于股骨头表面的含硅热解炭涂层工艺，其特征在于a、在基体石墨生产工艺中的混捏工序至成型工序之间增加轧片、破碎、磨粉工序，并将成型工序采用等静压成型，首先按重量份比，石油焦90～92分和炭黑8～10份组成的细颗粒粉料，再将重量份比，细颗粒粉料68～72份，液体沥青28～32份进行配料，将制备好的细颗粒粉料置入混捏机的锅中，待温度升至120℃时，加入液体沥青，混捏温度130～150℃，混捏时间为45～60分钟，将混捏好的糊料，在挤压机上挤压成片状，凉至室温，在破碎机上进行破碎，破碎后在磨粉机上磨成粒度小于0.01毫米的粉料，将粉料装入橡胶袋中，震实、封口、抽真空，在等静压机上，工作压力为120～150MPa成型，压制成型的棒材，装入坩锅内进行焙烧曲线为320小时，然后进行浸渍，其工作压力为15MPa，浸好的棒材，再进行焙烧浸渍，要反复进行3～4次，2～3次焙烧在遂道窑上进行，曲线为78小时，在炉温大于2400℃进行石墨化；b、将机加成型的股骨头放入中频感应转炉内，炉温温度为1250～1360℃，向炉内充入由氩气、液化气和硅烷组成的炭氢化合物气体，总流量为10～16升/分，其中氩气流量为6～10升/分，液化气流量为2～3升/分，硅烷流量为2-3升/分，经过45～60分钟的气相沉积，在股骨头表面涂上一层含硅的热解炭。
全文摘要
一种用于医学假肢体领域的碳质人工股骨头制作方法,它包括由配料,混捏、成型、焙烧浸渍、石墨化组成的基体石墨生产工艺,股骨头形状机加工艺和以碳氢化合物为气体,经气相沉积于股骨头表面的含硅热解炭涂层工艺,其特点是:在混捏至成型工序间增加轧片工序,并采用等静压成型,股骨头表面涂热解炭采用中频感应转炉进行。用此方法制作的碳质人工股骨头具有质轻、耐磨、耐压、耐腐蚀、机械强度高、使用寿命长等优点。
文档编号A61L27/08GK1299684SQ9912681
公开日2001年6月20日 申请日期1999年12月14日 优先权日1999年12月14日
发明者陈兰田, 李世长, 刘培桐, 陈明钊, 张静, 胡明, 兰尚文, 陈虹, 赵德本, 徐扬, 车琪 申请人:吉林市中心医院