[发明专利]具有混合氧化物边缘区和金属性表面的整体陶瓷体、其制造方法及应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种整体陶瓷体，其制造及应用。本发明尤其涉及一种具有混合氧化物的经化学改变的边缘区的整体陶瓷体，其中该边缘区具有金属性表面。该陶瓷体被发现特别适于用作移植物。

背景技术

移植物一般充当生病的或残疾的人或动物解剖结构的替代物，例如牙齿、关节、手脚等。优选这类移植物应该与生物体内的骨头紧密相连，形成能承受长期载重的稳定的关节。钛植入物和陶瓷植入物都已经可用。钛植入物如今已经因在内科、口腔医学以及兽医医学经过超过30年的使用经历得到了公认，然而陶瓷植入物却仅仅在最近才开始应用于移植学。由于它们优秀的生物适应性、生物惰性、耐腐蚀性以及良好的物理性质，它们在口腔医学中也主要通过被用作移植物得到了公认，但是它们与骨头结合差，或者是根本不能结合。

钛(Titan)的优点在于它具有非常优秀的骨整合，换言之，它能够与骨头紧密相连，并且不会引起变态反应。钛对于氧气的高亲和力导致了在钛植入物表面的钛氧化物层的形成，这造成了有利的特性。骨头与钛氧化物层紧密相连。为了使植入物与骨头的接触表面在技术可能的情况下最大化，糙化了钛植入物的表面。通过这种方法，骨整合能进一步得到提高。如今，钛例如被用作牙科移植物或者是用作在髋关节中接收陶瓷刀片的钛杯。然而，在正畸治疗中，除其它东西以外，使用由钛制成的固定移植物。钛在牙科修复中的应用因铸造技术的进一步提高、CAD/CAM以及制造独立零件的电火花技术的应用而变得可能。

然而，钛有着如下重大缺点，尤其是对于牙科植入来说：

钛是深色的，几乎是黑色的，如果它被磨至高光泽，像是银色，那么美的外观在牙齿的牙颈区中是非常令人期待的。此外，在牙科中，当材料被划擦变得粗糙之后，钛移植物暴露在牙龈外的部分不能被金属制成的超声波顶端清洁，这也就促进了牙菌斑形成的增长。因此，清洁就要求特殊的塑料顶端。

氧化物陶瓷（氧化锆陶瓷、氧化铝、氧化锆-氧化铝的混合物等）是非常坚硬、光滑、绝对耐腐蚀（酸、盐以及体液）的生物惰性材料。此外，它的硬性使得它非常耐磨，也就是说，只有使用金刚石工具才能更改它的外观。此外，材料的白色外观在牙科有着出色的审美优势，至少在牙齿移植物方面。这些特性已经应用在医学方面，举例来说，当在心脏病学中血管的支架具有了陶瓷(Keramik)的表面时就不会造成体内细胞的沉淀了。上述优点也是陶瓷牙齿移植物应用于牙科的一大缺点。正因为材料具有生物惰性，就完全没有或没有足够的移植物的骨整合。

为了尽可能的结合氧化陶瓷和钛这两种材料的优点并且消除各自的缺点，最近采用了两种方法：由有（部分的）陶瓷涂层（涂布）的钛制成的移植物和由有钛或氧化钛涂层的陶瓷制成的移植物。在第一种方法中，那些钛组成的区域在移植之后由于陶瓷涂层不与骨头相连接。在第二种方法中，被钛或氧化钛涂布的陶瓷组成的区域在移植后与骨头相连接，所以在这里就可以发生更好的骨整合。移植物在移植后没有与骨头相连接的区域是剩下没有涂层的区域。

由于钛这种材料的特定属性，也就是说它较低的热膨胀系数，对空气和氧气的极端亲和力以及在882℃时发生的晶格变化，原来常用的金属-陶瓷复合系统（具有陶瓷表面的金属主体，涂布着陶瓷）就不适用了，因为让陶瓷被金属涂布。

当温度到达750-800℃时，通过与陶瓷成分的反应，在钛的表面就已经形成了氧化反应层。当温度接近1000℃时，就像传统陶瓷的制作时一样，氧化层就会得到极限的加固，因此与陶瓷涂层的结合会变弱。此外，由于晶格变化，压力会成为问题，并且也能够对削弱结合产生影响。与其它牙科用合金进行比较，钛有着特别低的热膨胀系数。但是在相互结合之后，陶瓷和金属的热膨胀系数必须预防陶瓷的破裂和剥落，就像发生在给传统陶瓷涂布钛时一样。本领域技术人员都知道，在烧结过程中金属因热膨胀，而陶瓷则经历收缩。

长期以来都认为不可能达到钛-陶瓷系统的粘合强度的理想价值。钛和陶瓷之间较弱的粘合归功于热膨胀系数的必要调整和钛对于氧气的高亲和力，以至于在陶瓷的烧窑过程中，氧化层发生了明显的增长。氧化层的脆性被认为是较低粘合价值的主要原因。