Способ изготовления пористого имплантата тела позвонка с анизотропной структурой

(51) А 611 2144. Н В 2 2 1 3 11 6 АЦИОНАЛЬНЫИ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОИ СОБСТВЕННОСТИ(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОРИСТОГО ИМПЛАНТАТА(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт порошковой металлургии (ВУ)(72) Авторы Савич Вадим Викторович Пилиневич Леонид Петрович Тумилович Мирослав Викторович (ВУ)(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт порошковой металлургии (ВУ)Способ изготовления пористого имплантата тела позвонка с анизотропной структурой,заключающийся в том, что готовят шихту из биосовместимого материала на основе порошка титана, размещают эластичные прокладки между пуансонами пресс-формы и шихтой, осуществляют одноосное двухстороннее прессование шихты при давлении 0,82,0 МПа, при этом прессовку выдерживают в течение 3-10 с при максимальном давлении и, не снижая его, сдвигают матрицу вниз, снимают давление, вь 1 прессовь 1 вают деталь вверх, спекают ее в вакууме при 1190-1230 С в течение 1,5-2,0 ч и калибруют по высоте и боковой поверхности с одновременным формованием фаски на гранях между боковой и торцевой поверхностями.Изобретение относится к порошковой металлургии и может быть использовано в медицине, а именно в травматологии и ортопедии, для изготовления пористых имплантатов тела позвонка, применяемых при переднем спондилодезе позвоночника - эффективном методе хирургического лечения целого спектра патологических состояний позвоночника,таких как опухоли, локализующиеся в 80 случаев в телах позвонков, дегенеративнодистрофические поражения, осложненные стенозированием позвоночного канала, а также оскольчатые переломы и другие повреждения позвоночника.Известен способ получения пористых изделий, которые могу быть использованы в качестве имплантатов, включающий приготовление шихты, одноосное прессование в металлической пресс-форме и спекание 1.Недостатком известного способа является значительная неравномерность распределения пористости по объему изделия (особенно, при соотношении высоты изделия к поперечному размеру больше 2-2,5), связанная с межчастичным трением и трением частиц о стенки пресс-формы. Другим недостатком известного способа являются меньшие размеры пор и пористость поверхностных слоев изделий по сравнению с его внутренним объемом,что связано с пластической деформацией частиц порошка на поверхности прессовки вследствие высоких контактных давлений при контакте с твердой поверхностью матрицы и пуансонов.Известен способ Изготовления пористых изделий в виде стержней и втулок, которые могу быть использованы в качестве имплантатов, методом сухого изостатического прессования, включающий приготовление щихты, радиальное уплотнение рабочей жидкостью через эластичную оболочку и спекание 2.Недостатком известного способа является недопрессовка торцев изделий, что требует их последующей обрезки механической обработкой, ведет к повреждению торцовых поверхностей (зализыванию пор), ограничивает Минимальную высоту изделий (минимум 1,5-2,0 поперечного размера).Известен способ изготовления пористых изделий, которые могу быть использованы в качестве имплантатов, включающий приготовление щихты, эластостатическое радиальное прессование путем одноосного сжатия эластичной оболочки в жестких матрицах жесткими пуансонами и спекание 3.Недостатками способа являются неравномерность пористости, проявляющаяся при соотнощении высоты изделия к поперечному размеру больще 3-3,5, высокая вероятность брака вследствие разрушения или образования трещин в средней части при восстановлении размера эластичного инструмента в осевом направлении, а также уменьшенные по сравнению с внутренним объемом пористость и размеры пор поверхностного слоя торцев изделия.Задача, которую рещает предлагаемое изобретение, заключается в повыщении прочности, расщирении технологических возможностей способа путем обеспечения возможности получения изделий с соотнощением высоты к поперечному размеру в диапазоне от 0,2 О,25 до 5,О-6,О, создании анизотропии пористости и размеров пор по поверхности (на торцах - выще, чем во внутреннем объеме, а на боковой поверхности - меньще, чем во внутреннем объеме), упрощении технологии изготовления за счет отказа от использования специализированного оборудования.Поставленная техническая задача рещается тем, что готовят щихту из биосовместимого материала на основе порощка титана, размещают эластичные прокладки между пуансонами пресс-формы и щихтой, осуществляют одноосное двухстороннее прессование щихты при давлении О,8-2,О МПа, при этом прессовку выдерживают в течение 3-10 с при максимальном давлении и, не снижая его, сдвигают матрицу вниз, снимают давление, выпрессовь 1 вают деталь вверх, спекают ее в вакууме при 1190-1230 С в течение 1,5-2,О ч и калибруют по высоте и боковой поверхности с одновременным формованием фаски на гранях между боковой и торцевой поверхностями.Наличие эластичных прокладок между пуансонами и прессуемой щихтой позволяет распределить давление по поверхности губчатых частиц порощка, избежать их раздавливания во внещнем слое и, тем самым, уменьщения размеров пор и пористости в нем по сравнению с внутренним объемом изделия. В то же время контакт частиц прессуемого порощка по боковой поверхности с металлической матрицей обеспечивает упомянутый вь 1 ще эффект и, тем самым, анизотропию свойств (пористости, размеров пор) на торцовых,боковой поверхности и внутри изделия.Двухстороннее прессование давлением в указанных выще пределах для порощка титана со сдвигом матрицы позволяет обеспечить равномерную пористость и размеры пор, а также равномерную прочность по высоте изделия.Выдержка при максимальном давлении также позволяет обеспечить равномерную пористость и размеры пор, а также равномерную прочность по высоте изделия за счет релаксации напряжений в объеме изделия.Спекание в указанных выще пределах температуры и времени позволяет обеспечить оптимальное сочетание пористости и прочности по внутреннему объему изделия.Калибровка изделия после спекания по высоте и боковой поверхности с одновременным формованием фаски по периметру позволяет дополнительно выровнять пористость по высоте, уменьщить пористость и размеры пор на боковой поверхности. Одновременноеформирование фаски по периметру торцовых поверхностей позволяет обеспечить плавный переход от плотной боковой поверхности К вь 1 сокопористь 1 м торцовым поверхностям, что повышает прочность изделия за счет уменьшения концентрации напряжений по граням.Прессование ведут при давлении 0,8-2,0 МПа, а спекание осуществляют при температуре 1190-1230 С в течение 1,5-2,0 ч. Прессование при давлении меньше 0,8 МПа не позволяет, во-первых, обеспечить достаточной прочности сырой прессовки, во-вторых, не позволяет выровнять пористость и размеры пор в объеме прессовки и ППМ за счет их относительного скольжения. Прессование при давлении больше 2,0 МПа может привести К уменьшению размеров пор, пористости, т.е. не позволяет решить техническую задачу изобретения. Спекание при указанных режимах позволяет обеспечить минимальное искажение поровой структуры и усадку, что дополнительно способствует достижению поставленной цели.Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.Порошок титана прессуют двухсторонне в металлической матрице при давлении 0,8-2,0 МПа через эластичные прокладки (полиуретановые, резиновые, полиамидные и т.п.),сечение которых соответствует сечению пуансонов. Выдерживают при максимальном давлении 310 с, затем, не снижая давление, сдвигают матрицу вниз, уменьшают давление до нуля и окончательно выпрессовывают вверх изделие. Спекание осуществляют при температуре 1190-1230 С в течение 1,5-2,0 ч. После спекания изделие калибруют по боковой поверхности в требуемый размер, а по высоте - в размер с образованием фасок по граням между боковой и торцовыми поверхностями.Порошок титана марки ПТХ 2-1 с губчатой формой частиц размерами 0,063-0,1 мм засыпают в металлическую пресс-форму диаметром 16 мм, на поверхности которых закреплены эластичные прокладки из полиуретана и прессуют диски толщиной 8 мм. Затем осуществляют спекание при температуре 1190-1230 С в течение 1,5-2,О 5 час. После спекания проводят калибровку по боковой поверхности и по высоте с одновременным формированием фасок на гранях между боковой и торцовой поверхностями.Результаты исследований свойств показывают, что при только оптимальных режимах изготовления обеспечивается достижение задачи изобретения.Разработанная нами технология может быть использована при производстве медицинских имплантатов и других изделий.2. Реут О.П., Богинский Л.С., Петюшик Е.Е. Сухое изостатическое прессование уплотняемь 1 х материалов. - Мн. Дэбор, 1998. - С. 14-15.3. Реут О.П., Богинский Л.С, Петюшик Е.Е. Сухое изостатическое прессование уплотняемь 1 х материалов. - Мн. Дэбор, 1998. - С. 10-11.Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.