專利名稱：用于關(guān)節(jié)置換的假體的制作方法
用于關(guān)節(jié)置換的假體
相關(guān)申請的交叉引用本申請要求2006年3月6日遞交的、題目為"用于關(guān)節(jié)置換的假體"的美國臨 時專利申請No. 60/779,542的優(yōu)先權(quán)，并且通過引用將所述美國申請的披露內(nèi)容的全部包 括在本文中。
關(guān)于聯(lián)邦贊助研究或開發(fā)的聲明:不適用。
聯(lián)合研究協(xié)議方名稱:不適用。
序列表:不適用。
背景所公開的實施方案總地涉及修復術(shù)(prosthetics)和關(guān)節(jié)置換的領(lǐng)域，并且更 具體地，涉及用于在該領(lǐng)域中使用的材料以及制造這些材料的方法。關(guān)節(jié)置換手術(shù)，包括 髖、膝和肩置換，正變成一種日益普遍的過程。關(guān)節(jié)的運動一般包括兩個表面相對于彼此 的摩擦，例如在髖關(guān)節(jié)中股骨頂部或頭在骨盆窩(髖臼)中的旋轉(zhuǎn)，從而所述表面受到磨 耗。所述磨耗隨時間而可能導致這些支撐型表面之間配合的松弛并且將殘片(debris)引 入人體。因此，存在對沒有其他低磨耗設計的缺點(即高成本、高復雜性和高破碎風險) 的持久的、低磨耗關(guān)節(jié)置換假體的需要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明總地涉及修復術(shù)，并且更具體地涉及用于關(guān)節(jié)置換的假體以及制造這些 假體的方法。本發(fā)明的一個實施方案是一種假體，所述假體包括至少兩個關(guān)節(jié)連接表面(例 如頭和窩)，其中所述關(guān)節(jié)連接表面中的至少一個包括磨料復合物。根據(jù)實施方案，所述 復合物包括分散在基體材料中的超級磨料或其他磨料材料(例如超級磨料顆粒)。在實施 方案中，所述復合物包括分散的磨料相和連續(xù)的基體相。在另一實施方案中，所述復合物 包括分散的磨料微粒和連續(xù)的基體相。根據(jù)本發(fā)明，所述磨料顆粒不具有顯著的顆粒間結(jié) 合(bonding)。所述磨料材料可以包括超級磨料顆粒。所述基體可以包括各種材料，例如金屬、 陶瓷或樹脂。在實施方案中，所述磨料材料附著于所述基體。所述磨料材料構(gòu)成至少約20% 的所述復合物。根據(jù)一些實施方案，所述的基體的抗磨損性低于所述磨料相。在本發(fā)明的 假體中使用的復合物由生理學上惰性的材料構(gòu)成。在實施方案中，所述復合物包含少于5%的顆粒間結(jié)合。在實施方案中，所述復合物包含少于10%的顆粒間結(jié)合。在實施方案中， 基體中的所述顆粒是金剛石顆粒，并且所述復合物不包含sp3金剛石間結(jié)合。在一個實施方案中，在本發(fā)明的假體中使用的復合物具有小于約20mm"分鐘 的線性磨耗率(ASTMG65或類似標準)。在另一實施方案中，在本發(fā)明的假體中使用的 復合物的線性磨耗率低于約15mmV分鐘。在實施方案中，在本發(fā)明的假體中使用的復合 物的線性磨耗率低于約7mmV分鐘。在實施方案中，在本發(fā)明的假體中使用的復合物具有 小于30pm/天的磨耗率(Taber)。在實施方案中，在本發(fā)明的假體中使用的復合物具有小 于10pm/天的磨耗率。在實施方案中，在本發(fā)明的假體中使用的復合物具有小于0.5的摩 擦系數(shù)。在實施方案中，在本發(fā)明的假體中使用的復合物具有小于0.25的摩擦系數(shù)。在實 施方案中，在本發(fā)明的假體中使用的復合物具有小于0.2的摩擦系數(shù)。本發(fā)明的另一實施方案是一種假體關(guān)節(jié)，所述假體關(guān)節(jié)包括具有關(guān)節(jié)連接支 撐表面的第一構(gòu)件，以及具有第二關(guān)節(jié)連接表面的第二構(gòu)件，所述第二表面和所述第一關(guān) 節(jié)連接表面相符合(conformto)。所述一個構(gòu)件或兩個構(gòu)件包括這樣的復合物，所述復 合物包括分散在連續(xù)基體中的分散的磨料顆粒。所述分散的顆?？梢园ǔ壞チ项w粒。 一實施方案是一種假體關(guān)節(jié)，所述假體關(guān)節(jié)包括髖臼杯和股骨頭，其中所述杯和頭中的每 一個包括關(guān)節(jié)連接支撐表面；并且所述表面中的至少一個包括在連續(xù)基體中的分散的顆粒 的復合物。本發(fā)明的另一實施方案是一種可植入假體，包括具有支撐表面的連接關(guān)節(jié)，其 中所述表面中的至少一個包括包含在連續(xù)基體中的分布的硬相的復合物。所述復合物可以 包含磨料、超級磨料或前述分散在基體材料中的顆粒的組合。所述基體可以包括例如金屬、 陶瓷或樹脂。所述磨料、超級磨料或組合的顆?？梢愿街剿龌w材料。所述磨料、超 級磨料或組合的顆粒可以總共構(gòu)成(comprise)所述復合物的至少約20%。本發(fā)明的一實施方案是一種用在假體關(guān)節(jié)中的關(guān)節(jié)連接表面，所述表面包括復 合物。所述表面可以包括具有分散的磨料相和連續(xù)的基體相的復合物。根據(jù)另一實施方案， 所述表面包括結(jié)構(gòu)基底和復合物覆層，其中所述復合物覆層包括分散的磨料顆粒和連續(xù)的 基體相，并且其中所述連續(xù)的基體相附著到磨料顆粒并且附著到所述基底。所述表面磨料 可以包括超級磨料顆粒。如本文進一步描述的，本發(fā)明還包括制造包括復合物的假體的方法。 附圖簡要說明

圖1描繪Ni-P/金剛石復合物覆層的橫截面。
具體實施例方式在描述本方法、系統(tǒng)和材料之前，要理解本公開不限于所描述的特定方法、系 統(tǒng)和材料，因為這些可以改變。還要理解，在本描述中使用的術(shù)語僅用于描述特定版本或 實施方案的目的，而不打算限制范圍。例如，如在這里和所附權(quán)利要求書中使用的，除非 上下文以其他方式明確指出，否則單數(shù)形式"一 (an， an)"和"所述"包括復數(shù)指代。此外，
使用在這里，詞匯"包括"意指"包括但不限于"。除非以其他方式限定，否則在這里使用的 所有技術(shù)和科技術(shù)語具有如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所普遍理解的相同含義。這里描述的實施方案探討"超級磨料(supembrasive)"材料在關(guān)節(jié)置換假體中 有益的耐磨耗和低摩擦性質(zhì)，而沒有與之前提出的途徑相關(guān)聯(lián)的復雜性、缺點或高成本中 的一種或更多種。超級磨料是具有至少約2000努氏硬度(Knoop)或更高硬度的材料，例 如金剛石和立方氮化硼。超級磨料由于其極高的硬度和抗磨損性而與"常規(guī)"硬顆?；蚰チ?顆粒(諸如氧化鋁、氧化鋯、碳化硅、碳化鎢和生物學上感興趣的陶瓷)相區(qū)別。在本發(fā)明的一個實施方案中，提供了包括分散或分布在另一材料的基體中的磨 料顆?；虺壞チ项w粒的復合材料。在本發(fā)明中使用的磨料和超級磨料顆粒的直徑一般小 于約500微米，并且優(yōu)選地小于約IOO微米。本發(fā)明的復合材料可以用于包覆(coat)關(guān) 節(jié)置換假體的關(guān)節(jié)連接表面中的一些或全部，或者可以用于形成整個假體本身。所述連續(xù)基體可以是諸如金屬、金屬合金、聚合物、常規(guī)陶瓷、非共價陶瓷、 非碳化物陶瓷、玻璃、復合物或其組合的任何材料。優(yōu)選地，基體材料的抗磨損性低于超 級磨料的抗磨損性。優(yōu)選地，所選擇的材料是生理學上惰性的。復合物的超級磨料顆?？?以以任何含量或體積分數(shù)存在，但是一般為至少約20%體積，以提供期望的耐磨損性。超 級磨料顆粒的示例性含量范圍包括約20到約50體積百分比，約25到約50體積百分比， 約25到約40體積百分比，約50到約70體積百分比，以及約15到約70體積百分比。根據(jù)實施方案，在本發(fā)明的假體中使用的復合物具有小于約20mm"分鐘的線 性磨耗率(ASTMG65或類似標準)。在本發(fā)明的假體中使用的復合物的線性磨耗率可以 低于約15mm"分鐘，或者可以低于約7mm"分鐘。在實施方案中，在本發(fā)明的假體中使 用的復合物具有小于30nm/天的Taber磨耗率。在實施方案中，在本發(fā)明的假體中使用的 復合物具有小于10pm/天的磨耗率。在實施方案中，在本發(fā)明的假體中使用的復合物具有 小于0.5的摩擦系數(shù)。在實施方案中，在本發(fā)明的假體中使用的復合物具有小于0.25的摩 擦系數(shù)。在實施方案中，在本發(fā)明的假體中使用的復合物具有小于0.2的摩擦系數(shù)。在實施方案中，磨料或超級磨料顆粒附著到基體。雖然不希望受理論所限，本 實施方案中的顆粒可以通過機械結(jié)合、主要化學結(jié)合、次要相互作用(例如但不限于分散 力、范德華相互作用)、氫鍵結(jié)合等等的任何組合附著到基體。顆?？梢员话惨蕴岣咚?們對基體材料的附著性，或者防止基體材料與顆粒發(fā)生化學反應。在單種復合物中可以使 用多于一種的顆粒類型?；w還可以包含其他分散的或連續(xù)的相以提供其他功能，所述相
包括填料、增強須(whisker)或纖維、提高生物相容性的生物活性材料、生物學上感興趣 的非超級磨料或陶瓷、滑潤劑或其他材料。包括離散的超級磨料顆粒和連續(xù)的基體的復合材料可以被實施為整個部件 (component)、組件(assembly)中的子部件，或者實施為背襯(backing)材料上的層 或覆層。所述復合物和/或部件可以被后處理(post-process)以進一步改善性能。后處理 可以包括諸如熱處理或退火的批量處理，或者諸如精研、拋光的表面處理，或者以諸如潤 滑劑或填充材料的其他材料包覆。與現(xiàn)有技術(shù)不同，這里描述的復合材料不包含顯著量的磨料間(例如金剛石間) 結(jié)合；相反，所述顆粒基本上分散(即離散)在連續(xù)基體內(nèi)。這樣，復合物的磨料(包括 超級磨料)顆粒包括在連續(xù)基體內(nèi)的非連續(xù)相，以及少于25%的顆粒形成顆粒間結(jié)合。在 實施方案中，復合物包含少于10%的顆粒間結(jié)合。在實施方案中，復合物包含少于5%的 顆粒間結(jié)合。在實施方案中，基體內(nèi)的顆粒為金剛石顆粒，并且復合物不包含sp3金剛石 間結(jié)合。對這樣的復合材料的使用在降低現(xiàn)有技術(shù)解決方案的復雜性、成本和不期望的 性質(zhì)(例如脆性)的同時提供了改進的耐磨損性和相關(guān)聯(lián)的優(yōu)點。除載有陶瓷承的聚合物
(ceramic-loadedpolymer)夕卜，每個現(xiàn)有技術(shù)的解決方案均包括單一材料或燒結(jié)復合物， 其中存在著磨料材料的粒間結(jié)合，使得磨料材料大部分為連續(xù)相。例如，包括燒結(jié)PCD 的現(xiàn)有技術(shù)在金剛石粒子之間具有實質(zhì)上的結(jié)合，形成連續(xù)的金剛石基體。類似地，陶瓷 的關(guān)節(jié)連接表面包括陶瓷粒子的燒結(jié)，以形成固形(solid)部件。在這兩種情況中，燒結(jié) 過程增加成本并且導致不期望的性質(zhì)。其他解決方案，例如DLC包覆(coating) 、 CVD 金剛石包覆、陶瓷包覆、金屬和聚合部件，在關(guān)節(jié)連接表面包括單一材料或合金。載有陶 瓷承的聚合物具有分布的陶瓷顆粒，但是該領(lǐng)域中的工作已經(jīng)被限于具有低抗磨損性的陶 瓷，并且在大多數(shù)情況下限于在生物學上感興趣的陶瓷。本發(fā)明的一個實施方案涉及包覆金屬關(guān)節(jié)置換部件的一個或更多個表面，例如 髖置換假體的球(ball)和/或窩(即股骨頭和髖臼杯)，其中復合物覆層由金屬基體和諸 如金剛石的超級磨料顆粒構(gòu)成。可替換地，所述假體可以用于肩、膝或其他關(guān)節(jié)。這樣的 覆層可以通過任何數(shù)量的方法來施加，所述方法包括無電鍍(electrolessplating)或電鍍 (electrolytic plating)、熱噴涂方法、氣相沉積方法、陽極處理等等。使用對施加技術(shù)和 表面準備的適當選擇，覆層的金屬基體將牢固地附著到金屬部件體，由此克服一些DLC 和CVD金剛石覆層的限制。在一些實施方案中，復合物包含約30到約40體積百分比的 金剛石和/或其他超級磨料。在其他實施方案中，復合物包含直至70體積百分比的金剛石 和/或其他超級磨料。如這里所描述的，其他超級磨料含量是可能的。在一些情況下，金屬基體可以被選擇為具有與基材(base)部件相同或類^l的 組成。例如，鈦-金剛石復合物覆層可以被施加到具有當前用于關(guān)節(jié)假體中的類型的鈦基
材，或者金剛石、鈷和/或鉻的復合物可以施加到鈷/鉻部件。金屬基體-磨料復合物覆層的 一個實施例是使用在專利文獻(美國專利3,936,577; 4,997,686; 5,145,517; 5,500,330; 5,863,616; 6，306，466，每一篇這些美國專利的公開內(nèi)容通過引用被包括在本文中)和相關(guān) 文獻(例如R. Barras等人的"Electroless Nickel Coatings-Diamond Containing (含金剛石的 無電鍍鎳覆層)"，無電鍍鎳會議，1979年11月，辛辛那提，俄亥俄州)中描述的無電鍍 方法制備的Ni-金剛石復合物。圖1中的顯微圖示出具有鎳-磷作為金屬基體而金剛石作為 分布的相的復合物覆層。其他金屬基體以非限制性的方式可以包括無電鍍銅、鈷或銀。電 解處理的實施例可以包括鉻、鎳、鉑或鐵。另一種為關(guān)節(jié)置換假體的關(guān)節(jié)連接表面形成金屬-超級磨料復合物的途徑是在 金屬部件或金屬部件的部分中嵌入超級磨料。嵌入可以在正形成部件時發(fā)生，或者作為后 成形處理發(fā)生。例如，可以在鑄造金屬基體時向金屬基體中加入超級磨料，或者在粉末金 屬工藝中作為組分加入。對于某些可以耐受溫度和化學環(huán)境的超級磨料材料或被包覆的超 級磨料來說，在鑄造期間將超級磨料顆粒加入到熔融金屬中是可能的。更實際并且可能更 廣泛應用的途徑是使用粉末化的金屬。粉末化的金屬可以與超級磨料顆粒共混，并且例如 通過注?；驂耗砟Ｖ茷殛P(guān)節(jié)連接表面。需要提高的溫度來燒結(jié)金屬粒子以及在超級磨料 顆粒周圍形成連續(xù)或半連續(xù)的金屬基體?？梢匀鐭岬褥o壓中那樣正在施加壓力時施加所述 溫度，或者在所謂的免燒結(jié)操作中在形成"料坯(greenbody)"之后施加所述溫度。選項 包括將整個部件形成為金屬-超級磨料復合物，在部件基材的關(guān)節(jié)連接表面上施加金屬-超 級磨料復合物層，或者甚至施加分級的(graded)金屬-超級磨料復合物，在所述分級的金 屬-超級磨料復合物中磨料的含量可以隨在部件中的位置而改變。在一些實施方案中，覆 層厚度可以在約20到約500微米厚之間。其他厚度是可能的。另一實施方案包括具有聚合基體和分布的超級磨料顆粒的復合材料。金剛石或 立方氮化硼顆?？梢砸远喾N方式加入到聚合物基體中，所述方式包括但不限于在壓模之前 共混樹脂和超級磨料顆粒、將超級磨料復合到熔融樹脂中以用于注模、溶液涂布，或者在 固化或交聯(lián)之前共混。樹脂可以具有任何形式，包括填充的、未填充的或增強的熱塑性塑 料，熱固性材料，交聯(lián)的聚合物，環(huán)氧樹脂等等。所述復合物可以包括其中超級磨料遍布 其分布的整個部件、附著到其他材料背襯的層、基底上薄的一體式層或者覆層，或者其中 超級磨料含量朝關(guān)節(jié)連接表面增加的部件。分級的或者分層的結(jié)構(gòu)可以例如通過形成粉末 層、通過包含超級磨料和不包含超級磨料的熔融物的共注，或者通過在分布超級磨料微粒 之后將聚合物或溶液引入模子中來形成?？赡苄枰獧C加工、研磨、成型或者其他方式的后 處理來將該復合物/部件轉(zhuǎn)換為其最終形式，以用于假體中。另一實施方案包括具有陶瓷基體和分布的超級磨料顆粒的復合材料?？梢允褂?用于通過在形成料坯和/或燒結(jié)前在超級磨料顆粒中共混陶瓷粉末來制造陶瓷體的任何工 藝制造該復合物。同樣，所述超級磨料復合物可以是整個關(guān)節(jié)置換部件、該部件的關(guān)節(jié)連 接表面上集中的(concentrated)層，或者具有較高的超級磨料顆粒含量的分級的復合物。 盡管該復合物可以具有對現(xiàn)有陶瓷關(guān)于脆性和破碎的類似限制，但是超級磨料具有進一步
提高耐磨損性的潛力。另一實施方案是由分布在金屬-陶瓷共復合物(例如Excera Materials Inc.以 ONNEX名稱開發(fā)和營銷的那些)中的超級磨料顆粒構(gòu)成的復合物。這些基體材料是陶瓷 和金屬的雙連續(xù)(co-continuous)復合物，具有在10微米(pm)量級的疇寬度(domain width)?？梢栽谛纬闪吓髦皩⒊壞チ吓c金屬和陶瓷粉末一起引入。同樣，該包含超 級磨料的復合物可以是本體部件(bulkcomponent)、關(guān)節(jié)連接表面上的層，或者其中超 級磨料含量朝關(guān)節(jié)連接表面增加的分級的復合物。這里描述的途徑可以擴展到常規(guī)的磨料，以例如提高具有分布的磨料粒子的關(guān) 節(jié)置換假體的金屬關(guān)節(jié)連接表面的抗磨損性。例如，其中分散有碳化硅磨料顆粒的鎳基體 可以被用在本文所描述的應用中。本發(fā)明因此包括具有改進的磨耗性、由包括分散在連續(xù) 基體中的磨料材料的復合物形成或包覆的假體。示例性復合材料可以具有約20體積百分 比或更多的磨料，其中約25到約40體積百分比為優(yōu)選范圍。本發(fā)明可應用于人體修復術(shù)，但是還可以被利用在獸醫(yī)修復術(shù)中。本發(fā)明還包 括制造所公開的修復術(shù)器件的方法。
實施例在一組測試中，通過用具有受控尺寸和組成的砂來磨損測試樣本來測量耐磨損 性。該測試基于ASTMG64標準的過程C，其中測試樣本被壓在旋轉(zhuǎn)輪(具有橡膠邊緣) 上，同時受控砂流在輪旋轉(zhuǎn)方向上被引入到輪和測試樣本之間的間隙中。以200轉(zhuǎn)每分鐘 (rpm)的輪速和130牛頓的負載使用DUOCOM干磨測試器。具有約200到約300nm粒 徑的AFS 50-70石英砂以30克/分鐘被饋送到所述間隙達30秒。測試的樣品是以具有變化的粒徑、金剛石體積分數(shù)和磷含量的M-P或Ni-P/ 金剛石復合物無電鍍包覆的304不銹鋼試樣。用于包覆無金剛石Ni覆層的包覆方法為標 準的無電鍍Ni; Ni-P/金剛石復合物的包覆在R.Barras等人的"Electroless Nickel Coatings-Diamond Containing (含金剛石的無電鍍鎳覆層)"(無電鍍鎳會議，1979年11 月，辛辛那提，俄亥俄州)和美國專利No. 3,936,577; 4，997，686; 5,145,517; 5,300,330; 5,863,646和6,306,466中描述。所有M-P和Ni-P/復合物試樣均在約400攝氏度在氮中被 熱處理1小時，以提高它們的抗磨損性。對比測試的是裸露的不銹鋼試樣以及以硬鉻、鎢 鉻鈷合金(Stdlite)和氧化鋁-二氧化鈦(13重量百分比的二氧化鈦)覆層包覆的試樣。 通過標準的鍍敷方法沉積硬鉻至200pm的厚度，Stellite-6為鈷基的硬質(zhì)焊敷層，通過焊 接沉積至50(Vm的厚度，并且通過等離子噴涂(其中Ni-Al-B-Si的結(jié)合覆層厚度為10pm) 使氧化鋁-二氧化鈦沉積至約100pm的厚度。所有樣品均在丙酮超聲波浴中清潔10分鐘、 干燥并且在測試前稱重。在干磨測試之后，樣品再次在超聲波浴中清潔10分鐘、干燥并重新稱重?；?于質(zhì)量損失來確定耐磨損性，使用覆層密度轉(zhuǎn)換為體積，并且以立方毫米每分鐘(mm"min) 來報告。在所有情況下，磨耗測試均在覆層深度被穿透之前完成。Ni-P覆層(4M的P)以28.3 mm3/min的速率磨耗，而所有Ni-P/金剛石復合物 (4%和9%的P)以2.4到6.5 mm3/min的速率磨乾具有30體積百分比的平均粒徑為2nm 金剛石的覆層為平均最佳表現(xiàn)，具有2.9mm"min的平均磨耗。具有25體積百分比的平均 粒徑為0.25pm金剛石的覆層也表現(xiàn)良好，具有4.1mmVmin的平均磨耗率。具有40體積 百分比的平均粒徑為8pm金剛石的覆層平均為6.2 mm3/min的磨耗率。較高的磷水平在一 定程度提高復合物覆層的抗磨損性，而覆層厚度(在50和20(Vm之間)則沒有影響。但 是，數(shù)據(jù)明確顯示了在具有相同基體材料的金屬表面(Ni)和Ni/金剛石復合物之間存在 4到10倍的抗磨損性的提高。作為比較，裸露的不銹鋼以大于60mm3/min磨耗，而Stdlite 覆層的磨耗率大于50mmVmin。相對于Ni-P，陶瓷的氧化鋁-二氧化鈦覆層和硬鉻覆層分 別顯示了大致22 mm3/min和7 mm3/min的改進的耐磨損性，然而它們中無一表現(xiàn)得與任 一 Ni-P/金剛石復合物一樣好。事實上，最好的M-P/復合物粗略地7倍優(yōu)于(7X better than) 陶瓷覆層。使用了銷-盤摩擦計(pin-and-disctribometer)來測量滑動磨耗和摩擦。來自 CSM Instruments SA的該器具具有一樣品保持器，在該保持器中具有高度5-10mm、直徑 55mm的盤(包覆的或未包覆的)可以被安裝并螺接到所述器艮另一接觸材料是具有6mm 直徑和10mm高度的銷。所述盤可以以0-500rpm的速度旋轉(zhuǎn)，而所述銷為固定的。銷保 持器將銷緊緊地保持在底部，靠著所述盤。對于所有測試，銷被加載10牛的負載。測試 以0.5米/秒的滑動速度進行2000米。通過計算機界面得到了摩擦系數(shù)相對于時間和滑動 距離的記錄(trace)。通過在測試前后測量重量獲得了盤和銷的磨耗損失。在重量測量進 行前樣品以超聲波的形式在丙酮中清潔。上面描述的覆層被用于該測試中。當銷和盤以相同的材料包覆時，盤上(以10E-5mmVmin來報告)的干磨耗因 子對于Ni-P來說為3.4，而對于Ni-P/金剛石復合物來說為1.1到1.7，即2到3倍的提高。 對于銷的磨耗因子也更好，對于Ni-P為0.44，對于Ni-P/金剛石復合物為0.15到0.3。Ni-P/ 金剛石復合物還優(yōu)于裸露的304不銹鋼、氧化鋁-二氧化鈦以及Stellite，裸露的304不銹 鋼、氧化鋁-二氧化鈦以及Stellite具有30、 151和14的盤磨耗率。硬鉻有競爭力地為1.6， 但是，基于通過向Ni-P覆層引入金剛石所看到的提高，如果在復合的鉻/金剛石復合物覆 層中存在金剛石，則人們將希望類似的提高。對于這些替換性材料的銷磨耗顯示了同樣的 趨勢。Ni-P/金剛石復合物還具有低得多的摩擦系數(shù)。相對于Ni-P0.55的摩擦系數(shù)、 硬鉻0.72的摩擦系數(shù)、Stdlite 0.76的摩擦系數(shù)以及裸露的304不銹鋼0.63的摩擦系數(shù)， 具有2和8pm的粒徑的Ni-P/金剛石分別具有0.17和0.12的摩擦系數(shù)。很清楚，含金剛 石的復合物降低了滑動部件間的磨擦。
還進行了在另一標準測試——Taber測試中的磨耗測試，以將Ni-P覆層與Ni-P/ 金剛石復合物進行比較。以1000克的負載和CS-10輪使用型號5130 Taber測試器進行5000 周(cycle)。具有8pm粒徑的復合物的磨耗率僅為0.2nm/天，具有2pm粒徑的復合物的 磨耗率為4nm/天，具有0.25nm粒徑的復合物的磨耗率為7pm/天。相比之下，Ni-P覆層 以30pm/天磨耗。再一次，這些數(shù)據(jù)證明了分布在基體中的超級磨料粒子所述提供的提高 的耐磨損性。應該意識到，各種上面公開的以及其他特征和功能，或者它們的替換方案，可 以以期望的方式組合到很多其他不同的系統(tǒng)或應用中。因此，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以作出其 中的各種當前未預見或未預料的替換方案、修改、變體或改進，這些替換方案、修改、變 體或改進打算被所附權(quán)利要求書包括。
權(quán)利要求
1. 一種假體，包括至少兩個關(guān)節(jié)連接表面；其中所述關(guān)節(jié)連接表面中的至少一個包括磨料復合物，所述磨料復合物包括分散在基體材料中的超級磨料顆粒。
2. 如權(quán)利要求l所述的假體，其中所述基體材料包括金屬、陶瓷或樹脂。
3. 如權(quán)利要求l所述的假體，其中所述超級磨料顆粒附著于所述基體材料。
4. 如權(quán)利要求l所述的假體，其中所述超級磨料顆粒構(gòu)成至少約20%的所述復合物。
5. —種用于假體關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)連接表面，所述關(guān)節(jié)連接表面包括具有分散的磨料相和連續(xù)的基體相的復合物，所述的基體的抗磨損性低于所述磨料相。
6. 如權(quán)利要求5所述的表面，其中所述基體由生理學上惰性的材料構(gòu)成。
7. 如權(quán)利要求5所述的表面，其中所述磨料相包括超級磨料顆粒。
8. —種用于假體關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)連接表面，包括 結(jié)構(gòu)基底；以及復合物覆層；其中所述復合物覆層包括分散的磨料相和連續(xù)的基體相，并且其中所述連續(xù)的基體相 附著到磨料顆粒并且附著到所述基底。
9. 如權(quán)利要求8所述的關(guān)節(jié)連接表面，其中所述磨料包括具有硬度大于2000努氏硬 度的超級磨料。
10. —種假體關(guān)節(jié)，包括 具有關(guān)節(jié)連接支撐表面的第一構(gòu)件；具有第二關(guān)節(jié)連接表面的第二構(gòu)件，所述第二表面和所述第一關(guān)節(jié)連接表面相符合； 其中一個關(guān)節(jié)連接表面包括，或兩個關(guān)節(jié)連接表面都包括，具有在連續(xù)基體中的分散 的顆粒的復合物。
11. 如權(quán)利要求10所述的關(guān)節(jié)，其中所述顆粒包括超級磨料顆粒。
12. —種假體關(guān)節(jié)，包括 髖臼杯；以及 股骨頭；其中所述杯和頭中的每一個包括關(guān)節(jié)連接支撐表面； 其中所述表面中的至少一個包括在連續(xù)基體中的分散的顆粒的復合物。
13. —種可植入假體，包括 具有支撐表面的連接關(guān)節(jié)；其中所述表面中的至少一個包括包含在連續(xù)基體中的分布的硬相的復合物。
14. 如權(quán)利要求13所述的假體，其中所述復合物包括分散在連續(xù)基體中的超級磨料 顆粒。
15. 如權(quán)利要求13所述的假體，其中所述基體材料包括金屬、陶瓷或樹脂。
16. 如權(quán)利要求14所述的假體，其中所述超級磨料顆粒附著于所述基體材料。
17. 如權(quán)利要求14所述的假體，其中所述超級磨料顆粒構(gòu)成至少約20%的所述復合物。
18. —種假體，包括 頭；以及窩；其中頭、窩的至少一個表面，或所述頭和窩兩者被磨料復合物包覆，所述磨料復合物 包括超級磨料顆粒和基體材料，其中所述超級磨料顆粒沒有顯著的顆粒間結(jié)合。
19. 如權(quán)利要求18所述的假體，其中所述超級磨料顆粒是金剛石，并且所述復合物 不包含sp3金剛石間結(jié)合。
全文摘要
本發(fā)明包括具有改進的耐磨損性、包括復合材料的假體。所述復合材料可以包括分散在另一材料的連續(xù)基體中的磨料或超級磨料材料。所述假體可以部分或全部由復合材料形成，或者可以在一個或更多個表面上用復合材料包覆。實施方案包含包括復合材料的假體關(guān)節(jié)和關(guān)節(jié)連接表面。附加的實施方案包括制造包括復合材料的假體的方法。
文檔編號A61F2/30GK101394811SQ200780007817
公開日2009年3月25日 申請日期2007年3月6日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月6日
發(fā)明者B·霍弗, M·戴維森 申請人:戴蒙得創(chuàng)新股份有限公司