本發(fā)明涉及牙科器械，尤其涉及牙科器械中的一種鎳鈦合金梯度柔性根管銼及其制作方法。

背景技術(shù)：

根管銼作為主要的牙科器械，其功能是用來(lái)對(duì)病變根管內(nèi)部和根管壁進(jìn)行徹底清理，去處病變組織，塑造出完整、光滑的根管內(nèi)腔。

根管銼的工作部具有一定的截面形狀，外輪廓有一定的錐度，且有螺旋狀切削刃分布其上，如圖1。

根管銼器械在工作時(shí)，是以一定的轉(zhuǎn)速在根管1內(nèi)做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)切削根管內(nèi)表面，以達(dá)到根管清潔與塑形的目的，如圖2。根管一般呈彎曲的倒錐狀結(jié)構(gòu)，按結(jié)構(gòu)根管可以劃分為三段，上段c1、中段c2和根尖段c3，在中段c2和根尖段c3彎曲最為顯著。在根管成型時(shí)，c1段的切削量最大，c2段次之，c3段切削量最小。圖3為圖2的局部放大圖，其中2為根管塑形時(shí)將被切削去除的部分，3為原始根管軸線，4為塑形后根管軸線。

為了實(shí)現(xiàn)根管內(nèi)部的全面清理，尤其是根尖段c3的清理，工作時(shí)需要根管銼徹底地伸入到根管底部。由于受到彎曲根管的約束，根管銼工作時(shí)會(huì)遭受到高頻率的交變彎曲變形。

從根管銼使用性、安全性方面考慮，理想的根管銼至少應(yīng)具備三個(gè)方面的要求：第一，根管銼應(yīng)連續(xù)過(guò)渡的柔順性，以順應(yīng)根管的彎曲，并能引導(dǎo)根管銼尖端順利到達(dá)根管底部，對(duì)根尖段進(jìn)行清理與塑形，防止在根管內(nèi)壁產(chǎn)生臺(tái)階或側(cè)穿，并能保證塑形后根管軸線與原始根管軸線不發(fā)生嚴(yán)重偏移；第二，根管銼應(yīng)具有一定的切削能力，可有效的去除病變組織和完成根管的塑形；第三，根管銼應(yīng)有高的抗彎曲疲勞斷裂壽命，防止使用時(shí)在根管內(nèi)發(fā)生斷裂，造成醫(yī)療事故。

傳統(tǒng)的根管銼主要有不銹鋼根管銼和鎳鈦合金超彈性根管銼。不銹鋼根管銼雖具有較好的切削性能，但由于其剛度較大，容易造成根管內(nèi)表面臺(tái)階和側(cè)穿，不能滿(mǎn)足彎曲根管的需要。

鎳鈦合金具有優(yōu)異的彈性和良好的醫(yī)學(xué)生物性能，被廣泛應(yīng)用于各類(lèi)醫(yī)療器械，也包括根管銼。

鎳鈦合金的組織可以有三種相結(jié)構(gòu)，分別是奧氏體a相、馬氏體m相，和r相。鎳鈦合金中存在有無(wú)擴(kuò)散型相變，各相之間可以發(fā)生相互轉(zhuǎn)變。當(dāng)鎳鈦合金為奧氏體a相時(shí)，可以提供約8%的超彈性應(yīng)變，這種超彈性是來(lái)自于奧氏體a相與馬氏體m相之間的應(yīng)力誘發(fā)相變；當(dāng)鎳鈦合金為馬氏體m相時(shí)，可以提供約8%的塑性應(yīng)變，這種塑性變形是來(lái)自于馬氏體m相的孿晶亞結(jié)構(gòu)再取向；而當(dāng)鎳鈦合金為r相時(shí)，可以提供出約1%的塑性應(yīng)變，繼續(xù)變形可以提供約5%的超彈性應(yīng)變；r相的塑形變形來(lái)自于r相亞結(jié)構(gòu)的再取向，r相的超彈性應(yīng)變是來(lái)自于r相與馬氏體m相之間的應(yīng)力誘發(fā)相變。

目前公開(kāi)的鎳鈦合金根管銼有三種，分別是超彈性鎳鈦合金根管銼、具有形狀記憶特性的鎳鈦合金根管銼、形狀記憶特性與超彈性特性兼有的分段式根管銼。

超彈性鎳鈦合金根管銼在使用溫度下（37℃人體環(huán)境溫度），其工作部組織為全奧氏體a相。根管銼在使用過(guò)程中受力彎曲變形時(shí)，內(nèi)部發(fā)生應(yīng)力誘發(fā)馬氏體相變，發(fā)生a→m的轉(zhuǎn)變，在去除應(yīng)力后，發(fā)生m→a轉(zhuǎn)變，根管銼恢復(fù)形狀，呈現(xiàn)出超彈性行為。該種根管銼具有較高的強(qiáng)度和較好的切削性能，但彈性彎曲變形時(shí)需要有較大的變形抗力，很難避免塑形后根管軸線與原始軸線嚴(yán)重的偏移，尤其在根管的c2段，也容易導(dǎo)致臺(tái)階的產(chǎn)生和根管的側(cè)穿，尤其是在根管的c3段。另外根管銼在工作時(shí)，其內(nèi)部組織不斷發(fā)生周期性的a→m和m→a的轉(zhuǎn)變，這種相轉(zhuǎn)變過(guò)程會(huì)產(chǎn)生一定的晶體缺陷——位錯(cuò)。隨著周期性變形的重復(fù)進(jìn)行，材料內(nèi)部的晶體缺陷會(huì)不斷積累，最終導(dǎo)致根管銼的斷裂，使得超彈性鎳鈦合金根管銼的抗彎曲疲勞壽命低下。

具有形狀記憶特性的鎳鈦合金根管銼，在使用溫度下（37℃）其工作部組織為全馬氏體m相。這種根管銼不具有彈性，但其塑形變形的彎曲變形抗力小，因而非常柔軟。其變形機(jī)制是由m相的亞結(jié)構(gòu)再取向完成的，在m相的變形過(guò)程中，不產(chǎn)生晶體缺陷，因而這種銼的抗彎曲疲勞壽命極高。全馬氏體m相的根管銼柔順性極好，可以有效避免根管塑形時(shí)在根管c3段產(chǎn)生臺(tái)階和側(cè)穿，但由于m相的變形抗力非常小，導(dǎo)致這種根管銼的切削能力非常低，尤其對(duì)根管c1和c2段的切削十分的困難；同時(shí)由于這種銼非常柔軟，在工作時(shí)很容易發(fā)生軸向的扭曲變形而導(dǎo)致根管銼失效，使用壽命低下。

形狀記憶特性與超彈性特性兼有的分段式根管銼，在工作溫度下，根管銼工作部的前段是馬氏體m相，后段是奧氏體a相。這種銼的設(shè)計(jì)目的是期望根管銼的前段具有優(yōu)異的柔順性和抗疲勞斷裂性能，后段具有優(yōu)異的切削性能。這樣的設(shè)計(jì)很優(yōu)秀，可以有效的避免了根管c3段的臺(tái)階和側(cè)穿，但也存在一定問(wèn)題。如果馬氏體m相段過(guò)長(zhǎng)，雖然提高了根管銼前段的疲勞壽命，減小了根管側(cè)穿的風(fēng)險(xiǎn)，但對(duì)根管的c2段的切削效率很低下，同時(shí)也存在馬氏體m相段的軸向扭曲變形導(dǎo)致根管銼失效的風(fēng)險(xiǎn)；如果馬氏體m段過(guò)短，雖然可以滿(mǎn)足對(duì)根管c1和c2段的高效切削，但也會(huì)像超彈性根管銼，容易造成塑形后的根管軸線與原始軸線的嚴(yán)重偏移，尤其在根管的c2段。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種鎳鈦合金梯度柔性根管銼及其制作方法，有效地提高了使用安全性。

本發(fā)明提供了一種鎳鈦合金梯度柔性根管銼，包括沿所述鎳鈦合金梯度柔性根管的軸線劃分的根管銼尖端部分、根管銼中間部分和根管銼根部，所述根管銼尖端部分的內(nèi)部組織的為馬氏體m相，所述根管銼中間部分為r相，所述根管銼根部為奧氏體a相。

本發(fā)明還提供了一種鎳鈦合金梯度柔性根管銼的制作方法，采用高含鎳量的超彈性狀態(tài)的鎳鈦合金絲材作為原材料；由上述的原材料制備成一定長(zhǎng)度的根管銼坯料，根管銼坯料在柔性梯度化處理裝置中進(jìn)行處理，制備成具有梯度柔性的根管銼坯料；具有梯度柔性的根管銼坯料經(jīng)過(guò)成型加工，制備出具有梯度柔性的根管銼針；具有梯度柔性的根管銼針經(jīng)過(guò)柄的安裝，形成鎳鈦合金梯度柔性根管銼。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述柔性梯度化處理裝置包括導(dǎo)熱體、電加熱體和保溫體，所述電加熱體包裹在所述導(dǎo)熱體外側(cè)，所述保溫體包覆在所述電加熱體的外側(cè)；所述柔性梯度化處理裝置的中心開(kāi)設(shè)有貫穿所述導(dǎo)熱體、電加熱體、保溫體的通孔，所述通孔下方設(shè)置有限位擋塊，所述通孔的直徑與所述根管銼坯料的直徑相匹配，將所述根管銼坯料插入通孔中與導(dǎo)熱體充分接觸，并使根管銼坯料的下端與限位擋塊接觸，以保證根管銼坯料被加熱位置的準(zhǔn)確，所述導(dǎo)熱體的高度與根管銼坯料的被加熱段的長(zhǎng)度相等，通過(guò)對(duì)電加熱體的電流和時(shí)間的調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)對(duì)根管銼坯料的加熱溫度和時(shí)間的精確控制。

本發(fā)明還提供了一種鎳鈦合金梯度柔性根管銼的制作方法,采用高含鎳量的超彈性狀態(tài)的鎳鈦合金絲材作為原材料，先成型加工成根管銼針，成型后的根管銼針再插入柔性梯度化處理裝置中進(jìn)行處理，制備出具有梯度柔性的根管銼針；根管銼針再經(jīng)過(guò)柄的安裝，形成鎳鈦合金梯度柔性根管銼。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述柔性梯度化處理裝置包括導(dǎo)熱體、電加熱體和保溫體，所述電加熱體包裹在所述導(dǎo)熱體外側(cè)，所述保溫體包覆在所述電加熱體的外側(cè)；所述柔性梯度化處理裝置的中心開(kāi)設(shè)有貫穿所述導(dǎo)熱體、電加熱體、保溫體的通孔，所述通孔下方設(shè)置有限位擋塊，所述通孔的直徑與所述根管銼針的直徑相匹配，將所述根管銼針插入通孔中與導(dǎo)熱體充分接觸，并使根管銼針的下端與限位擋塊接觸，以保證根管銼針被加熱位置的準(zhǔn)確，所述導(dǎo)熱體的高度與根管銼針的被加熱段的長(zhǎng)度相等，通過(guò)對(duì)電加熱體的電流和時(shí)間的調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)對(duì)根管銼針的加熱溫度和時(shí)間的精確控制。

本發(fā)明的有益效果是：由于該鎳鈦合金梯度柔性根管銼的根管銼尖端部分比較柔軟，順應(yīng)性好，能夠引導(dǎo)鎳鈦合金梯度柔性根管銼順利到達(dá)根管底部，因而可有效防止根管尖部的臺(tái)階和側(cè)穿；這種鎳鈦合金梯度柔性根管銼的根管銼中間部分具有適度的柔順性和較好的切削能力，可有效地對(duì)根管c2段進(jìn)行塑形的同時(shí)，又可避免塑形后根管軸線與原始根管軸線過(guò)多的偏移；這種鎳鈦合金梯度柔性根管銼的根管銼根部具有高的切削能力，可保證根管c1段的高效塑形，又由于該根管銼尖端部分和根管銼中間部分分別為馬氏體m相和r相，因而該鎳鈦合金梯度柔性根管銼具有高的抗疲勞斷裂性能，可有效地提高使用安全性。

附圖說(shuō)明

圖1是傳統(tǒng)根管銼結(jié)構(gòu)圖。

圖2是傳統(tǒng)根管銼工作原理圖。

圖3是圖2的局部放大圖。

圖4是a相、r相和m相的根管銼的疲勞斷裂壽命示意圖。

圖5是本發(fā)明一種鎳鈦合金梯度柔性根管銼的制作方法的根管銼坯料的示意圖。

圖6是本發(fā)明一種鎳鈦合金梯度柔性根管銼的根管銼針的示意圖。

圖7是本發(fā)明一種鎳鈦合金梯度柔性根管銼的制作方法的根管銼坯料與柔性梯度化處理裝置的配合示意圖。

圖8是本發(fā)明一種鎳鈦合金梯度柔性根管銼的制作方法的根管銼坯料與柔性梯度化處理裝置的配合示意圖。

圖9是本發(fā)明一種鎳鈦合金梯度柔性根管銼的制作方法的柔性梯度化處理后的根管銼坯料的示意圖。

圖10是本發(fā)明一種鎳鈦合金梯度柔性根管銼的制作方法的根管銼坯料、根管銼針與根管銼的示意圖。

圖11是本發(fā)明一種鎳鈦合金梯度柔性根管銼的制作方法的根管銼針與柔性梯度化處理裝置的配合示意圖。

圖12本發(fā)明一種鎳鈦合金梯度柔性根管銼的制作方法的根管銼針與柔性梯度化處理裝置的配合示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖說(shuō)明及具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。

在已經(jīng)公開(kāi)的鎳鈦合金根管銼的文獻(xiàn)中，主要是利用了鎳鈦合金奧氏體a相的超彈性特性和馬氏體m相的形狀記憶特性，從而達(dá)到提高根管銼的實(shí)用性和安全性的目的。

事實(shí)上，鎳鈦合金中的r相同樣具有非常優(yōu)異的性能。如前所述，當(dāng)鎳鈦合金的組織為r相時(shí)，可以提供出約1%的塑性變形應(yīng)變，繼續(xù)變形可以提供約5%的超彈性應(yīng)變，這種超彈性是來(lái)自于r相與馬氏體m相之間的應(yīng)力誘發(fā)相變，由r→m產(chǎn)生的超彈性的變形抗力與a→m產(chǎn)生的超彈性的變形抗力要小的多，同時(shí)r相的抗疲勞斷裂性能也比奧氏體a相的也優(yōu)越的多。

圖4示出了同一種規(guī)格的根管銼分別處理成奧氏體a相、r相和馬氏體m相后，在相同的測(cè)試條件下的循環(huán)疲勞斷裂壽命，測(cè)試條件為：測(cè)試彎角45°，轉(zhuǎn)速300rpm，測(cè)試溫度37℃。由圖4可見(jiàn)，當(dāng)根管銼的組織是奧氏體a相時(shí)，其疲勞壽命較低；當(dāng)組織是r相時(shí)，其疲勞壽命是奧氏體a相根管銼的2.5倍以上；當(dāng)組織是馬氏體m相時(shí)，其疲勞壽命最高，是奧氏體a相根管銼的4倍以上。

根據(jù)現(xiàn)已公開(kāi)的鎳鈦合金根管銼性能上存在的不足和鎳鈦合金r相的特點(diǎn)，本發(fā)明提出了一種鎳鈦合金梯度柔性根管銼及其制作方法。

本發(fā)明涉及一種鎳鈦合金梯度柔性根管銼的制作方法，采用已經(jīng)處理成超彈性狀態(tài)的鎳鈦合金作為原材料，合金的含鎳量應(yīng)大于50.6at%ni（原子比）。為了提高合金的強(qiáng)度，鎳鈦合金需要進(jìn)行冷拔處理制備成一定直徑的絲材，冷拔的變形量應(yīng)該在35-45%的范圍。經(jīng)冷拔的合金絲材再經(jīng)過(guò)450-600℃、30-120分鐘的退火校直處理，作為制造梯度柔性根管銼的根管銼坯料5，如圖5。根管銼坯料5經(jīng)過(guò)機(jī)械加工形成梯度柔性的根管銼針6，如圖6。梯度柔性的根管銼針6安裝柄后形成根管銼，如圖6。

本發(fā)明涉及一種鎳鈦合金梯度柔性根管銼,從根管銼尖端部分開(kāi)始,沿根管銼的長(zhǎng)度方向,在37℃溫度下各段內(nèi)部具有不同的組織，如圖6。在根管銼尖端部分f1段，合金的內(nèi)部組織為馬氏體m相，根管銼中間部分f2段的組織為r相，根管銼根部f3段的組織為奧氏體a相。

如此，這種鎳鈦合金梯度柔性根管銼的f1段比較柔軟，順應(yīng)性好，可有效防止根管尖部的臺(tái)階和側(cè)穿；f2段具有適度的柔順性和較好的切削能力，可避免塑形后根管軸線與原始根管軸線過(guò)多的偏移；f3段具有高的切削能力和優(yōu)良的彈性，可保證根管的高效塑形。又由于該鎳鈦合金梯度柔性根管銼的f1段和f2段的組織分別為馬氏體m相和r相，因而具有高的抗疲勞斷裂性能，可有效地提高使用安全性。

為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明涉及的根管銼，使得根管銼在各段具有不同的相組織，本發(fā)明提出了一種柔性梯度化處理裝置。

該柔性梯度化處理裝置由導(dǎo)熱體7、電加熱體8和保溫體9構(gòu)成。電加熱體8緊密包裹在導(dǎo)熱體7外側(cè)，外層又包覆有保溫體9，以防止熱量的散失，在中心開(kāi)設(shè)有通孔10，在通孔10下方設(shè)置有限位擋塊11，如圖7和圖8。通孔10的直徑與根管銼坯料5的直徑相匹配，使得根管銼坯料5插入通孔10中可以與導(dǎo)熱體7充分的接觸，以確保根管銼坯料5被加熱，根管銼坯料5的下端與限位擋塊11接觸，以保證根管銼坯料5被加熱位置的準(zhǔn)確。導(dǎo)熱體7的高度與根管銼坯料5的被加熱段的長(zhǎng)度相等。通過(guò)對(duì)電加熱體8的電流和時(shí)間的調(diào)節(jié)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)根管銼坯料5的加熱溫度和時(shí)間的精確控制。

圖7是對(duì)根管銼坯料5的f2段加熱處理時(shí)的示意圖，通過(guò)調(diào)節(jié)加熱體8的加熱溫度和時(shí)間，可以使根管銼坯料5的f2段的組織轉(zhuǎn)變成r相。圖8是對(duì)根管銼坯料5的f1段加熱處理時(shí)的示意圖，通過(guò)調(diào)節(jié)加熱體8的加熱溫度和時(shí)間，可以使根管銼坯料5的f1段的組織轉(zhuǎn)變成馬氏體m相。如此獲得了各段具有不同的相組織的鎳鈦合金坯料12,如圖9。

分段處理后的鎳鈦合金坯料12經(jīng)加工成型，獲得所要求的具有柔性梯度的根管銼針6，如圖6。根管銼針6再經(jīng)過(guò)柄的安裝，形成了本發(fā)明說(shuō)述的鎳鈦合金梯度柔性根管銼,過(guò)程如圖10所示。

另外一種鎳鈦合金梯度柔性根管銼的制作方法是，將鎳含量大于50.6at%ni（原子比）的鎳鈦合金進(jìn)行冷拔處理，制備成一定直徑的絲材，冷拔的變形量應(yīng)該在35-45%的范圍。經(jīng)冷拔的合金絲材再經(jīng)過(guò)450-600℃、30-120分鐘的退火校直處理，然后經(jīng)機(jī)械成型加工成超彈性根管銼針13。加工成型后的超彈性根管銼針13插入處理裝置的通孔10中進(jìn)行熱處理，如圖11和圖12。超彈性根管銼針13經(jīng)過(guò)裝置處理后形成了梯度柔性根管銼針6。

圖11是機(jī)械成型后的超彈性根管銼針13的f2段加熱處理時(shí)的示意圖，通過(guò)調(diào)節(jié)加熱體8的加熱溫度和時(shí)間，可以使根管銼針f2段的組織轉(zhuǎn)變成r相。圖12是機(jī)械成型加工后的超彈性根管銼針13的f1段加熱處理時(shí)的示意圖，通過(guò)調(diào)節(jié)加熱體8的加熱溫度和時(shí)間，可以使根管銼針f1段的組織轉(zhuǎn)變成m相。裝置中的通孔10可以是仿形的，以便導(dǎo)熱體7和超彈性根管銼針13有良好的接觸。

梯度柔性的根管銼針6再經(jīng)過(guò)柄部安裝，形成了本發(fā)明說(shuō)述的鎳鈦合金梯度柔性根管銼。

本發(fā)明提供的一種鎳鈦合金梯度柔性根管銼及其制作方法，由于該鎳鈦合金梯度柔性根管銼的根管銼尖端部分比較柔軟，順應(yīng)性好，能夠引導(dǎo)鎳鈦合金梯度柔性根管銼順利到達(dá)根管底部，因而可有效防止根管尖部的臺(tái)階和側(cè)穿；這種鎳鈦合金梯度柔性根管銼的根管銼中間部分具有適度的柔順性和較好的切削能力，可有效地對(duì)根管c2段進(jìn)行塑形的同時(shí)，又可避免塑形后根管軸線與原始根管軸線過(guò)多的偏移；這種鎳鈦合金梯度柔性根管銼的根管銼根部具有高的切削能力，可保證根管c1段的高效塑形，又由于該根管銼尖端部分和根管銼中間部分分別為馬氏體m相和r相，因而該鎳鈦合金梯度柔性根管銼具有高的抗疲勞斷裂性能，可有效地提高使用安全性。

以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說(shuō)明。對(duì)于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡(jiǎn)單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。