改善著色的外科器械的耐磨性的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及改善著色的外科器械的耐磨性的方法，該外科器械具有耐真空材料作為在真空涂覆步驟中施涂薄的鈦層的基體，并且對(duì)涂覆的表面施加陽(yáng)極氧化。所述方法的特征在于，在覆蓋有鈦層之前的真空涂覆步驟的范圍，用改善磨損保護(hù)的硬質(zhì)材料層涂覆至少部分所述基體。
【專利說明】改善著色的外科器械的耐磨性的方法
[0001 ] 本發(fā)明涉及改善著色或待著色的外科器械的耐磨性的方法。
[0002]彩色的外科器械是非常普遍的。著色例如可以清楚地歸類器械和植入物。當(dāng)它們具有不同的顏色時(shí)，也可以更好地區(qū)分不同的器械。通常通過顏色陽(yáng)極化處理實(shí)現(xiàn)的著色的主要目的是在手術(shù)之前和過程中辨識(shí)植入物(彩色的大小標(biāo)識(shí))。其應(yīng)用主要包括牙科和矯形外科植入物，以及骨接合產(chǎn)品如螺釘、板或器械。著色的副作用是阻礙了鋁離子和釩離子從鈦合金的釋放。
[0003]DE 198 09 932中已知一種將由耐真空的、高溫穩(wěn)定的塑料或由鋼組成的外科器械著色的方法。該器械據(jù)信在已知類型的真空設(shè)備中涂覆有厚度為2-10 μ m的薄的鈦層。然后將該涂層通過陽(yáng)極氧化在其納米范圍的層厚度的表面上進(jìn)行氧化。為此，將該器械保持在含有例如1.8%檸檬酸的電解質(zhì)中，并且待氧化的部分作為陽(yáng)極接通。據(jù)描述，鈦片可以作為陰極。在DE 198 09 932中，在電極上施加最大130 Volt的直流電壓，其中直流電壓的大小影響到可實(shí)現(xiàn)的顏色。以100-200 mA大小范圍的電流密度在表面上陽(yáng)極氧化鈦層，特別是得到50-250 nm大小范圍的層厚度。
[0004]然而，迄今還沒有保護(hù)上述的外科器械防止磨損，因?yàn)橛眠@些器械處理的有機(jī)材料大多是軟的，并且植入物大多在其制造時(shí)已經(jīng)具有其成品形狀。盡管如此，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)著色的外科器械在短的時(shí)間之后已經(jīng)出現(xiàn)具有斑點(diǎn)的顏色變化，至少患者對(duì)其使用會(huì)產(chǎn)生懷疑。
[0005]因此，本發(fā)明的目的在于提供一種方法，通過該方法可以避免或至少時(shí)間上延緩上述損耗現(xiàn)象。
[0006]本發(fā)明的目的通過權(quán)利要求1的方法和權(quán)利要求9的外科器械而實(shí)現(xiàn)。在從屬權(quán)利要求中描述了不同的和優(yōu)選的實(shí)施方案。
[0007]令人驚奇地發(fā)現(xiàn)，出現(xiàn)斑點(diǎn)是指出現(xiàn)磨損。很可能，這在外科消耗性的日常使用中比目前推測(cè)的更經(jīng)常出現(xiàn)，即器械會(huì)碰撞例如將其取出或放入的貯藏器。有時(shí)，這些器械也可能掉落并通過摔落引起劇烈的碰撞。
[0008]如果帶有氧化鈦層的基底沒有使該氧化鈦層具有足夠的穩(wěn)定性，則其破開并可能產(chǎn)生上述的斑點(diǎn)。特別是如在DE 198 09 932中描述的薄的鈦層不能使通過陽(yáng)極化處理產(chǎn)生的氧化鈦層具有足夠的穩(wěn)定性。與此相反，本發(fā)明的措施具有穩(wěn)定的作用。通過在基底和氧化鈦層之間布置硬質(zhì)材料層，氧化鈦層的底層具有足夠的穩(wěn)定性并使氧化鈦層具有足夠的堅(jiān)韌性。
[0009]如果在氧化鈦層之下布置金屬鈦層，例如可以通過陽(yáng)極氧化產(chǎn)生氧化鈦層，則將硬質(zhì)材料層布置在基材和金屬鈦層之間。然而，這種金屬鈦層應(yīng)該是薄的層。
[0010]在本發(fā)明的范圍，“薄的”是指層的厚度不超過20 μ m。鈦層厚度大于20 μ m時(shí)，鈦相對(duì)低的硬度會(huì)產(chǎn)生負(fù)面影響，使得用于氧化鈦層的穩(wěn)定化粘附層失去其作用。
[0011]然而，一些醫(yī)學(xué)應(yīng)用排除了金屬鈦層的使用。使用陽(yáng)極氧化不是制備氧化鈦層的選項(xiàng)。但是可以直接通過真空涂覆方法、特別是PVD方法實(shí)現(xiàn)這樣的氧化鈦層。特別合適的是以反應(yīng)性霧化已知的PVD方法，其中借助離子轟擊從鈦靶中打出與反應(yīng)性氣體反應(yīng)的材料。在本發(fā)明中，所述反應(yīng)性氣體包含氧氣，從而在待涂覆的基材上形成所希望的氧化鈦層。這種方式的優(yōu)點(diǎn)主要在于，不需要在基材和氧化層之間布置金屬鈦層。
[0012]即使金屬鈦層是所希望的，可以有利地使用霧化方法以產(chǎn)生氧化鈦層，因?yàn)槭紫瓤梢匀菀椎卦跊]有反應(yīng)性氣體的情況下進(jìn)行霧化方法，從而首先在基材上產(chǎn)生金屬鈦層。
[0013]下述的優(yōu)選實(shí)施方案用于本發(fā)明的進(jìn)一步說明。作為實(shí)例，描述根據(jù)本發(fā)明處理過的外科鉗子。有利的是首先將鉗體的表面進(jìn)行清潔，因?yàn)闉榱舜_保粘附應(yīng)該使層-基材-界面盡可能不含污染物。例如如果使用鋼，則經(jīng)常在鋼表面上形成氧化鉻層，其在真空涂覆之前應(yīng)該除去。這可以通過合適的方法(例如在氬氣-氫氣-等離子體中的DC-或RF-濺射清潔)進(jìn)行。然后，將外科鉗子在真空涂覆設(shè)備中借助氣相的涂覆(PVD =物理氣相沉積)首先涂覆0.5μπι厚度的鉻層作為粘附層。在相同的涂覆設(shè)備中并且在不中斷真空的情況下，然后借助鉻磁控管鈀的霧化和向室中導(dǎo)入作為反應(yīng)性氣體的氮?dú)鈦?lái)施加3 μ m厚度的氮化鉻層。同樣，在相同的涂覆設(shè)備中并且在不中斷真空的情況下，然后從鈦靶霧化并相應(yīng)地施加5 μ m厚度的鈦層。 [0014]這樣涂覆的鉗子然后類似在DE 198 09 932中所述的方法進(jìn)行陽(yáng)極氧化。氧化層的厚度在10-250 nm是有意義的。該鉗子具有使用者所希望的顏色。當(dāng)遇到如在外科日常使用所出現(xiàn)的碰撞時(shí)，顏色會(huì)由于位于鈦層下的硬質(zhì)材料層而局部保持。
[0015]按照第二實(shí)施方案，借助電弧氣化施加氮化鈦層來(lái)替代氮化鉻層。在涂覆過程中可以連續(xù)和/或分步地改變(特別是減小)氮?dú)饬魅?，由此產(chǎn)生梯度層，在該梯度層的終端不存在氮。由此產(chǎn)生向鈦層的好的過渡。
[0016]在使用CrN時(shí)也可以實(shí)現(xiàn)梯度，并由此實(shí)現(xiàn)向鈦的過渡。但是通常需要同時(shí)運(yùn)行兩個(gè)靶(Cr和Ti)，并且平行于氮?dú)饬鳒p少Cr的濺射功率。這雖然是可行的，但技術(shù)上較復(fù)雜。
[0017]按照本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案，如上所述在鉗體上施加鉻-粘附層和氮化鉻-硬質(zhì)材料層。然后從鈦靶霧化并在添加包含氧氣和優(yōu)選基本由氧氣組成的反應(yīng)性氣體的情況下在鉗體上沉積氧化鈦層。
[0018]已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，如果所述基材材料具有足夠高的固有硬度和氧化鈦以足夠的方式粘附在所述基材上，則可以放棄硬質(zhì)材料層。
[0019]本發(fā)明公開了改善著色的外科器械的耐磨性的方法，該外科器械具有耐真空材料作為在真空涂覆步驟中施涂薄的鈦層的基體，并且對(duì)涂覆的表面施加陽(yáng)極氧化。替代性地，也可以在真空涂覆設(shè)備中借助從氣相的反應(yīng)性沉積制備氧化鈦層，從而可以放棄陽(yáng)極氧化和最終放棄鈦層。所述方法的特征在于，在覆蓋有氧化鈦層之前的真空涂覆步驟的范圍，用改善磨損保護(hù)的硬質(zhì)材料層涂覆至少部分所述基體。
[0020]所述硬質(zhì)材料層可以借助至少一種金屬和/或至少一種合金的氮化物和/或氧化物而形成。
[0021]所述氮化物和/或氧化物可以是與鈦和/或鉻的形成物。
[0022]所述硬質(zhì)材料層可以借助氮化鉻層、優(yōu)選借助磁控管濺射而形成。
[0023]所述硬質(zhì)材料層可以借助氮化鈦層、優(yōu)選借助電弧氣化而形成。
[0024]可以施加至少1.5 μ m和至多20 μ m厚度的、優(yōu)選2_5 μ m的硬質(zhì)材料層。
[0025]優(yōu)選直接在硬質(zhì)材料層上施加至少I μ m厚度、優(yōu)選2-10 μ m厚度的鈦層。[0026]為了改善硬質(zhì)材料層在所述基體上的粘附性，在基體和硬質(zhì)材料層之間可以布置優(yōu)選由鉻形成的粘附層。
[0027]公開了具有基體和鈦涂層的外科器械，其最外層包括氧化層，其中在基體和鈦涂層之間布置硬質(zhì)材料層。
[0028]所述硬質(zhì)材料層可以優(yōu)選為2-10 μ m厚度和包含氮化鈦和/或氮化鉻。
[0029]在所述基體和所述硬質(zhì)材料層之間可以布置粘附層、優(yōu)選鉻層。
[0030]本發(fā)明例如借助著色的氧化鈦層描述。盡管優(yōu)選這樣的層，但可以通過氧化鋯(例如ZrO)和/或氧化鈮(Nb2O)達(dá)到類似的結(jié)果。此外，可以構(gòu)建(具有氧化鈦和/或氧化鋯和/或氧化鈮)的變換層體系，其基于層的干涉作用可以產(chǎn)生特別的顏色效果。
【權(quán)利要求】
1.改善著色的外科器械的耐磨性的方法，該外科器械具有耐真空材料作為覆蓋有氧化鈦層的基體，其特征在于，在覆蓋有氧化鈦層之前的真空涂覆步驟的范圍，用改善磨損保護(hù)的硬質(zhì)材料層涂覆至少部分所述基體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，所述氧化鈦層的制備包括在真空涂覆設(shè)備中從氣相的沉積，其中在沉積過程中借助霧化或氣化的鈦和借助作為反應(yīng)性氣體的氧氣反應(yīng)性地沉積氧化鈦，或者在氣相沉積的范圍在所述基體上沉積薄的鈦層，并且對(duì)用鈦涂覆的表面施加陽(yáng)極氧化。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于，所述硬質(zhì)材料層是借助至少一種金屬和/或至少一種合金的氮化物和/或氧化物而形成的。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其特征在于，所述氮化物和/或氧化物是與鈦和/或鉻的形成物。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求之一的方法，其特征在于，所述硬質(zhì)材料層借助氮化鉻層、優(yōu)選借助磁控管濺射而形成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至3之一的方法，其特征在于，所述硬質(zhì)材料層借助氮化鈦層、優(yōu)選借助電弧氣化而形成。
7.根據(jù)上述權(quán)利要求之一的方法，其特征在于，施加至少1.5 μ m和至多20 μ m厚度的、優(yōu)選2-5 μ m的硬質(zhì)材料層。
8.根據(jù)上述權(quán)利要求之一的方法，其特征在于，在沉積鈦層的情況下，優(yōu)選直接在所述硬質(zhì)材料層上施加至少I μ m厚度、優(yōu)選2-10 μ m厚度的鈦層。
9.根據(jù)上述權(quán)利要求之一的方法，其特征在于，為了改善硬質(zhì)材料層在所述基體上的粘附性，在基體和硬質(zhì)材料層之間布置優(yōu)選由鉻形成的粘附層。
10.根據(jù)上述權(quán)利要求之一的方法，其特征在于，將所述硬質(zhì)材料層施加成梯度層，并由此實(shí)現(xiàn)向氧化鈦層或任選向鈦層的逐漸過渡。
11.具有基體和氧化鈦涂層的外科器械，其特征在于，在所述基體和所述氧化鈦涂層之間布置硬質(zhì)材料層。
12.根據(jù)權(quán)利要求10的外科器械，其特征在于，所述硬質(zhì)材料層為2-10μ m厚。
13.根據(jù)權(quán)利要求10和11之一的外科器械，其特征在于，所述硬質(zhì)材料層包含氮化鈦和/或氮化鉻。
14.根據(jù)權(quán)利要求10至12之一的外科器械，其特征在于，在所述基體和所述硬質(zhì)材料層之間布置粘附層、優(yōu)選鉻層。
15.根據(jù)權(quán)利要求10至13之一的外科器械，其特征在于，所述硬質(zhì)材料層構(gòu)成為梯度層，并且實(shí)現(xiàn)向氧化鈦層的逐漸過渡。
【文檔編號(hào)】C23C14/58GK103649363SQ201280035065
【公開日】2014年3月19日 申請(qǐng)日期:2012年7月10日 優(yōu)先權(quán)日:2011年7月15日
【發(fā)明者】A.P.G.詹森, G.西尼科 申請(qǐng)人:歐瑞康貿(mào)易股份公司(特呂巴赫)