單晶形狀記憶合金制成的醫(yī)療器械及制造方法
【專(zhuān)利摘要】包含單晶形狀記憶合金的醫(yī)療器械以及形成其的方法。
【專(zhuān)利說(shuō)明】單晶形狀記憶合金制成的醫(yī)療器械及制造方法
[0001] 相關(guān)申請(qǐng)
[0002] 該國(guó)際專(zhuān)利申請(qǐng)要求2012年3月15日提交的美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)系列號(hào) 61/611，073的權(quán)益和優(yōu)先權(quán)，其出于所有目的經(jīng)此引用并入本文。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003] 本發(fā)明涉及醫(yī)療器械如醫(yī)療線(xiàn)和/或由單晶形狀記憶合金（或稱(chēng)為單晶SM)制 成的醫(yī)療器械；更特別涉及使用單晶形狀記憶合金的一種或多種牙科器械的部件，如正畸 弓絲和/或根管器械，以及相關(guān)的制造方法。
[0004] 發(fā)明背景
[0005] 正畸弓絲
[0006] 正畸弓絲在正畸治療過(guò)程中用在牙齒矯正器中以對(duì)齊和復(fù)位牙齒，由此實(shí)現(xiàn)上頜 骨（上方）和下頜骨（下方）牙弓的最佳構(gòu)造以及改善牙齒健康。如圖1中所示，正畸弓 絲通常嚙合在托槽（托槽連接到牙齒上）中，以便根據(jù)正畸治療計(jì)劃將牙齒移動(dòng)至預(yù)定位 置。在二十世紀(jì)80年代初，NiTi SMA線(xiàn)的引入已經(jīng)通過(guò)提高效率、品質(zhì)和患者體驗(yàn)與滿(mǎn)意 度而徹底改變了正畸治療。通過(guò)使用NiTi弓絲，正畸治療時(shí)間相對(duì)于由Au-Ni或不銹鋼制 成的其它弓絲已經(jīng)顯著降低。如圖2中所示，不銹鋼制成的弓絲將具有非常高的初始拉力； 但是，由于其高彈性限制，該力在牙齒輕微移動(dòng)后將在短時(shí)間（例如小于10天）內(nèi)快速降 低。因此，對(duì)于具有高彈性模量的合金如不銹鋼制成的弓絲，對(duì)應(yīng)于最佳活性拉力范圍的有 效應(yīng)變范圍非常有限。由此，需要患者非常頻繁地到訪(fǎng)以進(jìn)一步調(diào)整或更換新的弓絲。采 用相對(duì)低的彈性模量和超彈性（當(dāng)應(yīng)力超過(guò)應(yīng)力誘發(fā)馬氏體相變時(shí)產(chǎn)生超彈性；恒定平臺(tái) 應(yīng)力高達(dá)8%應(yīng)變），多晶SM的有效應(yīng)變范圍遠(yuǎn)大于不銹鋼。對(duì)于單晶SMA，恒定平臺(tái)應(yīng)力 在應(yīng)變高達(dá)20%時(shí)可有效，由此獲得甚至比多晶SM更大的對(duì)應(yīng)于相同最佳力范圍的有效 應(yīng)變范圍。此外，由于更好的化學(xué)組成均勻性和制造過(guò)程中更少的結(jié)晶缺陷，與多晶SM相 t匕，單晶SM的轉(zhuǎn)變溫度可以得到容易和更精確的控制。
[0007] 將認(rèn)識(shí)到，由單晶SMA制成的正畸弓絲的優(yōu)點(diǎn)可以是1)因其高達(dá)約20% (例如 約10至約15% )的可恢復(fù)變形而具有大的有效應(yīng)變范圍；2)因其優(yōu)異的超彈性而在大應(yīng) 變范圍內(nèi)具有恒定張力（上限平臺(tái)應(yīng)力）；和/或3)更精確的轉(zhuǎn)變溫度。
[0008] 根管器械
[0009] 在根管治療中，一個(gè)重要程序是使用根管器械對(duì)牙根管進(jìn)行清潔和整形，以便在 用充填材料填充根管之前去除組織和牙本質(zhì)碎片。如圖3中所示，典型牙髓銼可以包括銼 刀柄和圓錐螺旋切削刃溝。牙髓銼通常由不銹鋼（例如僅手銼）或多晶SMA(如多晶NiTi SM)制成。由SM制成的根管器械的低楊氏模量和超彈性使得能夠連續(xù)旋轉(zhuǎn)或往復(fù)地預(yù)備 根管。即使NiTi SMA基牙髓銼的靈活性相對(duì)于不銹鋼已經(jīng)得到顯著改善，有時(shí)仍會(huì)發(fā)生程 序錯(cuò)誤如形成臺(tái)階、偏移或甚至穿孔，尤其對(duì)于具有較大尺寸或更大錐度的銼疏通嚴(yán)重彎 曲的牙根管時(shí)的情況。
[0010] 解決該缺陷的嘗試可以包括具有大的可恢復(fù)變形（應(yīng)變高達(dá)約20%，例如約5至 約15,優(yōu)選約10至約15% )的單晶SM制成的根管器械，其在根管預(yù)備過(guò)程中可以進(jìn)一步 改善SM牙髓銼的靈活性，并最小化與原始根管彎曲度之間的偏差。如圖4中所示，提供了 拉伸試驗(yàn)中"典型"的超彈性應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)，其中，對(duì)多晶SM在約6%應(yīng)變處達(dá)到載荷平 臺(tái)末端。在此后的應(yīng)變（通常對(duì)多晶SM為6% )，應(yīng)力將顯著提高，這意味著在牙根管內(nèi) 部疏通或整形的牙髓銼的更大應(yīng)力或壓力，或形成臺(tái)階或偏移的更高可能性。但是，采用更 大的可恢復(fù)應(yīng)變（通常大于10% )，由單晶SM制成的牙髓銼的應(yīng)力水平在平臺(tái)水平（即 如圖4中所示在6%至8%之間的應(yīng)變）下仍可保持相對(duì)較低。由此，單晶SM制成的牙髓 銼可以降低預(yù)備過(guò)程中矯直原始牙根管形狀的可能性，并盡量減少臺(tái)階、根尖孔敞開(kāi)、根管 偏移和穿孔的發(fā)展。
[0011] 將認(rèn)識(shí)到，由單晶SM制成的牙髓銼的優(yōu)點(diǎn)可以包括但不限于：1)大的可恢復(fù)形 變（最高?20% ) ;2)改善的靈活性；（以及晶體取向相關(guān)的靈活性）；3)與多晶類(lèi)似物相 比優(yōu)異的結(jié)晶完整性以及較小的內(nèi)部缺陷；和/或4)可以通過(guò)使用先進(jìn)的晶體生長(zhǎng)技術(shù)簡(jiǎn) 化制造工藝或減少原材料浪費(fèi)的新制造方法。
[0012] 發(fā)明概述
[0013] 本發(fā)明旨在通過(guò)提供一種改進(jìn)的制造醫(yī)療器械的方法來(lái)改善現(xiàn)有的醫(yī)療器械。在 一個(gè)方面，本發(fā)明提供包含單晶形狀記憶合金的醫(yī)療器械。
[0014] 在另一方面，本發(fā)明設(shè)想用于形成單晶形狀記憶合金醫(yī)療器械的方法，包括：提供 單晶形狀記憶合金的步驟；并將該單晶形狀記憶合金成形以形成醫(yī)療器械。
[0015] 在另一方面，本發(fā)明設(shè)想用于形成單晶形狀記憶合金醫(yī)療器械的方法，包括以下 步驟：提供形狀記憶合金的熔體；將至少一個(gè)籽晶引入到該熔體中；生長(zhǎng)單晶制品；以小于 單晶生長(zhǎng)的速率拉取所述至少一個(gè)籽晶和該單晶制品；并將拉取的單晶生長(zhǎng)成形以形成醫(yī) 療器械。
[0016] 在又一方面，本發(fā)明的任一方面可以進(jìn)一步表征為下列特征之一或其任意組合： 該醫(yī)療器械是一種牙科器械；該單晶形狀記憶合金選自NiTi-基形狀記憶合金、銅-基形狀 記憶合金和鐵-基形狀記憶合金；該NiTi-基形狀記憶合金具有式NiTiX，X選自Fe、Cu、 Cr、Nb 和 Co ;該銅-基形狀記憶合金選自 CuAlBe、CuAlFe、CuAlZn、CuAlNi 和 CuAlZnMn ;該 鐵-基形狀記憶合金選自FeNiAl、FeNiCo、FeMnSiCrNi和FeNiCoAlTaB ;該醫(yī)療器械是牙髓 銼；該醫(yī)療器械是正畸弓絲；該單晶形狀記憶合金選自NiTi-基形狀記憶合金、銅-基形狀 記憶合金和鐵-基形狀記憶合金；該成形步驟，該單晶形狀記憶合金形成絲；該方法進(jìn)一步 包括將該單晶形狀記憶合金磨削、熱處理、絞合、酸蝕或其任意組合以形成該醫(yī)療器械的步 驟；該方法進(jìn)一步包括熱處理該單晶形狀記憶醫(yī)療器械以形成單晶非形狀記憶醫(yī)療器械的 步驟；該成形步驟包括通過(guò)模具拉取單晶生長(zhǎng)，該模具具有可旋轉(zhuǎn)元件以實(shí)現(xiàn)錐形、刃溝圖 案、螺旋角或其任意組合；單晶生長(zhǎng)拉制穿過(guò)該模具；由其拉制單晶生長(zhǎng)穿過(guò)的模具通孔 的橫截面通常為三角形；該模具包括至少一個(gè)可移動(dòng)的部分以限定用于成形通過(guò)其拉取的 單晶生長(zhǎng)的通孔；該模具包括至少三個(gè)可移動(dòng)的部分以限定用于成形通過(guò)其拉取的單晶生 長(zhǎng)的通孔；該模具包括一至五個(gè)可移動(dòng)的部分以限定用于成形通過(guò)其拉取的單晶生長(zhǎng)的通 孔；該方法進(jìn)一步包括控制熔體溫度、拉取單晶生長(zhǎng)的速率或其二者的組合的步驟；該方 法進(jìn)一步包括以下步驟：提供用于接收該熔體的容器；并將熔體進(jìn)料到該容器中；該引入 步驟，該單晶生長(zhǎng)初始由單一籽晶成核，并隨后以自給籽晶方式持續(xù)進(jìn)行；或其任意組合。
[0017] 應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，如本文中所顯示和描述的那樣，上面提到的方面與實(shí)例是非限制性 的，因?yàn)槠渌矫媾c實(shí)例可存在于本發(fā)明中。例如，如本文中所述、附圖中所示或其它，任何 上面提及的本發(fā)明的方面或特征可以組合以形成其它獨(dú)特構(gòu)造。
[0018] 附圖概述
[0019] 圖1是綁扎到安裝在牙齒上的正畸托槽上的典型正畸弓絲的底視圖；
[0020] 圖2是由三種不同材料制成的正畸弓絲的應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)（采用負(fù)荷與卸荷）的 示意圖：不銹鋼（實(shí)線(xiàn)）、常規(guī)多晶SM(虛線(xiàn)）和單晶SMA(點(diǎn)劃線(xiàn)）。對(duì)于不銹鋼，對(duì)應(yīng)于 優(yōu)化力范圍的有效應(yīng)變（ε J非常有限；對(duì)于常規(guī)多晶SMA，有效應(yīng)變范圍ε 2遠(yuǎn)大于不銹 鋼；對(duì)于單晶SMA，有效應(yīng)變范圍ε 3相對(duì)于不銹鋼和常規(guī)多晶SM是最大的；
[0021] 圖3是根管器械的頂視圖，所述根管器械具有第一部分和第二部分，所述第一部 分具有銼刀柄，所述第二部分具有圓錐螺旋刃溝；
[0022] 圖4是根管器械中使用的多晶SM(實(shí)線(xiàn)）和單晶SM(虛線(xiàn)）的應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn) 的另一示意圖。對(duì)于給定的大應(yīng)變（ε >6% )，由多晶SM制成的牙髓銼的應(yīng)力水平（σ $) 顯著高于單晶SMA(〇單）；
[0023] 圖5是示例性晶體生長(zhǎng)裝置的示意圖，該裝置可以包括晶體1 ;成形器或模具2 ; 熔體3;和坩堝4;以及
[0024] 圖6a_6c是單晶生長(zhǎng)中使用的具有不同形狀或設(shè)計(jì)的示例性模具的示意圖。例如 圖6a例示了矩形模具；圖6b例示了圓形模具；圖6c例示了三角形模具。（C)中顯示的或 具有類(lèi)似構(gòu)造的模具可用于直接生長(zhǎng)或制造醫(yī)療器械，如具有錐形螺旋刃溝的牙髓銼。例 如，三角形橫截面形狀與構(gòu)造可以通過(guò)旋轉(zhuǎn)模具中的三個(gè)可移動(dòng)的元件（由這三個(gè)箭頭表 示）來(lái)控制。通過(guò)精確地控制晶體拉制與模具/元件旋轉(zhuǎn)之間的相對(duì)速度，可以在晶體生 長(zhǎng)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)根管器械的所需構(gòu)造（錐形、刃溝圖案、螺旋角）。
[0025] 發(fā)明詳述
[0026] 本發(fā)明設(shè)想由單晶材料形成的醫(yī)療器械。合意地，該醫(yī)療器械是牙科器械，例如 正畸絲（如弓絲）、牙髓銼或其它。但是，也可以期望其它醫(yī)療器械。該單晶材料可以包括 形狀記憶合金。通常，該形狀記憶合金包括但不限于NiTi、NiTi-基SM (NiTiX，X :Fe、Cu、 Cr、Nb、Co)、銅-基 SMA (CuAlBe、CuAlFe、CuAlZn、CuAlNi、CuAlZnMn)、鐵-基 SMA (FeNiAl、 FeNiCo、FeMnSiCrNi或FeNiCoAlTaB)。例如，該單晶形狀記憶合金可以選自NiTi-基形狀 記憶合金、銅-基形狀記憶合金和鐵-基形狀記憶合金。NiTi-基形狀記憶合金的實(shí)例可 以包括但不限于式NiTiX，X選自Fe、Cu、Cr、Nb和Co。銅-基形狀記憶合金的實(shí)例可以 選自CuAlBe、CuAlFe、CuAlZn、CuAlNi和CuAIZnMn。鐵-基形狀記憶合金的實(shí)例可以選自 FeNiAl、FeNiCo、FeMnSiCrNi 和 FeNiCoAlTaB。
[0027] 任選地，該醫(yī)療器械可以進(jìn)一步包括涂層?？梢源嬖诤穸葹榧s0. 25至約7. 0、優(yōu)選 約0. 5至約5. 0 (例如約I. 0至約4. 0)微米的涂層。該涂層可以具有約0. 025至約0. 75、 優(yōu)選約0. 2至約0. 6 (例如約0. 3至約0. 5)的摩擦（微動(dòng)）系數(shù)。該涂層可以具有至少約 500、優(yōu)選至少約1000和最優(yōu)選至少約2000HV(維氏硬度值）的硬度。此外，將認(rèn)識(shí)到，該 涂層可以具有小于約5000、優(yōu)選小于約4000和最優(yōu)選小于約3000HV的硬度。例如，該涂層 可以具有約500至約5000、和優(yōu)選約1000至約4000、優(yōu)選約2000至約3000HV的硬度。
[0028] 該涂層可以具有至少約50、優(yōu)選至少200和最優(yōu)選至少500°C的最大工作溫度。此 夕卜，將認(rèn)識(shí)到，該涂層可以具有小于約2000、優(yōu)選小于約1700和最優(yōu)選小于1200°C的最大 工作溫度。例如，該涂層可以包括約50至約2000、優(yōu)選約200至約1700和優(yōu)選約500至 約1200°C的最大工作溫度。該涂層的實(shí)例包括但不限于聚對(duì)二甲苯（例如聚對(duì)二甲苯N、 聚對(duì)二甲苯C、聚對(duì)二甲苯D和聚對(duì)二甲苯HT)、TiAlCN(鈦鋁碳氮化物）、TiN(氮化鈦）、 TiCN (碳氮化鈦）、ZrN (氮化鋯）、CrN (氮化鉻）、TiAlN (氮化鈦鋁）、AlTiN (氮化鋁鈦）、 AlTiSiN (氮化鋁鈦硅）、AlTiCrN (氮化鋁鈦鉻）、Quantum (氮化鈦合金）、X-LC (二硫化鑰）、 DLC(類(lèi)金剛石碳）及其它以及其任意組合。
[0029] 制造醫(yī)療器械的方法
[0030] 通常，形成單晶形狀記憶合金醫(yī)療器械的方法可以包括提供單晶形狀記憶合金并 將該單晶形狀記憶合金成形以形成醫(yī)療器械的步驟。晶體生長(zhǎng)是為了獲得不同材料的單晶 或膜而進(jìn)行的結(jié)晶的工藝步驟。合意地，單晶形狀記憶合金可以通過(guò)Czokhralski方法、浮 區(qū)晶體生長(zhǎng)法、Stepanov法或其它方法形成。
[0031] 在Czokhralski法中，可以將原材料裝入耐火?甘禍中并加熱，直到其通常全部烙 融。隨后將形狀為直徑幾毫米的細(xì)棒的籽晶安裝到籽晶夾持器上，并浸入熔體中。在該方 法整個(gè)過(guò)程中籽晶夾持器被冷卻。連接生長(zhǎng)的晶體與熔體的熔體柱通過(guò)表面張力來(lái)維持， 該柱在熔體表面與生長(zhǎng)的晶體之間形成彎月面。固體-熔體界面，或結(jié)晶前沿高出熔體表 面。熔體溫度和從籽晶抽取熱的條件決定了可以獲得多高的結(jié)晶前沿。當(dāng)籽晶末端部分熔 融時(shí)，將籽晶與結(jié)晶的材料一起從熔體中拉出。同時(shí)，旋轉(zhuǎn)該晶體。這有助于保持熔體混合 并在結(jié)晶前沿處保持相同的溫度。由于熱抽取，取向的單晶開(kāi)始在籽晶上生長(zhǎng)。晶體直徑 可以通過(guò)調(diào)節(jié)生長(zhǎng)速度與熔體溫度來(lái)控制。該拉制技術(shù)可以根據(jù)結(jié)晶的材料的類(lèi)型和所需 結(jié)果而改變。晶體可以在具有或不具有容器的情況下，在真空中和在不同壓力下的惰性氣 體中拉制。
[0032] 在浮區(qū)晶體生長(zhǎng)法中，原材料（例如多晶材料）可以穿過(guò)加熱元件，如RF加熱線(xiàn) 圈等等，這產(chǎn)生了局部熔融區(qū)，晶錠由該局部熔融區(qū)生長(zhǎng)。在一端使用籽晶以開(kāi)始生長(zhǎng)。整 個(gè)過(guò)程可以在抽空室中或在惰性氣體吹掃中進(jìn)行。據(jù)信，由于熔體從不接觸任何東西而僅 接觸真空（或惰性氣體），因此不會(huì)混入雜質(zhì)。因此,熔融區(qū)可以帶走雜質(zhì)并因此降低雜質(zhì) 濃度（與晶體相比，大部分雜質(zhì)更易溶于熔體）。
[0033] 在Stepanov (邊緣限定膜進(jìn)給法，EFG)法中，晶體可以從在毛細(xì)管模具頂部形成 的熔體膜生長(zhǎng)。熔體從毛細(xì)管通道中的結(jié)晶前沿增長(zhǎng)。生長(zhǎng)速度在惰性介質(zhì)（氬氣）中為 每小時(shí)1至4厘米/小時(shí)。該方法使生長(zhǎng)復(fù)雜形狀的晶體成為可能。合意地，在自動(dòng)化計(jì) 算機(jī)系統(tǒng)的幫助下，可以在生長(zhǎng)過(guò)程中恒定或可變地控制晶體的重量、形狀和品質(zhì)。通過(guò)該 方法生長(zhǎng)的晶體可以具有不同的晶向（A、C、無(wú)規(guī)）。
[0034] 該成形步驟可以包括將該單晶形狀記憶合金成形為絲。成形步驟的其它實(shí)例可以 包括但不限于通過(guò)模具（例如成形器）拉取單晶生長(zhǎng)，該模具具有可旋轉(zhuǎn)元件以實(shí)現(xiàn)錐形、 刃溝圖案、螺旋角或其任意組合，拉制單晶生長(zhǎng)穿過(guò)該模具，該模具包括至少一個(gè)可移動(dòng)的 部分以限定用于成形通過(guò)其拉取的單晶生長(zhǎng)的通孔，由此拉制單晶生長(zhǎng)穿過(guò)的模具通孔的 橫截面通常為三角形、矩形、正方形或圓形；該模具包括至少三個(gè)可移動(dòng)的部分以限定用于 成形通過(guò)其拉制的單晶生長(zhǎng)的通孔，以及其任意組合。
[0035] 該方法可以進(jìn)一步包括下列步驟的一個(gè)或多個(gè)：將該單晶形狀記憶合金磨削、熱 處理、絞合、酸蝕或其任意組合以形成該醫(yī)療器械。在一個(gè)具體實(shí)施方案中，該方法可以包 括控制熔體溫度、拉取單晶生長(zhǎng)的速率或其二者的組合的步驟。
[0036] 在本發(fā)明的另一實(shí)施方案中，形成單晶形狀記憶合金醫(yī)療器械的方法可以包括以 下步驟：提供形狀記憶合金的熔體；向熔體中引入至少一個(gè)籽晶；生長(zhǎng)單晶制品；以小于單 晶生長(zhǎng)的速率拉取所述至少一個(gè)籽晶和該單晶制品；并將拉取的單晶生長(zhǎng)成形以形成醫(yī)療 器械。合意地，在引入步驟中，該單晶生長(zhǎng)初始由單一籽晶成核，并隨后以自給籽晶方式持 續(xù)進(jìn)行。任選地，該方法可以進(jìn)一步包括以下步驟：提供用于接收該熔體的容器；和/或?qū)?熔體進(jìn)料到該容器中。
[0037] 正畸弓絲的制造方法：
[0038] 具有所需橫截面形狀的成形單晶（如具有圓形橫截面形狀的絲，或具有矩形橫截 面形狀的帶）可以如圖5中那樣在晶體生長(zhǎng)設(shè)備（類(lèi)似于Stepanov's成形晶體生長(zhǎng)法）中 制得?；旧希ㄟ^(guò)適當(dāng)控制生長(zhǎng)速率和溫度狀況，將具有預(yù)定晶體取向和橫截面形狀的液 體熔體柱（這可以由液體熔體上表面上的模具或成形器的形狀來(lái)決定）轉(zhuǎn)化為單晶固體。
[0039] 生長(zhǎng)的單晶制成的正畸弓絲的機(jī)械性質(zhì)可以通過(guò)后熱處理進(jìn)一步改性。
[0040] 根管器械的制造方法
[0041] 方法1 :可以通過(guò)使用單晶生長(zhǎng)法轉(zhuǎn)化具有相同化學(xué)組成的多晶SM來(lái)制造 SM 單晶絲，所述單晶生長(zhǎng)法例如Czochralski法（Cz)或浮區(qū)法（FZ)。通常，將籽晶浸入具有略 高于熔融溫度的表面溫度的液體熔體中，并從中拉出單晶SMA。絲直徑（通常小于2毫米， 盡管也可以設(shè)想大于2毫米）可以通過(guò)籽晶取向、拉制速率和溫度狀況來(lái)控制。單晶SM 的機(jī)械性質(zhì)可以通過(guò)合金組成、拉制速率和冷卻速率來(lái)控制。該單晶SM絲可以通過(guò)進(jìn)一 步磨削（類(lèi)似于使用無(wú)心磨削和輪盤(pán)磨削的常規(guī)制造方法）或通過(guò)其它常規(guī)制造技術(shù)（如 絞合或激光切削）來(lái)制造牙髓銼。此外，相對(duì)更硬和更牢固的多晶薄膜可以在磨削過(guò)程中 以受控方式在表面處形成。更硬的多晶表面層可以改善切削效率和耐磨損性?；蛘?，可以 施加具有更高硬度的表面涂層以便如本文中所述那樣改善耐磨損性或切削效率。
[0042] 方法2:具有所需橫截面形狀的成形單晶可以在晶體生長(zhǎng)設(shè)備（類(lèi)似于 Stepanov's成形晶體生長(zhǎng)法）中形成。通常，通過(guò)適當(dāng)控制生長(zhǎng)速率和溫度狀況，將具有預(yù) 定晶體取向和橫截面形狀的液體熔體柱（這可以由液體熔體上表面上的模具或成形器的 形狀來(lái)決定）轉(zhuǎn)化為單晶固體。具有更復(fù)雜的橫截面形狀（不同于圓形，如正方形和三角 形）的成品或半成品牙髓銼可以在裝有多重控制如籽晶取向、生長(zhǎng)取向、拉伸速率、冷卻介 質(zhì)與速率的專(zhuān)用晶體拉制設(shè)備中直接制得。通過(guò)控制起始生長(zhǎng)籽晶的晶向以及晶體拉制過(guò) 程中的張力與方向，可以制得具有錐形輪廓或具有更尖銳的切削刃的更復(fù)雜橫截面幾何形 狀的牙髓銼。"可變成形技術(shù)" (VST)使得能夠通過(guò)改變?nèi)鐖D6a_6c中所示那樣通過(guò)改變橫 截面的尺寸和構(gòu)造來(lái)生長(zhǎng)復(fù)雜的單晶。由此，可能夠在單晶生長(zhǎng)過(guò)程中使橫截面由一種構(gòu) 造逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N構(gòu)造。理想地，如圖6c所示，具有錐形螺旋切削刃溝的牙髓銼可以通 過(guò)采用改進(jìn)的"可變成形技術(shù)"，通過(guò)控制凝固速率、可變橫截面積以及橫截面取向（通過(guò) 改變拉伸狀況、橫截面尺寸和取向并同時(shí)通過(guò)控制可移動(dòng)的模具元件的位移）而由液體熔 體直接生長(zhǎng)。
[0043] 由生長(zhǎng)的單晶制成的牙髓銼的機(jī)械性質(zhì)可以通過(guò)后熱處理進(jìn)一步改性。
[0044] 如循環(huán)疲勞測(cè)試、扭矩測(cè)試和靈活性測(cè)試中所示，本發(fā)明試圖通過(guò)絞合對(duì)醫(yī)療器 械進(jìn)行改善，包括改善的耐循環(huán)疲勞性和/或耐折斷性。循環(huán)疲勞測(cè)試測(cè)量醫(yī)療器械對(duì)疲 勞的耐受性，包括具有相鄰于偏轉(zhuǎn)塊定位的開(kāi)槽心軸的試驗(yàn)臺(tái)，所述偏轉(zhuǎn)塊具有與該心軸 同心并與心軸周邊隔開(kāi)的弓形表面。該心軸在其周面上具有淺深度的凹槽。負(fù)載在偏轉(zhuǎn) 塊附近的是具有卡盤(pán)的旋轉(zhuǎn)工具夾持器，通過(guò)所述卡盤(pán)可以固定根管器械的近端部分。相 鄰該偏轉(zhuǎn)塊定位的是噴嘴，該噴嘴用于將溫控介質(zhì)如壓縮空氣噴射到根管器械上。在這些 測(cè)試中，該根管器械旋轉(zhuǎn)，即以500rpm逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。根管器械持續(xù)旋轉(zhuǎn)，直到其因彎曲疲 勞而斷裂。如 ISO 3630-1:2008, Dentistry -Root-canal instrument -Part I:General requirements and test methods中所述，靈活性測(cè)試測(cè)量醫(yī)療器械的剛度。如ISO 3630-1:2008, Dentistry-Root-canal instrument-Part I:General requirements and test methods中所述，扭矩測(cè)試測(cè)量醫(yī)療器械對(duì)絞合和角度偏轉(zhuǎn)造成的折斷的耐受性。
[0045] 在一個(gè)具體實(shí)例中，根據(jù)本發(fā)明制備旋轉(zhuǎn)根管器械，并相對(duì)于已知的馬氏體NiTi 旋轉(zhuǎn)根管器械進(jìn)行測(cè)試。類(lèi)似形狀和尺寸的旋轉(zhuǎn)根管器械包括25毫米牙髓銼，所述牙髓 銼具有4%的錐度，具有可變螺旋角度切削刃溝和三角形橫截面。此外，樣品A包括馬氏體 NiTi旋轉(zhuǎn)牙髓銼，而樣品B和C包括本發(fā)明的銅-鋁基旋轉(zhuǎn)牙髓銼。結(jié)果顯示在表1中。
[0046] 表 1
[0047]

【權(quán)利要求】
1. 醫(yī)療器械，包含單晶形狀記憶合金。
2. 權(quán)利要求1的醫(yī)療器械，其中該醫(yī)療器械是牙科器械。
3. 權(quán)利要求1的醫(yī)療器械，其中該單晶形狀記憶合金選自NiTi-基形狀記憶合金、 銅-基形狀記憶合金和鐵-基形狀記憶合金。
4. 權(quán)利要求3的醫(yī)療器械，其中NiTi-基形狀記憶合金具有式NiTiX，X選自Fe、Cu、 Cr、Nb 和 Co。
5. 權(quán)利要求3的醫(yī)療器械，其中銅-基形狀記憶合金選自CuAlBe、CuAlFe、CuAlZn、 CuAINi 和 CuAIZnMn。
6. 權(quán)利要求3的醫(yī)療器械，其中鐵-基形狀記憶合金選自FeNiAl、FeNiCo、FeMnSiCrNi 和 FeNiCoAlTaB。
7. 權(quán)利要求3的醫(yī)療器械，其中該醫(yī)療器械是牙髓銼或正畸弓絲。
8. 形成單晶形狀記憶合金醫(yī)療器械的方法，包括以下步驟： (i) 提供單晶形狀記憶合金；和 (ii) 成形該單晶形狀記憶合金以形成醫(yī)療器械。
9. 權(quán)利要求8的方法，其中該醫(yī)療器械是牙髓銼或正畸弓絲。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中該單晶形狀記憶合金選自NiTi-基形狀記憶合 金、銅-基形狀記憶合金和鐵-基形狀記憶合金。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中NiTi-基形狀記憶合金具有式NiTiX，X選自Fe、 Cu、Cr、Nb 和 Co。
12. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中銅-基形狀記憶合金選自CuAlBe、CuAlFe、 CuAlZn、CuAINi 和 CuAIZnMn。
13. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中鐵-基形狀記憶合金選自FeNiAl、FeNiCo、 FeMnSiCrNi 和 FeNiCoAlTaB。
14. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，進(jìn)一步包括將該單晶形狀記憶合金磨削、熱處理、絞 合、酸蝕或其任意組合以形成醫(yī)療器械的步驟。
15. 形成單晶形狀記憶合金醫(yī)療器械的方法，包括以下步驟： 提供形狀記憶合金的熔體； 向該熔體中引入至少一個(gè)籽晶； 生長(zhǎng)單晶制品； 以小于單晶生長(zhǎng)的速率拉取所述至少一個(gè)籽晶和該單晶制品； 將拉取的單晶生長(zhǎng)成形以形成醫(yī)療器械。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中該單晶形狀記憶合金選自NiTi-基形狀記憶 合金、銅-基形狀記憶合金和鐵-基形狀記憶合金；其中該NiTi-基形狀記憶合金具有式 附11乂，乂選自？6、(：11、〇、恥和(：0;其中銅-基形狀記憶合金選自(：1^186、(：1^懷6、(：1^1211、 CuAINi和CuAIZnMn ;并且其中鐵-基形狀記憶合金選自FeNiAl、FeNiCo、FeMnSiCrNi和 FeNiCoAlTaB。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中該模具包括至少一個(gè)可移動(dòng)的部分以限定用于 成形通過(guò)其拉取的單晶生長(zhǎng)的通孔。
18. 權(quán)利要求17的方法，其中該成形步驟包括拉取該單晶生長(zhǎng)穿過(guò)模具，該模具具有 可旋轉(zhuǎn)元件以實(shí)現(xiàn)錐形、刃溝圖案、螺旋角或其任意組合。
19. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中引入步驟，該單晶生長(zhǎng)初始由單一籽晶成核，并 隨后以自給籽晶方式持續(xù)進(jìn)行。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，進(jìn)一步包括以下步驟： 提供用于接收該熔體的容器；和 將該熔體進(jìn)料到該容器中。
【文檔編號(hào)】C30B29/52GK104411854SQ201380021359
【公開(kāi)日】2015年3月11日 申請(qǐng)日期:2013年3月15日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月15日
【發(fā)明者】高永 , D·阿蒙 申請(qǐng)人:登士柏國(guó)際公司