способ получения керамических покрытий на поверхности зубных протезов и имплантатов

Формула изобретения

Способ получения керамических покрытий на поверхности зубных протезов и имплантатов, включающий нанесение покрытий методом плазменного напыления, отличающийся тем, что керамические покрытия получают многослойными, причем вначале наносят пористый слой из металла, идентичного металлу основы, затем наносят слои из механической смеси металла и керамики, плавно увеличивая от слоя к слою содержание керамики от 20 до 90%, последним напыляют слой керамики, а общая толщина плазмонапыленного покрытия составляет 90-200 мкм.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области медицины, а именно ортопедической стоматологии и лицевой хирургии, и касается изготовления зубных протезов и имплантатов.

Современная ортопедическая стоматология и лицевая хирургия используют множество различных керамических материалов, в том числе и биоактивных, в качестве промежуточных и облицовочных покрытий. Свойства таких покрытий и прочность их сцепления с металлической основой зубных протезов и имплантатов напрямую связаны со способом их нанесения.

Известен способ нанесения композиционного неорганического материала (пат. 6024585, кл. А 61 L 27/00, 1997 г., Япония), состоящего из смеси стекла и гидроксиапатита, на металлическую основу имплантата путем механического нанесения исходной смеси с последующим отжигом и протравливанием кислотой для образования пор.

Недостатком данного способа является его сложность и возможная неравномерность по толщине полученного покрытия из-за метода нанесения (намазка) исходной смеси.

Существует способ нанесения покрытия из окиси алюминия с помощью микродуговой плазмы на поверхность зубного протеза, изготовленного из алюминия (SU 1537240, кл. А 61 С 13/08, 1990). Однако применение такого способа ограничено вследствие редкого использования алюминия для изготовления каркасов зубных протезов.

Ближайшим, по мнению авторов, аналогом (прототипом) является способ нанесения биоактивных покрытий на медицинские изделия (И.Н. Шмелева, И.Ю. Михайленко, И. К. Батрак. Стекло и керамика, 1, 1997 г.). Для плазменного напыления биоактивных покрытий по данному способу был использован порошок стекломассы, представляющей смесь кальций- и фосфорсодержащих смесей. Покрытия наносили через промежуточный слой на титановые имплантаты.

Недостаток способа заключается в том, что из-за значительной разницы ТКЛР металла основы и покрытия сложно избежать растрескивания полученных покрытий в процессе эксплуатации готовых изделий.

Основной задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является создание универсального способа нанесения покрытий из различных керамических материалов на любые металлические подложки, а также снижение влияния коэффициента термического расширения (КТР) на свойства покрытий.

Предлагаемый способ получения керамических покрытий на поверхности зубных протезов и имплантатов включает в себя плазменное нанесение многослойного покрытия, причем вначале наносят пористый слой из металла, идентичного металлу основы, затем наносят слои из механической смеси металла и керамики, плавно увеличивая от слоя к слою содержание керамики от 20 до 90%, последним напыляют слой керамики, а общая толщина плазмонапыленного покрытия составляет 90-200 мкм.

При осуществлении данного способа на предварительно очищенную металлическую поверхность зубного протеза или имплантата плазменным напылением наносят пористый слой из металла, идентичного металлу основы. Затем делают навески и путем механического перемешивания готовят смеси порошков металла и керамики с различным процентным содержанием входящих компонентов. Процентное содержание керамики в смесях изменяется от 20 до 90%. Готовые порошки просушивают и на установке плазменного напыления наносят необходимое количество слоев из смеси металла и керамики с различным процентным содержанием керамики. Последним напыляют слой керамики, причем общая толщина плазмонапыленного покрытия составляет 90-200 мкм.

Необходимость многослойной системы при нанесении керамики на металлическую основу объясняется значительной разницей КТР металла и керамики, что может стать причиной нарушения целостности покрытия. Постепенный переход от металла к керамике через смеси этих двух компонентов способствует выравниванию КТР сопрягаемых слоев и релаксации возникающих поверхностных напряжений. В последнем слое, полученном из смешанных материалов, доля керамики может составлять 90%.

При очень большом различии КТР между металлом основы и керамикой число переходных слоев увеличивают и покрытие может быть, например, шести-, восьмислойным.

На количество слоев влияет и разность в температуре плавления напыляемых компонентов. Так, если эта разность значительна, для корреляции температуры и лучшего проплавления смеси необходимо содержание более тугоплавкого материала (керамики) плавно увеличивать от слоя к слою до необходимых значений.

Послойное нанесение керамического материала на металл основы в предлагаемом изобретении объясняется также и необходимостью достижения высокой прочности сцепления покрытия с основой. При плазменном напылении между напыляемым материалом и основой существует не только механическое сцепление, но и химические связи. Наиболее прочное сцепление образуется между одинаковыми материалами, чем и объясняется то, что первый слой многослойного покрытия наносят из металла, идентичного металлу основы. Это позволяет изменить структуру основы, перейти от монолитного металла к пористому. В дальнейшем повышению адгезионной прочности между слоями способствует не только плавный переход в процентном содержании компонентов от слоя к слою, но также пористость каждого плазмонапыленного слоя, облегчающая внедрение следующего слоя, отличающегося по составу от предыдущего.

Плазмонапыленное керамическое покрытие, как правило, является промежуточным, поэтому его толщина не должна превышать 200 мкм. Нижний предел толщины - 90 мкм - объясняется возможностями плазменного напыления и количеством слоев в покрытии.

Предлагаемый способ получения керамических покрытий на поверхности зубных протезов и имплантатов является универсальным и может быть использован в ортопедической стоматологии или лицевой хирургии для нанесения самых различных керамических материалов.

С помощью предлагаемого способа наносят покрытия:

- биокерамики (гидроксиапатит, биоситалл и др.) - используют для лучшего вживления имплантатов;

- окиси алюминия (Аl₂О₃) - способствуют сокрытию цвета металла основы, что значительно улучшает эстетические свойства металлопластмассовых зубных протезов;

- окиси кремния (SiO₂) - применяют для силониролвания поверхности основы при облицовке зубных протезов гелиокомпозитными материалами, а с добавлением неорганических красителей можно добиться необходимого цвета зубного протеза без дополнительного подкрашивания.

Применение предлагаемого способа позволяет получить покрытия с высокой адгезионной прочностью. Наличие пористости дает возможность использовать такие покрытия в дополнение к основному назначению и как ретенционные. В то же время при соответствующей обработке такие покрытия и сами могут быть облицовочными.

Покрытия по предлагаемому способу можно наносить на зубные протезы и имплантаты, изготовленные из любых материалов, используемых в медицине: нержавеющая сталь, КХС, Al, Ti и др. Для облицовки зубных протезов с керамическим покрытием могут быть использованы пластмасса и светоотверждаемые композитные материалы. Плазмонапыленные многослойные покрытия из биоактивной керамики наносят на зубные и костные имплантаты с целью остеоинтеграции.

Предложенные признаки, а именно получение многослойного керамического покрытия на поверхности зубных протезов и имплантатов с нанесением первого слоя из металла, идентичного металлу основы, последующих слоев из механической смеси металла и керамики с плавным увеличением содержания керамики от слоя к слою от 20% до 90% и последним слоем из керамики с общей толщиной плазмонапыленного покрытия 90-200 мкм в известных технических решениях, не обнаружены, что позволяет сделать вывод о том, что предложенное решение отвечает критериям "новизна" и "изобретательский уровень".

Пример 1. На поверхность зубного протеза из нержавеющей стали по предлагаемому способу наносили покрытие из окиси алюминия. Нанесение производили на медицинской установке плазменного напыления. В качестве первого слоя наносили покрытие из порошка стоматологической нержавеющей стали толщиной 20 мкм. Смеси порошков нержавеющей стали и окиси алюминия изготавливали в следующем соотношении:

Сталь, 80% - Al₂O₃ 20%

Сталь, 40% - Al₂O₃ 60%

Толщина каждого слоя из смеси порошков составляла 40 мкм. Последним наносили слой окиси алюминия, общая толщина покрытия - 140 мкм. Покрытие использовали как ретенционное и для маскировки цвета металла. Облицовку зубного покрытия пластмассой проводили по существующей технологии.

Пример 2. На поверхность костного имплантата (спинка носа), изготовленного из сетчатого титана, наносили биоактивное покрытие гидроксиапатита (ГАП). Нанесение покрытия проводили на медицинской установке плазменного напыления. На очищенную от загрязнений поверхность имплантата вначале напыляли слой из порошка титанового сплава ВТ-6 толщиной 20 мкм. Затем готовили смесь порошков ВТ-6 и ГАП путем механического смешивания с содержанием 80% ВТ-6 и 20% ГАП и смесь с содержанием 20% ВТ-6 и 80% ГАП. Порошковые смеси просушивали в сушильном шкафу при температуре 100-150^oС. Плазменное напыление слоев проводили, начиная со слоя из смеси с большим содержанием металла. Каждый слой имел толщину 20 мкм. Последним напыляли порошок ГАП, толщина слоя ГАП составляла 30 мкм. Общая толщина керамического покрытия составила 90 мкм. Проведенные измерения силы сцепления подложки с покрытием методом сдвига показали, что адгезионная прочность составила 12 Па, что вполне достаточно для покрытий данного назначения.

Пример 3. Для получения комбинированного металлогелиокомпозитного мостовидного протеза цвета А2 по международной классификации был изготовлен каркас из титанового сплава. После припасовки каркаса на рабочей модели и проверки в полости рта методом плазменного напыления на каркас было нанесено керамическое покрытие. Керамическое покрытие состояло из шести слоев. Первый слой наносили из порошка ВТ - 6. Второй слой содержал 70% ВТ - 6 и 30% Аl₂O₃; третий слой - 50% ВТ-6, 30% Аl₂О₃ и 20% SiO₂; четвертый слой - 20% ВТ - 6, 60% Аl₂О₃, 20% SiO₂. Последним напыляли слой керамики, в составе 70% Аl₂О₃ и 30% SiO₂. Общая толщина покрытия была 200 мкм. После напыления проводили пропитку керамического покрытия силаном, просушивали и облицовывали каркас гелиокомпозитным материалом марки "Композит".