Brevet FR2647664A1 — publié le 19901207

L'invention concerne un procédé de fabrication d'éléments de prothèses dentaires ou maxillo-faciales par lequel on oxyde une couche d'aluminium précédemment déposée sur une prothèse, de manière à obtenir une couche d'alumine étanche, qui soit intimement liée au substrat composant l'âme de ladite prothèse. L'invention concerne également les éléments de prothèses issus du procédé de fabrication précédent. On a essayé de nombreux matériaux en vue de reconstruire ou de réparer des tissus biologiques durs, et notamment l'os ou la dent. Ces matériaux, couramment appelés biomatériaux, doivent à la fois posséder des propriétés mécaniques appropriées, et ne pas entraîner de réactions chimiques de l'organisme qui soient défavorables à celui-ci, ou à la prothèse réalisée au moyen de ces matériaux. A ce titre, on connait bien les qualités des oxydes métalliques, et notamment celles de l'alumine AL203, oxyde principal de l'aluminium; en effet, l'alumine est un composé très stable chimiquement, et il est donc considéré comme étant inerte en milieu biologique. Par ailleurs, la dureté de l'alumine, quatre à cinq fois supérieure, selon son état, à la dureté des alliages en titane, en fait un biomatériau mécaniquement supérieur à ces derniers, dont l'usage est pourtant très répandu; il est à noter, en outre, que le prix de ces alliages est élevé comparativement à celui de l'alumine. L'alumine constitue, par conséquent, une solution particulièrement adaptée à la réalisation de prothèses implantées en milieu biologique. Cependant, les procédés connus à ce jour de fabrication de prothèses en alumine, ou recouvertes d'alumine, possèdent de graves inconvénients. En effet, on ne sait utiliser actuellement l'alumine que sous la forme de céramiques, et le mode habituel de dépôt sur les prothèses, ou les éléments de prothèses, consiste en une agglomération de poudres par frittage et fusion; or, - soit la couche d'alumine déposée sur la prothèse est mince, et la porosité de la céramique provoque un risque d'invasion bactérienne, pouvant mener à une infection, - soit la couche déposée est épaisse, de l'ordre de quelques dixièmes à quelques millimètres, et celle-ci est fragile, cassante, malgré une porosité apte à favoriser l'ostéogenèse (régénération de l'os entourant la prothèse) sans risque d'infection. En outre, dans les deux cas, l'interface entre la prothèse et la couche d'alumine frittée n'est pas inaltérable, puisqu'il existe uniquement une rétention mécanique entre ces deux milieux. Enfin, le frittage est inadapté au dépôt de céramiques sur les formes complexes, telles qu'un filetage, que peuvent présenter les prothèses, ou les éléments de prothèses, implantées; ce procédé, entr'autre, possède le désavantage de conduire à des dépôts hétérogènes, d'épaisseur fluctuante, ou recouvrant lesdites formes. Il est à noter qu'il demeure possible de retailler un profil dans une couche de céramique à l'alumine suffisamment épaisse, mais la dureté de cet oxyde rend ce travail délicat et peu précis. L'invention vise à remédier à tous ces inconvénients en proposant un procédé de fabrication d'éléments de prothèses dentaires ou maxillofaciales, telles que particulièrement des implants endo-osseux ou des tenons, par lequel on dépose une couche d'aluminium pure sur un substrat conducteur, notamment métallique, composant l'âme d'une prothèse, ou l'âme d'un élément de prothèse, caractérisé en ce qu'on oxyde la couche d'aluminium précédemment déposée sur le substrat, par le moyen d'une anodisation dure réalisée de manière connue, de façon à obtenir une couche d'alumine, étanche et isolante, entre ledit substrat et les tissus biologiques entourant ladite prothèse. Le procédé selon l'invention permet d'exploiter toutes les qualités connues précédemment citées des prothèses implantées recouvertes d'alumine, sans en avoir les inconvénients. La couche superficielle d'alumine pure, obtenue sur le substrat composant l'âme d'une prothèse, ou d'un élément de prothèse, est en effet intimement liée à ce substrat, ce qui n'est pas le cas d'une couche de céramique frittée. Cette différence essentielle constitue l'apport principal de l'invention et les conséquences d'une adhérence intime entre le substrat et la couche d'alumine sont d'ordres mécanique et biologique: - tout d'abord, il n'existe plus de zone de fragilité entre la couche superficielle d'alumine et l'âme de la prothèse, et celle-ci subit les contraintes qui lui sont appliquées de manière plus homogène; sa solidité et sa durabilité sont par conséquent plus grandes. - ensuite, l'invasion bactérienne devient improbable, puisqu'il n'existe plus d'interface franchement délimitée entre la couche superficielle d'alumine et l'âme, cette interface étant le lieu privilégié de la concentration bactérienne dans le cas d'une couche de céramique frittée. De manière inattendue et complémentaire, on constate que l'épaisseur de la couche d'alumine pure qu'il faut réaliser à la surface de la prothèse peut être inférieure à celle d'une couche de céramique à l'alumine possédant les mêmes qualités d'étanchéité et d'isolation électrique; d'une part, l'alumine pure est moins poreuse qu'une céramique à l'alumine pour des raisons évidentes tenant aux procédés de réalisation; d'autre part, la porosité d'une couche en céramique est néfaste à sa tenue diélectrique (tension d'isolement), tandis qu'une couche d'alumine pure de 50 microns d'épaisseur présente une tension d'isolement d'envircn 1000 volts en milieu sec (ce qui est très suffisant lorsque celle-ci se trouve en milieu humide, et notamment en milieu biologique, o cette tension est abaissée). On évite de cette manière tous les effets de pile qui pourraient exister entre des matériaux conducteurs présents à proximité de la prothèse implantée - notamment ceux constituant d'autres prothèses ou un autre élément de ladite prothèse - et le substrat conducteur composant l'âme. Il est à noter que, dans le cas courant de prothèses implantées réalisées avec un alliage métallique, et particulièrement un alliage de titane, il est nécessaire, pour éviter les phénomènes de pile, de réaliser tous les éléments de la prothèse avec ce même matériau, qui est généralement très coûteux; le procédé selon l'invention permet d'utiliser un substrat conducteur de faible coût pour fabriquer l'âme, la prothèse recouverte d'une couche d'alumine selon l'invention étant parfaitement isolante vis à vis des tensions de pile pouvant être mises en jeu. D'autres caractéristiques et avantages du procédé de fabrication selon l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre d'un mode préféré et non limitatif de mise en oeuvre de ce procédé, en référence au dessin annexé sur lequel: la figure 1 représente une vue longitudinale en coupe de l'âme d'une prothèse dentaire, - la figure 2 représente une coupe transversale d'un tenon composant ladite prothèse après dépôt d'une couche d'aluminium, - la figure 3 représente une coupe transversale du tenon composant ladite prothèse après anodisation dure de la couche d'aluminium, Il est à noter que les figures sont donnés à titre d'illustration schématique de l'invention et qu'ils ne visent en aucune manière à indiquer l'échelle ou les proportions relatives des éléments qui y sont représentés. Conformément à ces figures, une prothèse dentaire 1, destinée à remplacer une dent manquante, se compose d'un implant 2 constituant une racine de substitution o vient se solidariser un tenon 3, qui est lui-même recouvert d'une partie postiche 4 restaurant la couronne de la dent. L'implant 2 reconstitue par conséquent dans l'os 5 une racine dentaire, la liaison de cet implant 2 avec la partie gingivale 6 étant par ailleurs très importante pour obtenir une fixation durable et saine dudit implant 2. Selon l'invention, l'implant 2 et le tenon 3 peuvent tous deux posséder une âmne conductrice recouverte d'une couche d'alumine pure, mais, afin de clarifier la description, on décrira l'exemple particulier d'un implant 2 en alliage de titane et d'un tenon 3 fabriqué conformément au procédé de l'invention. Conformément à la figure 1, le tenon 3 comprend une âme conductrice 31, qui peut notamment être un métal de caractéristiques mécaniques adéquates (acier inoxydable, "super alliage", métaux à mémoire) ou un corps non métallique très résistant (composé carbone-carbone par exemple). L'âme 31 est ici cylindrique et présente deux filetages 310 et 311, le filetage 310 permettant de visser le tenon 3 dans la cavité 21 prévue à cet effet à l'intérieur de l'implant 2, et le filetage 311 permettant de visser la partie postiche 4 reconstituant la couronne de la dent. Ces filetages 310 et 311 sont réalisés, conformément à une variante préférée de l'invention, avant tout dépôt d'aluminium sur l'âme 31, ce qui procure l'avantage très important de faciliter l'alésage du tenon 3. On notera que, dans cette variante de l'invention, on peut automatiser facilement l'alésage, ou bien, de manière avantageuse et connue, réaliser l'âme 31 du tenon 3 en employant les techniques de la prothèse dite "coulée", qui consiste à réaliser un moule dans lequel est coulé le métal, ou le matériau, constituant l'âme 31. Les filetages 310 et 311 étant réalisés, on procède, conformément à la figure 2, à un dépôt d'aluminium sur l'âme 31, de manière à obtenir une couche d'aluminium pure 32 d'épaisseur e. Ce dépôt est, selon la variante préférée de l'invention, un dépôt effectuée par voie galvanique, conformément au procédé connu commercialement sous le nom de procédé SIGAL; l'utilisation de la voie galvanique explique la nécessité de disposer d'un matériau conducteur pour réaliser l'âme 31 du tenon 3. La caractéristique principale du procédé SIGAL est de permettre la réalisation d'une couche d'aluminium pure, et relativement épaisse, sur un matériau conducteur quelconque; l'épaisseur e actuellement atteinte est égal à environ 150 microns, ce qui est à comparer avec les quelques microns d'épaisseur obtenus avec des procédés de dépôt concurrents. Or, on a montré qu'une couche d'aluminium trop mince ne permettait pas de réaliser, après son oxydation, une couche d'alumine étanche en milieu biologique; en l'occurence, la limite déterminée.d'étanchéité d'une couche d'alumine déposée sur une prothèse dentaire 1 vaut 12 microns en milieu biologique, et les procédés de dépôt concurrents du procédé SIGAL ne permettent d'obtenir une couche d'alumine que de 5 microns d'épaisseur. Le procédé selon l'invention, en ce qu'il incorpore préférentiellement le procédé SIGAL de dépôt d'aluminium sur un matériau conducteur, permet de réaliser, conformément à la figure 3, une couche d'alumine pure 33 par oxydation partielle ou totale de la couche d'aluminium 32. Cette oxydation résulte plus généralement d'un processus d'anodisation dure connu en soi, -et dont l'usage est très répandu lorsqu'il s'agit de chrome plutôt que d'aluminium; la chromation "dure" permet en effet de modifier profondément les qualités d'un matériau, en général métallique (parechocs de véhicules par exemple), afin d'en durcir la surface. L'anodisation "dure" consiste en un traitement chimique intense, et l'application de ce processus à l'invention est d'autant facilité que les surfaces à traiter sont peu importantes. Il est à noter que l'épaisseur E de la couche d'alumine 33 peut atteindre environ 300 microns; cette valeur correspond au double de l'épaisseur e de la couche d'aluminium 32 qu'il est possible de déposer, ce qui s'explique physiquement en comparant les tailles respectives des molécules d'aluminium Al et d'aliunine A1203: ainsi, pour obtenir une couche d'alumine 33 d'épaisseur E, il faudra toujours disposer d'une couche d'aluminium 32 d'épaisseur au moins égale à e=E/2. Cette valeur maximale de 300 microns dépasse largement les 12 microns d'épaisseur de la couche 33 nécessaires à l'étanchéité biologique du tenon 3. Préférentiellement, l'épaisseur de la couche d'alumine 33 est prise égale à environ 50 microns, valeur correspondant à un optimum déterminé expérimentalement. On a montré en effet que deux problèmes peuvent perturber les qualités mécaniques de la couche 33: - tout d'abord, si la couche d'alumine 33 est trop épaisse, les cristaux d'alumine composant ladite couche 33 possèdent une taille trop importante, ce qui nuit à la dureté superficielle et induit une porosité indésirable. - ensuite, si après dépôt d'une couche d'aluminium 32 assez épaisse, on réalise une couche d'alumine 33 dans la limite précédemment citée, on aboutit au même inconvénient. De manière complémentaire, le procédé selon l'invention se caractérise par le fait qu'on dépose une couche d'aluminium 32 d'épaisseur légèrement supérieure à une valeur égale à la moitié de la couche d'alumine 33 que l'on désire obtenir. De cette façon, il subsiste toujours entre la couche d'alumine 33 et l'âme 31 une couche intermédiaire 34 d'aluminium d'épaisseur relativement faible par rapport à celle de ladite couche 33; par exemple, pour obtenir 50 microns d'alumine, on dépose, dans une variante préférée de l'invention, de 30 à 40 microns d'aluminium, ce qui, après oxydation, fournit une couche intermédiaire 34 d'épaisseur comprise entre 5 et 15 microns. Cette disposition particulière du procédé selon l'invention est nécessaire si on veut garantir l'adhérence de la couche d'alumine 33 sur l'âme 31, sans retrouver les inconvénients liés à une couche de céramique à l'alumine frittée tenant par rétention mécanique simple sur ladite âme 31. De manière inattendue, on constate également que la couche d'aluminium 32 déposée par le procédé SIGAL, et la couche d'alumine 33 obtenue par anodisation "dure" d'une partie de ladite couche 32, épousent parfaitement les reliefs complexes présents sur l'âme 31, et notamment les filetages 310 et 311. Cet avantage considérable du procédé selon l'invention permet donc de fabriquer les éléments d'une prothèse 1, tels qu'un tenon 3 ou un implant 2, sans devoir les aléser consécutivement au dépôt d'alumine, ce qui constitue, ainsi qu'il a été dit, une difficulté conséquente. En outre, l'épaisseur de la couche d'alumine 33 est partout constante sur la surface de l'âme 31, sans recouvrement des reliefs, ni intervalles non recouverts; on réalise de cette façon des éléments de prothèse très précisément alésés, et leur reproduction éventuelle en cas de détérioration est aisée. Il est à noter que l'utilisation de tenons 3 ou d'implants 2 rendus isolants suivant le procédé de l'invention permet de les remplacer facilement sans craindre des effets de pile indésirables; ceci est un avantage déterminant des prothèses 1 isolantes réalisées par rapport aux prothèses en alliage de titane. Dans une autre variante de mise en oeuvre du procédé selon l'invention, il peut cependant arriver que la couche d'alumine -33 réalisée possède une épaisseur supérieure à la limite précédemment fixée d'environ 50 microns. En effet, de manière avantageuse et inattendue, on peut usiner une couche d'alumine 33 épaisse, ce qui procure l'avantage de pouvoir réaliser une rugosité particulière sur tout ou partie d'un élément de prothèse, tel que, conformément à la figure 3, le plateau 35 qui recouvre et bague la section de la prothèse 1; ce plateau 35 peut, par exemple, subir un polissage, ce qui améliore l'implantation de la prothèse 1 dans le milieu osseux ou parodontal. Il s'agit bien entendu d'un cas particulier d'usinage, mais tous les types de rugosité sont réalisables, dans les limites d'épaisseur précédemment citées pour la couche d'aluminium et la couche d'alumine. A ce titre, la réalisation du plateau 35 dans un matériau rendu isolant, tel qu'avantageusement de l'alumine, permet d'éviter l'oxydation très fréquente du tenon 3 au niveau de ce plateau 35, lorsque la prothèse 1 est en alliage de titane; le contact avec l'oxygène de l'air, présent à cet endroit de la prothèse 1, rend cette zone très sensible à une telle oxydation, et celle-ci est responsable de nombre des échecs constatés en implantologie dentaire. Une prothèse 1 réalisée suivant le procédé de l'invention offre ainsi des garanties élevées de résistance aux attaques chimiques extérieures. Une autre variante du procédé selon l'invention consiste en ce qu'on peut déposer sur l'âme 31 du tenon 3, préalablement au dépôt d'aluminium, une mince couche de nickel 36, comparativement à l'épaisseur E de la couche d'alumine 33. Cette possibilité, connue en soi pour la chromation "dure", permet d'augmenter éventuellement l'adhérence de la couche d'aluminium intermédiaire 34, et donc de la couche d'alumine 33, sur l'âme 31 (il existe alors une transition moins brutale entre les distances interatomiques du matériau conducteur composant l'âme 31 et de l'aluminium de la couche intermédiaire 34). L'invention concerne également les prothèses 1, ou les éléments de prothèses 1, et notamment les tenons 3 ou les implants 2, issus du procédé de fabrication précédemment décrit. Il est évident que ni le procédé selon l'invention, ni les éléments de prothèses 1 en résultant,- ne sont limités par les dispositions particulières précédemment décrites, et que tous les équivalents techniques, ou les procédés équivalents, pouvant être mis en jeu dans l'esprit de l'invention ne sortiraient pas de son cadre. Le domaine de l'invention est celui de la restauration dentaire ou maxillo-faciale, par le moyen de prothèses simples ou complexes, étanches et isolantes vis à vis des effets de pile, qui sont dus à la présence de conducteurs différents dans le milieu biologique o ces prothèses sont implantées. REVENDICATIONS 1 - Procédé de fabrication d'élements de prothèses dentaires ou maxillofaciales, telles que particulièrement des implants endo-osseux (2) ou des tenons (3), par lequel on dépose une couche d'aluminium (32) pure sur un substrat conducteur, notamment métallique, composant l'âme (31) d'une prothèse (1), caractérisé en ce qu'on oxyde la couche d'aluminium (32) précédemment déposée sur l'âme (31), par le moyen d'une anodisation dure réalisée de manière connue, de façon à obtenir une couche d'alumine (33), étanche et isolante, entre ladite âme (31) et les tissus biologiques entourant ladite prothèse (1). 2 - Procédé de fabrication selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on réalise, avant tout dépôt d'aluminium sur l'âme (31) d'un élément de la prothèse (1), son alésage ou son usinage, le dépôt d'aluminium sur l'âme (31) épousant parfaitement, avec une épaisseur constante, les formes complexes résultant de cet alésage ou de cet usinage. 3 - Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'oxydation de la couche d'aluminium (32) déposée sur l'âme (31) d'un élément de la prothèse (1), tel qu'un tenon (3), est partielle, ce qui procure l'avantage d'augmenter l'adhérence de la- couche d'alumine (33) sur l'âme (31) en intercalant entre ces deux milieux une couche d'aluminium (34) intermédiaire. 4 - Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'épaisseur de la couche d'alumine (33) est préférentiellement proche de 50 microns. - Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, préalablement au dépôt d'aluminium, on peut déposer sur l'âme (31) d'un élément de la prothèse (1), tel que notamment un tenon (3), une couche de nickel (36), d'épaisseur comparativement faible par rapport à l'épaisseur E de la couche d'alumine (33). 6 - Prothèses, et éléments de prothèses, issus du procédé de fabrication suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5.