(57)【要約】  本発明は、酸化アルミニウムと、安定化ないし不安定化された(二)酸化ジルコニウムとを含むセラミック性単純人工骨頭エレメントに関する。当該材料は、酸化アルミニウムと(二)酸化ジルコニウムの含有量の勾配を有する。引っ張り、曲げ、およびねじれストレスが高まる部分では、(二)酸化ジルコニウム含有量が、主に酸化アルミニウムを含む関節結合部分と比較して、増加されている。本発明の単純人工骨頭エレメントは、前焼結した酸化アルミニウム開孔性マトリックスを、濃い(二)酸化ジルコニウム懸濁液、ジルコニウム塩溶液、ジルコニウムを含むアルコールないしゾルまたは少なくとも２種の前記溶液/液体の混合物で浸潤することにより、作製することができる。前記単純人工骨頭エレメントは、鋳型を酸化アルミニウムと(二)酸化ジルコニウムの粉末で、両者の比率が鋳型の充填中に変化し得るように連続的に充填することから成る方法によっても、作製することができる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化アルミニウムおよび(二)酸化ジルコニウムを含むセラミック性材料から構成される単純人工骨頭コンポーネントであって、当該(二)酸化ジルコニウムが、不安定化されたものないし、(酸化希土類、酸化アルカリ土類、酸化チタン、酸化クロムまたは酸化ハフニウムの、位相安定化のために公知の塩にて)安定化されたものであり、当該材料が、酸化アルミニウムと(二)酸化ジルコニウムの含有率の勾配を示すことに特徴づけられる、単純人工骨頭コンポーネント。
【請求項２】
人工関節の部分であり、関節結合部分を有し、高い引っ張り、曲げおよびねじれ張力を受ける部分を有する請求項１記載の単純人工骨頭コンポーネントであって、高い引っ張り、曲げおよびねじれ張力を受ける部分が、関節結合部分と比較して、高い(二)酸化ジルコニウムを含み、および、前記関節結合部分が他の部分より多くの酸化アルミニウムを含有することに特徴づけられる、単純人工骨頭コンポーネント。
【請求項３】
２つの部分が存在し、材料の１つの部分においては約１００％の酸化アルミニウム〜０％の(二)酸化ジルコニウムの混合比を有し、他の部分においては、０％の酸化アルミニウム〜約１００％の(二)酸化ジルコニウムを有することに特徴づけられる、請求項１または２記載の単純人工骨頭コンポーネント。
【請求項４】
材料において、酸化アルミニウムと(二)酸化ジルコニウムの濃度勾配が存在することに特徴づけられる、請求項１〜３のいずれか１項記載の単純人工骨頭コンポーネント。
【請求項５】
材料において、濃度勾配と関連する粒子サイズの勾配が存在することに特徴づけられる、請求項１〜４のいずれか１項記載の単純人工骨頭コンポーネント。
【請求項６】
酸化アルミニウムが０〜０．３重量％の酸化マグネシウム含有率を示すことに特徴づけられる、請求項１〜５のいずれか１項記載の単純人工骨頭コンポーネント。
【請求項７】
単純人工骨頭コンポーネントが、開孔性前焼結酸化アルミニウムマトリックスに(二)酸化ジルコニウム凝集物、ジルコニウム塩溶液、ジルコニウム含有ゾルまたはアルコラート、または２種または複数の前記溶液/液体の混合物を浸潤し、＜１００ｎｍのサイズの粒子が開孔性酸化アルミニウムマトリックスに封入されて成ることに特徴づけられる、請求項１〜６のいずれか１項記載の単純人工骨頭コンポーネントの製造方法。
【請求項８】
単純人工骨頭コンポーネントが、開孔性前焼結(二)酸化ジルコニウムマトリックス(酸化希土類、酸化アルカリ土類、酸化チタン、酸化クロムまたは酸化ハフニウムの、位相安定化のための公知の塩で安定化されたもの、ないし不安定化されたもの)を、０〜０．３重量％の酸化マグネシウムを含有する酸化アルミニウム粒子で浸潤し、＜１００ｎｍのサイズの粒子が開孔性(二)酸化ジルコニウムマトリックスに封入されて成ることに特徴づけられる、請求項１〜６のいずれか１項記載の単純人工骨頭コンポーネントの製造方法。
【請求項９】
単純人工骨頭コンポーネントにおいて、マトリックスが、(二)酸化ジルコンおよび酸化アルミニウムから成る均質、多孔性組成物形態を示すものである、請求項７または８のいずれか１項記載の方法。
【請求項１０】
吹き付け、浸漬、または鋳造により浸潤を行うことに特徴づけられる、請求項７または９のいずれか１項記載の単純人工骨頭コンポーネントの製造方法。
【請求項１１】
単純人工骨頭コンポーネントの浸潤マトリックスに、浸潤後、乾燥、脱気および焼結プロセスを施すことに特徴づけられる、請求項７〜１０のいずれか１項記載の単純人工骨頭コンポーネントの製造方法。
【請求項１２】
マトリックス中の(二)酸化ジルコニウム含有率を高めるために、浸潤、乾燥、および脱気プロセスを複数回繰り返すことに特徴づけられる、請求項７〜１１のいずれか１項記載の単純人工骨頭コンポーネントの製造方法。
【請求項１３】
圧縮形態が少なくとも部分的に、酸化アルミニウムおよび(二)酸化ジルコニウム粉末の混合物で連続的に充填され、当該圧縮形態の充填において、酸化アルミニウムと(二)酸化ジルコニウムの混合比を変化させること、および圧縮により形態胴体部が形成されること、に特徴づけられる、請求項１〜６のいずれか１項記載の単純人工骨頭コンポーネントの製造方法。
【請求項１４】
単軸または等方圧加圧を行うことに特徴づけられる、請求項１３記載のセラミック性単純人工骨頭コンポーネントの製造方法。
【請求項１５】
圧縮された形態胴体部を脱気し、次いで焼結することに特徴づけられる、請求項１３または１４いずれか１項記載の単純人工骨頭コンポーネントの製造方法。
【請求項１６】
作成された形態胴体部を脱気し、次いで請求項７〜１１記載の浸潤法を行うことに特徴づけられる、請求項１３または１４記載の単純人工骨頭コンポーネントの製造方法。
【請求項１７】
焼結した形態胴体部に、熱間等方圧加圧により、さらに圧縮を施すことに特徴づけられる、請求項７〜１６のいずれか一項記載の単純人工骨頭コンポーネントの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、本質的に酸化アルミニウムおよび(二)酸化ジルコニウムから成るセラミック材料素材の単純人工骨頭コンポーネント(Endoprothesenkomponente)、ならびにその製造法に関する。
酸化アルミニウムおよび(二)酸化ジルコニウムは、従来より、有効なセラミックインプラント材料として公知である。酸化アルミニウムは非常に硬く、磨耗に強いものである。(二)酸化ジルコニウムは、非常に破壊作用に強く、そして損傷に耐性のある材料である。従来の単純人工骨頭は、前記２つの材料のうちの１つから成り、人工関節においては、生じる摩擦力のために、両者を組み合わせることは好ましくないことが知られている。酸化アルミニウム素材の関節部材の組み合わせは有効であることが立証されているが、酸化アルミニウムと酸化ジルコニウムとの、および酸化ジルコニウムと酸化ジルコニウムとの材料の組み合わせは、文献において、強い磨耗現象が生じるおそれがあることから、議論の余地がある。
【０００２】
ＥＰ１０３５８７８B１は、関節部材のために、セラミック性材料素材から成る材料の組み合わせが可能であり、それによって最適な摩擦抑制を有する新規な構造形態が可能となることを教示する。この関節部材は、本質的に酸化アルミニウムと酸化ジルコニウムである焼結材料から成り、酸化ジルコニウムと０．１〜４０重量％の酸化アルミニウムの塩から成る少なくとも１つの関節部材が存在する。１実施例では、酸化ジルコニウムが５重量％の酸化アルミニウム含有率にて、酸化アルミニウム素材の関節部材中に含まれており、関節球は、セラミック関節か構成物(Pfanneneinsatzes)の材料として、いっそう高い酸化ジルコニウム含有率を示す。
【０００３】
ＷＯ９７／３１５９２によれば、関節か(Pfanne)の人工股関節を酸化アルミニウム素材から、および関節頭を酸化ジルコニウム素材から製造することが公知である。
ＵＳ２００２／００３１６７５A１によれば、少なくとも２．１モル％の酸化イットリウムにより安定化されている９０モル％の酸化ジルコニウムと、０．０５〜１重量％の酸化アルミニウムを含有する生物医学的コンポーネントが公知である。
ＵＳ２００２／００１００７０A１は、酸化ジルコニウムを増量した酸化アルミニウム素材から成り、１〜６９重量％の酸化ジルコニウムを含み、当該ジルコニウムが少なくとも１つの２．１モル％の酸化イットリウムまたは酸化希土類により安定化されている生物化学的コンポーネントを記載している。
【０００４】
ＵＳ６３１２４７３B１は、チタニウムまたはチタニウム合金から成る層で被覆されたインプラントコンポーネントを記載する。開孔性のこの層に、生物適合性のあるセメントが注入されており、これは、含有される所定の酸化物、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化ジルコニウムまたはこれらの組み合わせにより強化されている。
ＵＳ４９５０２９４は、酸化アルミニウム、(二)酸化ジルコニウムおよび酸化イットリウムから成るマトリックスを有するインプラントコンポーネントを記載する。このマトリックスの表面は、単斜晶ではなく、生物活性を有する層で、このマトリックスの表面が覆われている。
【０００５】
酸化アルミニウムおよび(二)酸化ジルコニウムから成る組成物を素材とする単純人工骨頭コンポーネントが、さらに、ＥＰ１２２８７７４A１、ＥＰ０９０８４２５A１、ＪＰ０９２６８０５５A、およびＪＰ１１２２８２２１Aから公知である。
ＷＯ０２/１０２２７５によれば、関節頭が金属合金から、関節かが場合により酸化アルミニウムを添加した酸化ジルコニウム素材から構成されている、股関節インプラントが公知である。
【０００６】
ＤＥ４４３５１４６Ｃ２によれば、勾配性材料用の多孔性勾配物の製造のための方法であって、電気伝導性材料から成る多孔性の胴体部を電気分解セル中の電解質に浸し、電気分解電流を用いて、胴体部の材料の陽極分解を生ぜしめ、その際、陽極と陰極を結ぶ線を通して分解を変化させるものが公知である。
【発明の開示】
【０００７】
本発明の課題は、硬く、磨耗に強く、また破壊に対して頑丈で、かつ損傷耐性のあるセラミック性の単純人工骨頭コンポーネントを創作することにある。
この課題は、材料を、酸化アルミニウムと(二)酸化ジルコニウムの含有率の勾配を示すものとすることにより、解決される。
材料を、酸化アルミニウムと(二)酸化ジルコニウムの含有率の勾配を示すものとすることは、これらのセラミックシステムの含有率が、勾配に従って変化することを意味する。本発明による単純人工骨頭コンポーネントは、単純人工骨頭において、同一形態の材料組成を有するだけでなく、酸化アルミニウムおよび(二)酸化ジルコニウムの含有率が変化する。一方、前記周知の酸化ジルコニウムおよび酸化アルミニウムから成る材料コンポーネントは、材料中の成分が均等な配分を示すものである。
【０００８】
酸化アルミニウムの磨耗に対する特に優れた特性は、関節に対応するセラミック性関節部材および摩擦に対抗する材料が要求される支持用単純人工骨頭コンポーネントの全部分において、発揮される。これらの部分ではそれゆえ、酸化アルミニウム含有率が高く、１００％までになり得る。緊張と面の加圧が予想される単純人工骨頭コンポーネントの部分では、(二)酸化ジルコニウムの全特性から、有利な効果が得られる。これらの部分ではそれゆえ、(二)酸化ジルコニウム含有率は高く、１００％までになり得る。
【０００９】
前記酸化アルミニウムには、粒子の膨張を阻止する焼結手段として、０〜０．３重量％の酸化マグネシウムを添加することができる。(二)酸化ジルコニウムは、不安定性のものであっても、(位相安定化のための公知の酸化希土類、酸化アルカリ土類、酸化チタン、酸化クロムまたは酸化ハフニウムの添加にて)安定化されたものであってもよい。
これにより、セラミック性単純人工骨頭コンポーネントの破壊に対する強化および破壊に対する丈夫さおよび損傷耐性が明らかに強まる。当該材料は、減成された切断エネルギーの状態にある。(二)酸化ジルコニウム粒子における切断は分解を生じ、立体晶ないし正方晶への変更は、単斜晶系(二)酸化ジルコニウムにおける位相変化を生じ、この際、エネルギーの減成が生じる。単斜晶系における位相変化した正方晶/立方晶は、体積の増加を伴い、切断値を縮減し、切断増を抑制する。これらのメカニズムは、自由に変更強化可能なセラミックにより、公知である。
【００１０】
本発明による単純人工骨頭コンポーネントは、二つの別個の方法により含有させることができる材料であって、材料勾配および粒子サイズ勾配を有する材料に係るものである。
第１の方法では、前もって焼結した酸化アルミニウム-単純人工骨頭コンポーネント(酸化アルミニウムマトリックス)において、０〜０．３重量％の酸化マグネシウムを含有させることができ、これは多孔を有し、安定剤を含む安定化(二)酸化ジルコニウムの場合には、浸潤により(二)酸化ジルコニウム粒子(粒子サイズ：＜１００ｎｍ)が封入される。単純人工骨頭コンポーネントの前焼結は、材料の縮小を回避しなければならない場合に、８００〜１２００℃にて行い、これにより、浸潤のための多孔が得られる。材料中の勾配の作成は、凝集性物質の浸出によく用いられる方法の一つを用いて行う。ジルコニウムを含有するゾル(コロイドに基づく、例えばポリマーベースのもの；Ｈ．リヒター、ＺｒＯ２およびＴｉＯ２から成るセラミック性ナノ濾過膜の製造、論文、ＴＵベルグアカデミー・フライベルグ、材料学および材料技術に関する学科、１９９９)、ジルコニウム塩溶液、ジルコニウムアルコラート、もしくは(二)酸化ジルコニウム凝集物または、２種ないし複数の前記溶液/液体の混合物を、(例えば、鋳造ないし吹き付けにより)、前焼結した、０．３重量％まで酸化マグネシウムを含み得る多孔性の酸化アルミニウムマトリックスに塗布もしくは浸潤させる。このジルコニウムを含有するゾル、(二)酸化ジルコニウム凝集物、ジルコニウム塩溶液、ジルコニウムアルコラートまたは、２種ないし複数の前記溶液/液体の混合物は、既に記載した安定剤を含むことができる。孔の容積、孔のサイズ、時間および液体の濃度により、有孔性材料を、所定の深さまで浸潤させる。固形の材料粒子が、孔の内部の表面に沈着する。浸潤を行った後、単純人工骨頭コンポーネントの乾燥、材料の切断が生じることなきよう、研削をする必要がある。乾燥の後、有機性混在物が存在している場合にそれを除去するための脱気プロセスを行う。ゾル、凝集物、塩溶液などにおけるこれらの有機性混在物は、後に行う焼結の前に、熱による脱気により、除去することができ、またそうしなければならず、さもなくば、材料における切断と故障が生じる。酸化アルミニウムマトリックスにおいて、十分な開孔が存在しない限り、浸潤、乾燥および脱気プロセスを任意に反復することができる。これにより、酸化アルミニウムマトリックスにおける各所望の(二)酸化ジルコニウム含有率が調節される。続く１３００〜１６００℃での焼結の間に、酸化アルミニウムおよび(二)酸化ジルコニウム(立方晶、正方晶および単斜晶位相)の、硬く、勾配のある、かつ濃縮された(無孔の)材料組成物が生じる。浸潤がなされたこの側面に、(二)酸化ジルコニウムは１００％まで存在することができる。(二)酸化ジルコニウムの濃度は、酸化アルミニウムマトリックスの内部において、表面から連続的に減少する。次いで、HIP(熱間等方圧加圧)により、さらなる圧縮を行うことができる。
【００１１】
この第一の方法は、０〜０．３重量％の酸化マグネシウムを含む不安定化ないし安定化(位相安定化のための公知の、酸化希土類、酸化アルカリ土類、酸化チタン、酸化クロムないし酸化ハフニウムの塩による)(二)酸化ジルコニウムマトリックス酸化アルミニウム粒子を沈着させることを用いるものである。沈着させる粒子は、ゾル、凝集物、塩溶液、アルコラートまたは、２種または複数の前記溶液/液体の混合物の形態にある。
浸潤用のマトリックスは、均一多孔性組成物として存在し得る。マトリックスはまた、酸化アルミニウム、(二)酸化ジルコンまたはこの組み合わせであり得る。組み合わせは、０−１００％の酸化アルミニウムおよびそれに対応する１００−０％の(二)酸化ジルコンで構成されることができる。(二)酸化ジルコンは、不安定化ないし安定剤(酸化希土類、酸化アルカリ土類、酸化チタン、酸化クロムないし酸化ハフニウム−これらは位相安定剤として公知のものである)で安定化された(二)酸化ジルコンとして扱われてよい。
【００１２】
第二の製造法によれば、単軸(uniaxiales)または等方圧(isostatisches)乾燥加圧により、材料における勾配が作成される。圧縮形態は、(二)酸化ジルコニウムおよび酸化アルミニウム粉末で連続的に充填され、必要に応じて０．３重量％まで酸化マグネシウムを含む(二)酸化ジルコニウムと酸化アルミニウムの比率、ないし単純人工骨頭コンポーネントのデザインは、連続的に様々に変化する。続く圧縮により、形態胴体部を作成する。主成分たる(二)酸化ジルコニウム(安定化および不安定化)および酸化アルミニウムのあらゆる混合比率(１００％(二)酸化ジルコニウムおよび０％酸化アルミニウム〜１００％酸化アルミニウムおよび０％(二)酸化ジルコニウム)が可能である。セラミックコンポーネントの部分は、アルミニウム単独、(二)酸化ジルコニウム単独ないし、別個の部分が勾配ある材料から構成されるアルミニウムと(二)酸化ジルコンの均質組成物で構成され得る。(二)酸化ジルコンは、不安定化ないし安定化材料として扱うことができる。
【００１３】
前記形態形成の後、２つの処理にて熱処理を行う。まず初めに、形態胴体中に存在している有機物を除去し、次いで、酸化アルミニウムおよび(二)酸化ジルコニウム(単晶、正方晶、立方晶位相)の、硬い、勾配ある、そして濃縮された材料組成物を得るために、１３００〜１６００℃にて形態胴体の焼結を行う。この後、HIPにより、形態胴体部を圧縮することができる。
作成した形態胴体部を、脱気後、ないし場合により行う前焼結の後、前記第一の方法により、浸潤法を行うことができる。
【００１４】
両製造法において、両相(酸化アルミニウムと(二)酸化ジルコニウム)はそれぞれ均質なものである。(二)酸化ジルコニウムは、正方晶、立方晶または単斜晶変態形状にある。
本発明によるセラミック性単純人工骨頭コンポーネントの詳細および、材料における勾配の作成の原理は、図面に記載し、以下により詳しく説明する。
図１は、大腿軸(Femurschaft)の上に留められる、セラミック性の股関節頭部(Gelenkkopfes)１０を示し、股関節かないし人工股関節かの内層を表現するために示すものである。股関節頭部１０は、酸化アルミニウムおよび(二)酸化ジルコニウムから構成され、当該材料は濃度勾配を示し、勾配に従って、酸化アルミニウムと(二)酸化ジルコニウムの含有率が変化する。股関節頭部１０の表面１２は、摩擦により負荷がかかるため、高い酸化アルミニウム含有率を有する。当該表面１２は、１００％酸化アルミニウムから構成される。股関節頭部１０は、円錐形の内部１４−これにより、股関節頭部が大腿軸上に留められる−を有する。円錐形内部にて、関節頭部１０は、円錐形の大腿軸上に股頭骨１０が留められることにより、高い面圧と緊張が広範囲に渡って提示される。これは、打撃および衝突応力等を生じ得る。高(二)酸化ジルコニウムの含有率により、酸化アルミニウムのみを含む場合よりも、高い破壊に対する強化、破壊に対する丈夫さ、および損傷耐性が得られる。円錐形内部１４の表面は、ほぼ１００％の(二)酸化ジルコニウムから構成される。
【００１５】
材料の勾配を有する関節頭１０の製造を、前記第一の方法により行う。まず、酸化アルミニウム-関節頭骨１０を製造し、８００〜１３００℃にて前焼結して、材料の減少を回避し、浸潤のための多孔を得る。酸化アルミニウムマトリックスは、０．３重量％の酸化マグネシウムを有し、高い開孔を有する。(二)酸化ジルコニウム凝集物、ジルコニウムを含有するゾル、ジルコニウム塩溶液、ジルコニウムアルコラート、または２種ないし複数の前記溶液/液体の混合物を、円錐形内部１４に注ぐ。浸潤により、酸化アルミニウムマトリックスの多孔性部分において、安定剤を含むジルコニウム含有材料を、浸す。孔の容積、孔のサイズ、時間および液体の濃度により、有孔性関節骨頭１０を５mmの所定の深さまで浸潤させる。安定剤を含む固形剤粒子を孔内部表面に沈殿させる。浸潤後、関節骨頭１０を乾燥し、材料の切断が生じることがないよう、前記研削加工を施すことが必要である。この乾燥に続いて、存在しているおそれがある有機物混在物の除去のための脱気プロセスを繰り返す。浸潤、乾燥および脱気は、複数回繰り返して、円錐形部分１４の内部表面に、１００％含有率の(二)酸化ジルコニウムを得ることができる。続く１３００〜１６００℃での焼結により、酸化アルミニウムと(二)酸化ジルコニウム(立方晶、正方晶、および単斜晶位相)から成る、硬く、勾配ある、および濃縮な材料組成物が得られる。次いで、関節骨頭１０のさらなる圧縮を、HIP(熱間等方圧加圧)によりなす。
【００１６】
図２は、セラミック性関節か２０を示し、図３は、セラミック性内層(Keramikinlay)３０を示し、関節骨頭、例えば、前記図１に示す股関節骨頭１０の内側２１、３１を表現するためのものである。セラミック性関節か２０およびセラミック性内層３０は、それぞれ広い表面および円蓋形の縁２２、３２および下面２４、３４を有する。セラミック性関節か２０には、セラミック性関節頭部の結合(運動中の軸首(Schafthalses)の固定)、脱臼および回転の場合に高い損傷耐性を実現するため、およそ１００％の含有率の(二)酸化ジルコニウムから成る上部２６が示される。円蓋の極部分２７、およびセラミック性関節頭部−円蓋間の主要関節結合２８の部分では、高い磨耗強化を保証するために、酸化アルミニウム含有率１００％となる。セラミック性内層３０は、セラミック性関節か２０同様、上部３６において負荷がかかるので、上部３６においては、およそ１００％の(二)酸化ジルコニウム含有率が示される。さらに、金属製のねじを有する関節かに円錐形のクランプで固定される内層３０の下面３４は、引っ張り応力を受ける。それゆえ、下部３９は、およそ１００の(二)酸化ジルコニウム含有率となっている。特に優れた磨耗特性が必要な円蓋の極３７、および関節結合部分３８では、連続して、(二)酸化ジルコニウムは含有されず、１００％の酸化アルミニウム含有率が保証される。
【００１７】
セラミック関節か２０および材料の勾配の作成は、前記第二の方法により行う。セラミック性関節か２０の作成のために必要な圧縮形態物は、酸化アルミニウムと(二)酸化ジルコニウムを連続的を充填するものであり、０．３重量％の酸化マグネシウムを含み、(二)酸化ジルコニウムと酸化アルミニウムの混合率が連続的に変化したものである。圧縮形態物の作成は、後に関節かの下面２４が形成される部分から開始し、広い表面および円蓋縁２２の方向に沈殿させる。後の円蓋関節頭部結合部分２８の高さを超えるまで、圧縮形態物を酸化アルミニウム粉末で充填する。さらに、広い表面および円蓋縁２２において、(二)酸化ジルコニウム粉末の含有率を、セラミック性関節か２０の上部２６ではほぼ１００％となるよう、連続的に増加させながら、酸化アルミニウムと(二)酸化ジルコニウムから成る粉末混合物を用いて充填する。単軸乾燥圧縮およびその後の製造加工により、有機性接合剤を添加して、セラミック性関節か２０を作成する。形態作製の後、セラミック関節か２０の熱処理を、２つの処理にて行う。第一の研削処理で、いまだ存在している有機物を脱気し、第二の処理では研削処理で、１３００〜１６００℃での焼結を行い、酸化アルミニウムおよび(二)酸化ジルコニウム(単斜晶、正方晶、立方晶位相)の硬い、勾配のある、そして濃縮された材料組成物を得、これを次いでHIPにより、さらに圧縮することができる。
【００１８】
セラミック性内層３０および材料勾配の作成は、前記第一の方法により行う。まず、図１における関節骨頭同様の原理により、前焼結した、酸化アルミニウムから成る内層を作製する。その後、公知の安定剤を含む(二)酸化ジルコニウムでの浸潤により、材料において、勾配を作成する。このためには、内層３０を、ジルコニウム含有ゾル、酸化ジルコニウム塩溶液、ジルコニウムアルコラート、酸化ジルコニウム凝集物、または前記溶液/液体の混合物に浸し、内部側面部分３１を除いて、全外部表面を、想定される関節骨頭との関節結合のために、被覆する。前焼結した、多孔性の酸化アルミニウムマトリックスを、およそ５mmの深さまで、浸潤することができる。浸潤の後、乾燥および脱気を行う。浸潤、乾燥および脱気は、任意に反復することができ、全外部表面上に、およそ１００％の含有率の(二)酸化ジルコニウムを作成することができる。次いで、１３００〜１６００℃での焼結を行う。さらに、HIPによる圧縮をなすことができる。
【００１９】
図４は、酸化アルミニウムおよび(二)酸化ジルコニウムから構成され、勾配に従ってその含有率が変化している人工膝関節のセラミック性下腿曲板(Kondylenkufe)４０を示すものである。(二)酸化ジルコニウムを加えることにより、全曲板４０の破壊に対する頑丈さおよび損傷耐性が得られる。摩擦および磨耗に対して必要とされる関節結合面(外面)４２は、１００％の酸化アルミニウムから構成され、一方、曲板の内面４４は、剛性の減成のため、および破壊に対する頑丈さおよび損傷耐性を高めるために、およそ１００％の(二)酸化ジルコニウムから構成される。
【００２０】
下腿曲板４０および材料における勾配の作成は、前記第一の方法により行う。最初に酸化アルミニウムから成る下腿曲板４０を作成し、次いで８００〜１３００℃にて前焼結する。その後、下腿曲板４０の内面４４上に、(二)酸化ジルコニウム凝集物、ジルコニウムアルコラート、ジルコニウム含有ゾルもしくはジルコニウム塩溶液、または２種または複数の前記溶液/液体を塗布し、これらの面において、多孔性酸化アルミニウムマトリックスを浸潤する。浸潤後、乾燥および脱気をなす。全内面４４の上に、およそ１００％の(二)酸化ジルコニウムを沈着させ、関節表面(外部表面)４２に向かって連続的に減少させる。下腿曲板４０の外面４２上は、１００％の酸化アルミニウムから構成されている。下腿曲板４０を１３００〜１６００℃で焼結し、次いでHIPによりさらに圧縮することができる。
【００２１】
図５〜図７は、材料における勾配の作成のための、酸化アルミニウムマトリックスのジルコニウム含有材料での浸潤を図示したものである。前焼結した酸化アルミニウム-単純人工骨頭コンポーネント５０は、多くの開孔を有する酸化アルミニウムマトリックス５２から構成され、０〜０．３重量％の酸化マグネシウムを含み得る(図５)。浸潤により、安定化剤を含む安定化(二)酸化ジルコニウムの場合には、ジルコニウム含有材料６０(粒子サイズ：＜１００ｎｍ)をマトリックス５２に封入する(図６)。孔の容積、孔のサイズ、時間および液体システムにより、有孔性材料を、所定の深さまで浸潤する。ジルコニウム含有粒子を孔内部表面に沈着させ、酸化アルミニウムマトリックスの表面６４から内部６６へと連続的に、(二)酸化ジルコニウムの濃度を低下させる。浸潤をなした面７４の上には１００％までの(二)酸化ジルコニウムが、対向する面７６には、１００％までの酸化アルミニウムが存在し得る。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】セラミック性の股関節頭部を示す断面図である。
【図２】人工関節の関節かを示す断面図である。
【図３】人工関節のセラミック内層を示す断面図である。
【図４】人工膝関節のセラミック性下腿曲板を示す図である。
【図５】材料における勾配を作成する前の、多孔性酸化アルミニウムマトリックスを示す図である。
【図６】材料における勾配作成に関して、図５における多孔性マトリックスにジルコニウム含有材料を封入する原理を示す図である。
【図７】材料における勾配作成に関して、図５における多孔性マトリックスの表面から内部へと、(二)酸化ジルコニウムの勾配が作成されたことを示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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