專利名稱：以二氧化鋯為基的材料,由二氧化鋯為基的材料制成的外科切割工具,由二氧化鋯為基的 ...的制作方法
發(fā)明的領(lǐng)域本發(fā)明涉及醫(yī)用器材，尤其是涉及以二氧化鋯為基的材料，由二氧化鋯為基的材料制成的外科切割工具，以及由二氧化鋯為基的材料制成的工具。
已有技術(shù)已知有一種用氧化釔穩(wěn)定的以二氧化鋯為基的材料(例如參見Green，D.J.，Hannink，R.H.J.和Swain，M.V.的《陶瓷的轉(zhuǎn)化增韌》(TransformationToughening of Ceramics)，CRC Press，Inc.，Boca Ration，F(xiàn)lorida，1989.J)，它是一種多晶材料，包含鎂、鈣和釔的氧化物作為穩(wěn)定添加劑。所述材料的特征在于其彎曲強度為430-980MPa，損壞粘度(應力強度系數(shù))為5.8-9.0MPa·m1/2。
這種材料的一個缺點在于在所述材料中存在晶粒界面，這就不能制得其與晶粒度相近即切割刃銳度(cutting edge sharpness)≤1μm的高質(zhì)量、耐磨的切割工具。
已知有一種用氧化釔穩(wěn)定的以二氧化鋯為基的單晶材料(例如參見Savage，J.A.的《用于光學用途的硬質(zhì)結(jié)晶材料的制備和性能》(Preparation andProperties of Hard Crystalline Materials for Optical Application)-評述，J.Cryst.Growth，1991，113卷，708頁)，它包含88摩爾％的ZrO2和12摩爾％的Y2O3。所述材料的特征在于其顯微硬度為1100-1400kg/mm2，彎曲強度為200-330MPa。
這種材料的缺點在于強度低并且耐磨性不夠，這是因為其脆性較高。
已知有一種用氧化釔穩(wěn)定的以二氧化鋯為基的材料，它包含至少一種混合氧化物(例如參見英國專利No.1373888，IPC 04 B35/50,35/48)，所述混合氧化物包含10-20摩爾％Y2O3和0.01-5重量％著色混合氧化物。所述材料的特征在于其顯微硬度為1200-1300kg/mm2。
這種材料的一個缺點在于其耐磨性不夠，這是因為其脆性較高。
已知有一種用氧化釔穩(wěn)定的以二氧化鋯為基的材料(例如參見Marscher，G.N.，Pirouz，P.和Heuer，A.N.的《氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯單晶的硬度與溫度的關(guān)系》(Temperature Dependence of Hardness in Yttria-StabilizedZirconia Single Crystals)，J.Am.Ceram.Soc.，1991，74卷，491頁)，它包含90.5摩爾％ZrO2和9.5摩爾％Y2O3。所述材料的特征在于其顯微硬度為1400-1500kg/mm2，彎曲和壓縮強度為200-330MPa。
這種材料的缺點在于晶體的尺寸小，強度低并且耐磨性不夠，這是因為其脆性較高。
與本發(fā)明材料最接近的已有技術(shù)材料是用氧化釔部分穩(wěn)定的以二氧化鋯為基的材料(例如參見G.A.Gogotsi，E.E.Lomonova，V.G.Peichev的《氧化鋯晶體的強度和斷裂韌性》(Strength and Fracture Toughness of ZirconiaCrystals)，J.Eur.Ceram.Soc.，11卷，123-132頁，1993)，它包含97摩爾％ZrO2和3摩爾％Y2O3。所述材料的特征在于其彎曲和壓縮強度為500-800MPa，損壞粘度(應力強度系數(shù))為5-16Mpa1/2。
這種材料的缺點在于耐磨性不夠，這是因為其彎曲強度較低，并且損壞粘度值的范圍寬，這是因為所述材料的顯微結(jié)構(gòu)和相組成不均勻。
為了切割外科手術(shù)中的生物組織，通常使用一次性鋼刀，它以無菌包裝的形式提供，在使用之前才固定在支架柄上。
術(shù)語“一次性”對所述的刀既有形式上又有實際的含義，這是因為它們變鈍得非?？欤⑶以谝淮问中g(shù)中必須使用好幾把一次性刀來完成復雜的切割。
這種刀的缺點是顯而易見的。首先，用于金屬刀和解剖刀的不銹鋼與活生物體的組織是不相容的，被其所排斥。這樣會形成微血栓，從而導致阻塞細小的血管。
第二，鋼刀的鈍化是一個物理/化學過程，該過程會導致在人體中引入金屬微細(或較大)顆粒以及金屬與淋巴和血液中腐蝕性環(huán)境之間化學反應的產(chǎn)物，從而引起各種后處理的復雜性。
第三，由于刀變鈍得非常快并且需要更換一把新刀，外科醫(yī)生的觸覺感受將發(fā)生變化，從而導致對組織進行難以控制的切割。
第四，不銹鋼的物理結(jié)構(gòu)使它不能達到高質(zhì)量切割所需的小于1微米的切割刃銳度。而且，加工技術(shù)使切割刃呈“鋸齒”狀的形狀。所有這些都會導致切割組織時的明顯變形和創(chuàng)傷。組織會被壓碎和損壞。
已知有一種外科切割工具(例如參見俄羅斯專利2053718)，它包括一個刀柄和與所述刀柄相連的刀刃，所述刀刃是由以氧化鋁為基的陶瓷制成，該手術(shù)刀刃通過緊固材料牢固地連接到刀柄上，它由以平均粒度為0.1-3.0μm的α-氧化鋁為基的多晶陶瓷制成。
這種工具的一個缺點在于其手術(shù)刀刃是僅以一個角度銳化的，這樣就會導致在切割過程中更大的摩擦、需用更大的切割作用力、使被切割的組織產(chǎn)生更大的變形和創(chuàng)傷。而且，要獲得其特征尺寸小于制成手術(shù)刀刃的多晶陶瓷的最大粒度即3μm的耐磨切割刃，實際上也不可能。
已知有一種外科切割工具(解剖刀)，它包括刀，該刀有柄和用于剛性固定刀的刀架(例如參見俄羅斯專利2005426)。在所述支架上開有縱向端槽和狹縫。該縱向端槽和其對應的刀是制成梯形截面的，該刀用陶瓷制造。
這種切割工具的一個缺點在于，該可卸除的刀是“壓縮”安裝的，所以在安裝或卸除時需要給緊靠在切割刃并與之平行的刀部分施加明顯的剪切作用力。這種操作若手工進行的話，則通常會給操作人員的手造成傷害。而且，梯形裝置的尖銳邊緣和角度會對無菌外科手套造成損害，在解剖刀進行消毒以后，操作人員是將其裝入該手套中的。該切割工具也有缺點，因為刀是由具有顆粒結(jié)構(gòu)的陶瓷制成的。由于這個原因，在實踐中不可能制造具有所需的小于1μm的切割刃銳度并且具有高質(zhì)量操作表面的耐磨切割工具。
發(fā)明的概述本發(fā)明旨在提供一種大尺寸晶體形式的以二氧化鋯為基的材料，所述晶體具有微區(qū)尺寸(domain size)小于200納米的納米結(jié)晶結(jié)構(gòu)并且不具有相界面，但它具有高的硬度、高的彎曲強度和大的應力強度系數(shù)/損壞粘度值以及高度的化學惰性、低的導熱性、與活生物體組織的生物相容性和X-射線衍射譜線條對比度，同時在室溫下它不與電磁場發(fā)生相互作用。
本發(fā)明也旨在提供一種由大尺寸晶體形式的以二氧化鋯為基的材料制成的外科切割工具，所述晶體具有微區(qū)尺寸小于200納米的納米結(jié)晶結(jié)構(gòu)并且不具有相界面，但它具有高的硬度、高的彎曲強度和大的應力強度系數(shù)/損壞粘度值以及高度的化學惰性、低的導熱性、與活生物體組織的生物相容性和X-射線衍射譜線條對比度，同時在室溫下它不與電磁場發(fā)生相互作用，所述切割工具具有以兩個角度(dual angle)銳化的超銳切割刃，其表面是光學清潔的，并且該工具具有高的耐磨性。
另外，本發(fā)明旨在提供一種由大尺寸晶體形式的以二氧化鋯為基的材料制成的外科切割工具，所述晶體具有微區(qū)尺寸小于200納米的納米結(jié)晶結(jié)構(gòu)并且不具有相界面，但它具有高的硬度、高的彎曲強度和大的應力強度系數(shù)/損壞粘度值以及高度的化學惰性和低的導熱性。
上述目的是通過本發(fā)明用氧化釔穩(wěn)定的以二氧化鋯為基的材料實現(xiàn)的，所述材料還包含金屬氧化物作為穩(wěn)定組分，所述金屬氧化物選自氧化鈣、氧化鎂、氧化鍶、氧化鈧和從銪到镥的稀土元素的氧化物，所述各組分之比如下(摩爾％)氧化釔 0.5-4.5穩(wěn)定組分0.1-4.5氧化鋯 余量。
該材料較好應包含一種改性組分，該組分可以包含選自氧化鈰、氧化釹、氧化鐠、氧化釤的稀土氧化物和選自氧化鈷、氧化鈦、氧化釩、氧化錳、氧化鐵、氧化鎳、氧化銅的過渡元素氧化物，所述改性組分的加入量為材料總量的0.05-3.0摩爾％。
上述目的也通過本發(fā)明的一種外科切割工具實現(xiàn)，所述切割工具包括刀，該刀有柄和用于剛性固定刀的刀架，所述刀由單晶形式的以二氧化鋯為基的材料制成，所述單晶具有微區(qū)尺寸小于200納米的納米結(jié)晶結(jié)構(gòu)并且不具有相界面，所述材料用氧化釔穩(wěn)定，并且還用一種包含金屬氧化物的組分穩(wěn)定，所述金屬氧化物選自氧化鈣、氧化鎂、氧化鍶、氧化鈧和從銪到镥的稀土元素的氧化物，所述各組分之比如下(摩爾％)氧化釔 0.5-4.5穩(wěn)定組分0.1-4.5氧化鋯 余量。
用于制造所述外科工具的刀的材料較好應包含改性組分，該組分可以包含選自氧化鈰、氧化釹、氧化鐠、氧化釤的稀土氧化物和選自氧化鈷、氧化鈦、氧化釩、氧化錳、氧化鐵、氧化鎳、氧化銅的過渡元素氧化物，所述改性組分的加入量為材料總量的0.05-3.0摩爾％。
刀的寬度較好應在1至15毫米的范圍內(nèi)，刀的厚度較好應為0.15至1毫米，刀的切割刃長較好應在1至60毫米的范圍內(nèi)，刀的切割刃被銳化的半徑R較好在0.05μm＜R＜2μm的范圍內(nèi)。
刀較好應以兩個角度被銳化，切割刃的次銳化角為15-25°，主銳化角為30-60°，具有主銳化角的切割刃的操作表面寬度應為30-500μm。
同樣較好的是刀切割刃的外形應選自直線形、圓形、組合的和雙刃的外形。
同樣較好的是，刀應具有各種顏色，所述顏色選自乳白色、粉紅色、淡紫色、黃色、紅色、橙色、淺藍色、黃綠色、紫羅蘭色、象牙色、濕瀝青色和黑色，視改性組分的種類和濃度而異。
另外，上述目的通過本發(fā)明的一種工具來實現(xiàn)，它包括固定在該工具體中的操作部件，所述操作部件由單晶形式的以二氧化鋯為基的材料制成，所述單晶具有微區(qū)尺寸小于200納米的納米結(jié)晶結(jié)構(gòu)并且不具有相界面，所述材料用氧化釔穩(wěn)定，并且還用一種包含金屬氧化物的組分穩(wěn)定，所述金屬氧化物選自氧化鈣、氧化鎂、氧化鍶、氧化鈧和從銪到镥的稀土的氧化物，所述各組分之比如下(摩爾％)氧化釔 0.5-4.5穩(wěn)定組分0.1-4.5氧化鋯 余量。
該材料較好還應包含改性組分，該組分可以包含選自氧化鈰、氧化釹、氧化鐠、氧化釤的稀土氧化物和選自氧化鈷、氧化鈦、氧化釩、氧化錳、氧化鐵、氧化鎳、氧化銅的過渡元素氧化物，所述改性組分的加入量為材料總量的0.05-3.0摩爾％。
由于包含穩(wěn)定和改性組分的特定組成，該材料具有高的硬度和高的強度，這樣就能盡可能細致地銳化切割刃。
本發(fā)明的外科切割工具簡單并且使用方便，操作有效而可靠。對人體組織來說，它是清潔的，這是因為刀的材料與活生物體組織具有生物相容性。
所述外科切割工具是一種通用類型的工具，因為根據(jù)刀的形狀和寬度，它可用于各種外科手術(shù)，包括顯微外科和眼科手術(shù)。
這種外科切割工具能在切割過程中對組織進行真實的切割，因而被切割的兩部分得以“移開”，這樣對組織造成的變形和傷害就盡可能小。這首先要歸因于所利用的超銳切割刃，其次要歸因于刀是以兩個角度銳化的，從而使刀與切割組織之間的相互作用以及組織的變形降至最小。
由于該外科切割工具的元素和結(jié)構(gòu)總體上是化學惰性和耐熱的，所以它能經(jīng)受任何消毒和滅菌處理(包括干熱處理)，這就使它能應用于任何臨床條件。
本發(fā)明的外科切割工具成本合算，因為其刀的材料耐磨性高，可使用許多次(上百次以上)，而其切割特征保持不變。
附圖的簡要說明下面，本發(fā)明將結(jié)合用來說明其較好實施方案的一些附圖進行詳細說明，其中

圖1顯示本發(fā)明的一把外科切割工具；圖2顯示沿本發(fā)明圖1中II-II線的橫截面；圖3a至3g顯示本發(fā)明各種刀的外形；圖4a至4c顯示本發(fā)明操作工具體(operative bodies)的各種實例。
較好實施方案的說明用氧化釔穩(wěn)定的以二氧化鋯為基的材料的特征在于它還包含金屬氧化物作為穩(wěn)定組分，所述金屬氧化物選自氧化鈣、氧化鎂、氧化鍶、氧化鈧和從銪到镥的稀土元素的氧化物，所述各組分之比如下(摩爾％)氧化釔 0.5-4.5穩(wěn)定組分0.1-4.5氧化鋯 余量。
該材料也包含改性組分，該組分可以包含選自氧化鈰、氧化釹、氧化鐠、氧化釤的稀土氧化物和選自氧化鈷、氧化鈦、氧化釩、氧化錳、氧化鐵、氧化鎳、氧化銅的過渡元素氧化物，所述改性組分的加入量為材料總量的0.05-3.0摩爾％。
外科切割工具包括刀1(圖1)，該刀有柄2和用于剛性固定刀的刀架3。刀1由單晶形式的以二氧化鋯為基的材料制成，所述單晶具有微區(qū)尺寸小于200納米的納米結(jié)晶結(jié)構(gòu)并且不具有相界面，所述材料用氧化釔穩(wěn)定，并且還用一種包含金屬氧化物的組分穩(wěn)定，所述金屬氧化物選自氧化鈣、氧化鎂、氧化鍶、氧化鈧和從銪到镥的稀土元素的氧化物，所述各組分之比如下(摩爾％)氧化釔 0.5-4.5穩(wěn)定組分0.1-4.5氧化鋯 余量。
制造外科工具的材料還包含改性組分，該組分可以包含選自氧化鈰、氧化釹、氧化鐠、氧化釤的稀土氧化物和選自氧化鈷、氧化鈦、氧化釩、氧化錳、氧化鐵、氧化鎳、氧化銅的過渡元素氧化物，所述改性組分的加入量為材料總量的0.05-3.0摩爾％。
刀架3包括刀固定部件4、架體5和把手6。
有兩種可能的方式將刀1連接到刀架3上，即可拆卸的方式和不可拆卸的方式。在可拆卸的方式中，使用夾套作為刀固定部件4，在不可拆卸的方式中，使用醫(yī)藥上可接受的膠粘劑將刀1粘貼在刀固定部件4中。
刀1的寬度A在1至15毫米的范圍內(nèi)，刀的厚度B(圖2)為0.15至1毫米，刀的切割刃長度L在1至60毫米的范圍內(nèi)，刀的切割刃被銳化的半徑R在0.05μm＜R＜2μm的范圍內(nèi)。
刀1以兩個角度被銳化，次銳化角α為15-25°，主銳化角β為30-60°，具有主銳化角的切割刃的操作表面寬度C為30-500μm。
刀1的切割刃的外形(圖3a至3g)選自直線形、圓形、組合的和雙刃的外形。
刀1為各種顏色，視所用改性組分的種類和濃度而異，所述顏色選自乳白色、粉紅色、淡紫色、黃色、紅色、橙色、淺藍色、黃綠色、紫羅蘭色、象牙色、濕瀝青色和黑色。
本發(fā)明其它工具包括固定在工具體8上的操作部件7(圖4a、4b、4c)。操作部件7由單晶形式的以二氧化鋯為基的材料制成，所述單晶具有微區(qū)尺寸小于200納米的納米結(jié)晶結(jié)構(gòu)并且不具有相界面，所述材料用氧化釔穩(wěn)定，并且還用一種包含金屬氧化物的組分穩(wěn)定，所述金屬氧化物選自氧化鈣、氧化鎂、氧化鍶、氧化鈧和從銪到镥的稀土的氧化物，所述各組分之比如下(摩爾％)氧化釔 0.5-4.5穩(wěn)定組分0.1-4.5氧化鋯 余量。
制造操作部件的材料還包含一種改性組分，該組分可以包含選自氧化鈰、氧化釹、氧化鐠、氧化釤的稀土氧化物和選自氧化鈷、氧化鈦、氧化釩、氧化錳、氧化鐵、氧化鎳、氧化銅的過渡元素氧化物，所述改性組分的加入量為材料總量的0.05-3.0摩爾％。
圖4a說明了這樣一種實施方案，其中所述操作部件包括用于制造經(jīng)標定的細纖維(包括那些由化學腐蝕性材料制成的纖維)的模頭。
圖4b說明了這樣一種實施方案，其中所述操作部件是用于軋制非常薄的經(jīng)標定的金屬箔的輥。
圖4c說明了這樣一種實施方案，其中所述操作部件是設計成在各種溫度和高旋轉(zhuǎn)速度的腐蝕性環(huán)境(包括沒有潤滑的操作)中使用的平面軸承(facebearing)。
權(quán)利要求
1.一種用氧化釔穩(wěn)定的以二氧化鋯為基的材料，其特征在于，它還包含金屬氧化物作為穩(wěn)定組分，所述金屬氧化物選自氧化鈣、氧化鎂、氧化鍶、氧化鈧和從銪到镥的稀土元素的氧化物，所述各組分之比如下(摩爾％)氧化釔 0.5-4.5穩(wěn)定組分0.1-4.5氧化鋯 余量。
2.如權(quán)利要求1所述的材料，其特征在于它包含改性組分，該組分包含選自氧化鈰、氧化釹、氧化鐠、氧化釤的稀土氧化物和選自氧化鈷、氧化鈦、氧化釩、氧化錳、氧化鐵、氧化鎳、氧化銅的過渡元素氧化物，所述改性組分的加入量為材料總量的0.05-3.0摩爾％。
3.一種外科切割工具，它包括刀，該刀有柄和用于剛性固定所述刀的刀架，其特征在于所述刀由單晶形式的以二氧化鋯為基的材料制成，所述單晶具有微區(qū)尺寸小于200納米的納米結(jié)晶結(jié)構(gòu)并且不具有相界面，所述材料用氧化釔穩(wěn)定，并且還用一種包含金屬氧化物的組分穩(wěn)定，所述金屬氧化物選自氧化鈣、氧化鎂、氧化鍶、氧化鈧和從銪到镥的稀土元素的氧化物，所述各組分之比如下(摩爾％)氧化釔0.5-4.5穩(wěn)定組分 0.1-4.5氧化鋯余量。
4.如權(quán)利要求3所述的外科工具，其特征在于它包含改性組分，該組分包含選自氧化鈰、氧化釹、氧化鐠、氧化釤的稀土氧化物和選自氧化鈷、氧化鈦、氧化釩、氧化錳、氧化鐵、氧化鎳、氧化銅的過渡元素氧化物，所述改性組分的加入量為材料總量的0.05-3.0摩爾％。
5.如權(quán)利要求3所述的外科工具，其特征在于刀的寬度在1至15毫米的范圍內(nèi)，刀的厚度為0.15至1毫米，刀的切割刃長在1至60毫米的范圍內(nèi)，刀的切割刃被銳化的半徑R在下述范圍內(nèi)0.05μm＜R＜2μm。
6.如權(quán)利要求3所述的外科工具，其特征在于刀以兩個角度被銳化，切割刃的次銳化角為15-25°，主銳化角為30-60°，具有主銳化角的切割刃的操作表面寬度為30-500μm。
7.如權(quán)利要求3所述的外科工具，其特征在于刀切割刃的外形選自直線形、圓形、組合的和雙刃的外形。
8.如權(quán)利要求3所述的外科工具，其特征在于刀有各種顏色，所述顏色選自乳白色、粉紅色、淡紫色、黃色、紅色、橙色、淺藍色、黃綠色、紫羅蘭色、象牙色、濕瀝青色和黑色，視所用改性組分的種類和濃度而異。
9.一種工具，它包括固定在工具體中的操作部件，其特征在于所述操作部件由單晶形式的以二氧化鋯為基的材料制成，所述單晶具有微區(qū)尺寸小于200納米的納米結(jié)晶結(jié)構(gòu)并且不具有相界面，所述材料用氧化釔穩(wěn)定，并且還用一種包含金屬氧化物的組分穩(wěn)定，所述金屬氧化物選自氧化鈣、氧化鎂、氧化鍶、氧化鈧和從銪到镥的稀土的氧化物，所述各組分之比如下(摩爾％)氧化釔 0.5-4.5穩(wěn)定組分0.1-4.5氧化鋯 余量。
10.如權(quán)利要求9所述的工具，其特征在于所述材料還包含改性組分，該組分包含選自氧化鈰、氧化釹、氧化鐠、氧化釤的稀土氧化物和選自氧化鈷、氧化鈦、氧化釩、氧化錳、氧化鐵、氧化鎳、氧化銅的過渡元素氧化物，所述改性組分的加入量為材料總量的0.05-3.0摩爾％。
全文摘要
一種用氧化釔穩(wěn)定的以二氧化鋯為基的材料，它包含另外的金屬氧化物作為穩(wěn)定組分，所述金屬氧化物選自氧化鈣、氧化鎂、氧化鍶、氧化鈧和從銪到镥的稀土元素的氧化物。所述各組分的比例如下(摩爾％)氧化釔0.5－4.5；穩(wěn)定組分0.1－4.5；氧化鋯余量。本發(fā)明的外科切割工具包括刀，該刀有柄和將柄剛性固定的刀架。該刀由以二氧化鋯為基的材料的一種晶體制成。該晶體具有微區(qū)尺寸為200納米的納米晶體結(jié)構(gòu)但不具有相界面。該材料用氧化釔穩(wěn)定，并且包含另外的穩(wěn)定組分如金屬氧化物，該金屬氧化物選自氧化鈣、氧化鎂、氧化鍶、氧化鈧和從銪到镥的稀土元素的氧化物。所述各組分的比例如下(摩爾％)氧化釔0.5－4.5；穩(wěn)定組分0.1－4.5；氧化鋯余量。所述材料也可用于制造工藝用的工具如輥、模頭、平面軸承。
文檔編號A61B17/32GK1398172SQ99817088
公開日2003年2月19日 申請日期1999年12月7日 優(yōu)先權(quán)日1999年12月7日
發(fā)明者奧列格·葉夫根尼耶維奇·波羅丁科夫, E·E·洛莫諾瓦, I·V·西林斯卡亞, M·A·保利克 申請人:奧列格·葉夫根尼耶維奇·波羅丁科夫, 亞歷山大·謝爾蓋耶維奇·沃羅別夫, 金樹