[发明专利]一种口腔正畸用β钛合金材料

说明书

一、技术领域

本发明属于一种生物医用钛合金材料，特别涉及一种适用于口腔正畸用的β-钛合金材料。

二、研究背景技术

据统计，我国的错颌畸形发病率接近龋齿、牙周病，位居口腔三大疾病之列，发病率高达80％。过去由于经济发展水平及口腔卫生观念、意识的制约，国人对早期治疗及预防性治疗的认识及合作程度较发达国家明显落后。近年来，随着社会开放、患者治疗意识的提高，我国的口腔正畸临床及科研均得到了前所未有的发展，但由于口腔人力成本较高和材料费用昂贵等原因使目前我国的正畸治疗仍然是一项相对昂贵的医疗项目，根本无法满足日益高涨的社会需求。

口腔正畸材料的发展由上世纪二十年代的黄金正畸丝，到后来的不锈钢丝和钴铬合金，但由于其存在成本价格昂贵、矫治力变化幅度大，不易控制，易造成牙周组织的损伤和牙根吸收等原因而逐渐被目前占市场份额最大的NiTi弓丝所取代。如申请号为200620089848.7、200620089847.2的专利分别提供了一种方形、圆形镍钛合金正畸丝；申请号为200720173761.2的专利提供了一种表面包覆的镍钛合金正畸丝。然而多年临床实验显示：Ni元素长期在口腔溶液中有可能溶解成自由单质而对口腔膜和细胞组织都有产生一定的毒性作用，从而开发一种不含Ni元素的β钛弓丝成为新的发展趋势，如美国专利US3767480、US641935881分别提供了一种高弹性β钛合金丝作为正畸材料，其优点主要有：1)克服了二元钛合金不易弯制成形与不易焊接的缺点；2)良好的弹性，能产生持久而适中的矫治力，降低患者的痛苦；3)成型性好，方便医生临床使用。目前进口的正畸用β钛丝(以TMA为例)价格一直居高不下，很难与普通百姓的消费能力相适应，在国内仅查见公开号为CN1699610A、CN1932059A、CN1360073的中国专利分别提供了正畸用β钛合金材料，但这些合金不是含有细胞毒性元素(Al)，就是成本太高(如Au、Pt元素的加入)、弹性模量较大、熔炼工艺复杂，使其在口腔正畸上的普及和推广受到很大的限制。

三、发明内容

针对现有β钛丝组份成本较高、熔炼困难等缺陷，本发明提出以廉价的、生物相容性较好的β同晶元素、慢共析元素或部分稀土元素取代TMA丝中的贵金属元素，采用中间合金加入、结合特殊的控制手段和工艺流程，可降低合金体系的熔点与材料成本、减小弹性模量。相对目前使用的进口TMA丝，优化后的加工工艺可提高产品成品率、因而具有成本低，加工流程缩短等特点，同时改进的配方有利于综合性能的提高。

本发明提供的口腔正畸用β钛合金成分包括钛、钼、铁、锰、锆、锡和少量添加元素，其中Mo的重量百分比为4～8％，Fe的重量百分比为1～3％，Mn的重量百分比1～3％，Zr的重量百分比为3～5％，Sn的重量百分比为5～8％，添加元素的重量百分比为0.5～1.0％，Ti余量。所包括的添加元素根据性能匹配的要求可调节，至少为La、Ce的一种。

制备口腔正畸用β钛合金材料的工艺步骤包括配料、合金熔炼、浇注、冷热加工成正畸丝。原材料采用海绵钛、海绵锆、高纯钼、高纯锡、铁、锰、稀土，先制备中间合金，然后按一定的比例配成合金材料，再经真空电弧熔炼多次成锭，后经热处理、冷热加工等工序制备典型的正畸弓丝。

本发明具有以下有益效果：

1、以合金元素Fe或Mn，代替或减少β-钛合金中的贵重元素Mo和中性元素Zr，降低了合金体系的熔点与α-β相变温度；

2、微量稀土元素的加入，可降低TMA杨氏模量和显微硬度，产生适宜的回弹力；

3、主要技术指标；

抗拉强度≥102MPa

弹性模量≥16900MPa

弹性≥0.002M

四、具体实施方式

实施例1：

1、配料

2、熔炼浇铸

首先将海绵钛、合金元素及中间合金放在水冷铜坩埚中，将炉膛抽真空至10^-4-10^-5Pa，然后输入高纯惰性气体进行一次或数次的反复冲洗，最后使压力保持在5×10⁴～1×10⁵Pa之间。通电熔炼时，钨极头阴极和水冷铜坩埚阳极上的引弧端头之间高压放电产生电弧，释放出巨大的热量，使金属在短时间内熔化。将熔化过的铸锭翻转三次进行重熔来保证其成分的均匀性，经冷热加工成丝。

3、本实施例制备的β钛合金主要技术指标：

抗拉强度：110.2MPa

弹性模量：24.8GPa

弹性：0.005M