熱激活型鈦鎳牙齒矯形絲及其生產工藝的製作方法

2023-08-03 09:10:31

專利名稱：熱激活型鈦鎳牙齒矯形絲及其生產工藝的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種口腔正畸治療用的矯形絲，特別是涉及一種熱激活型鈦鎳牙齒矯形絲及其生產工藝。
錯牙合畸形是世界各國均呈較高發病率的口腔疾病。這種發育畸形是在兒童的生長發育過程中，由先天的遺傳因素或後天的環境因素，如疾病、口腔不良習慣、替牙障礙等導致的牙列、頜骨和顱面的畸形。它不但影響面部美觀，也影響口頜功能。近年來，隨著人們生活水平的提高，不僅是兒童，越來越多的成人也在進行正畸治療。在口腔正畸治療中，牙齒矯形絲是矯治器中產生力量的關鍵部件，對達到儘可能好的牙合關係並能保持愈後穩定，以及增加面部美觀這三大矯治目標起著決定性的作用。
目前使用的牙齒矯形絲多為不鏽鋼材料的，其剛度較大，移動牙齒時，力值變化的幅度大，在排齊較嚴重的錯位牙時，只能選擇細鋼絲，以減小其剛度，但細鋼絲與託槽槽溝的吻合程度差，所以對牙位的控制能力較差。中國專利90219653提出利用鈦鋼組合弓絲來實現矯治，將鈦絲用在畸形牙矯正部位，鋼絲用在固定部位，從而提高了錯位牙的到位率和支抗力。但由於鈦鋼和鋼絲材料本身仍屬鋼材料，其屈服強度較高，彎曲後材料內部的剩餘應力高，從而影響其彈性性能，而且異種材料之間容易形成電位勢，在口腔內發生腐蝕。鈦鎳記憶合金已在牙科上有一些產品，如矯正簧(中國專利92221550)，牙根種植體(中國專利9225460)，正畸拉簧(中國專利91224652)，但關於鈦鎳矯正絲未見有報導。
本發明的目的是提供一種新型的牙齒矯形絲，能有效地提高其在弓形彎制時的可成形性，同時保持其原有的彈性性能優勢，並且在口腔中不易發生腐蝕。
本發明提供的牙齒矯形絲的材料採用醫用鈦鎳形狀記憶合金(TiNi)，其成份範圍為鈦鎳兩種元素的重量百分比在40∶60～50∶50之間。該材料的含氧量小於500ppm，含碳量小於700ppm，含氫量小於500ppm。
本發明所述牙齒矯形絲的絲材橫截面包括兩種形狀圓形和矩形。圓絲截面直徑範圍是0.2mm～0.5mm，矩形絲截面積範圍是0.10×0.10mm2～0.28×0.282mm。
本發明所述矯形絲的加工及處理方法如下1、熱激活組合處理(1)絲材預處理用圓模或矩形模熱撥結合後期冷拔的組合方法。利用拉絲模逐道拉撥圓絲，拉撥溫度在700℃～900℃之間，拉撥速度控制在20m/min以下。每道變形量控制在15％～25％之內。在拉撥到0.6mm～0.8mm(圓絲徑)、0.30×0.30mm2～0.40×0.40mm2(矩形尺寸)截面積範圍之內時，降低拉撥溫度至室溫進行冷撥，拉撥速度控制在10m/min以下，每道變形量控制在5％～10％之內，直至冷撥到0.2mm～0.5mm(圓絲徑)，0.10×0.10mm2～0.28×0.28mm2(矩形尺寸)。
(2)超彈性處理將步驟(1)預處理後的絲材根據其冷撥變形程度進行最佳超彈性處理。所述超彈性處理方法是加熱絲材至400℃～480℃，保溫5～50分鐘，然後淬入水中。
(3)熱激活定型將經過步驟(2)超彈性處理後的絲材進行相變溫度測量，測量方法為常規電阻率溫度曲線測試，從曲線上確定出每卷絲材其馬氏體相變開始溫度，並以此為參照將絲材進行分類，隨後進行熱激活定型處理。
所述熱激活定型處理採用脈衝加熱方式，脈衝流在0～20A，通電時間為0.5～5分鐘，定型模具為絕緣材料，利用凹槽模具進行固定加熱。熱激活定型裝置由脈衝電源發生器、可調電阻器和定型模具三部分串聯而成。定型模具選用絕緣材料，在其表面開出系列凹槽。凹槽形狀均為半橢圓形，橢圓的長軸半徑為40mm～60mm不等，短軸半徑為25mm～45mm不等，槽深0.5mm～2mm。
2、表面處理(1)去除表面氧化物將經過熱激活組合處理後的矯形絲放入硝酸與氫氟酸的混合酸溶液中清洗其表面氧化物。兩種酸的比例在4∶1～1∶4範圍內，清洗時間在5～30分鐘。
(2)超聲波振動表面強韌化處理將上述表面去除了氧化物的矯形絲放入超聲波研磨機中進行研磨拋光。超聲波頻率為20KHz～30KHz，磨粒選擇粒度在0.5μm～10μm的金剛砂糊劑，超聲振動時間在5個小時以上。
本發明提供的牙齒矯形絲兼具高彈性性能和良好的可成形性，可同時完成整平、轉矩和扭正治療，減少臨床使用時加力和換弓的次數，提高使用效率。
以下實施例進一步詳述本發明的工藝及效果。
1.熱激活組合處理(1)絲材預處理將直徑為1.5mm的圓絲利用拉絲模逐道拉撥，拉絲模孔型選擇有圓模和矩形模兩種。
(2)超彈性處理用普通箱式加熱爐，將預處理後的絲材捲成卷放入爐中加熱，保溫後淬入冷水中。
(3)熱激活定型處理將步驟超彈性處理後的絲剪成段，嵌入模具槽內，兩端用導電夾夾住，利用脈衝電流對絲材進行脈衝加熱定型。通電完畢後，兩端剪齊即可製成矯形絲。
經過絲材預處理+超彈性處理+熱激活定型處理這一組合處理後，牙齒矯形絲具有很好的回彈性和較大的彈性恢復能，並且在彎制第一、二、三序列彎曲時可成形性好。
2.表面處理用硝酸與氫氟酸的混合酸洗液清洗熱激活組合處理的矯形絲，去除表面氧化物，然後放入超聲波研磨機中超聲振動，進行研磨拋光，磨粒為金剛砂糊劑。處理後矯形絲表面白亮，抗彎曲疲勞壽命得以提高，彎制時不會發生折斷現象。
3.性能測定實施例13、14、15提供的牙齒矯形絲主要技術性能如下最大完全可恢復應變6％～8％，抗彎曲疲勞壽命＞10次；在仿生理溶液中無點蝕現象發生，在1％NaCl水溶液中的腐蝕速率小於6.8×10-毫米/年；牙齒矯形絲表面光滑度0.8μm～2μm。
實施例14提供的牙齒矯形絲與現有技術的不鏽鋼絲相比有如下優點(1)柔和，易變曲。剛度係數約為不鏽鋼矯形絲的1/4。
(2)回彈性能好。經90°彎曲之後，殘餘角僅3.6°，而不鏽鋼矯形絲的殘餘角達66°。
(3)能保持良好的回彈性，彎曲75°後兩個月殘餘角只有2°，而不鏽鋼矯形絲彎曲變形後即產生很大的殘餘變形，幾天後回彈性能喪失殆盡。
(4)應力—應變曲線在卸載時很大一段範圍內能保持近乎恆定力，故在臨床應用中矯形力不減小，而不鏽鋼矯形絲的曲線則直線下降，迅速失效。
(5)良好的可成形性，可同時完成整平、轉矩和扭正治療，減少臨床上加力和換弓的次數，提高正畸醫師工作效率1-2倍。臨床應用比用不鏽鋼絲複診間隔時間延長1倍，療程縮短50％-70％，且患者感覺舒適。
權利要求
1.一種口腔正畸治療用的矯形絲，其特徵是該矯形絲的材料採用醫用鈦鎳形狀記憶合金(TiNi)，材料的成份範圍為鈦鎳兩種元素的重量百分比在40∶60～50∶50範圍之間；材料的含氧量小於500ppm，含碳量小於700ppm，含氫量小於500ppm。
2.權利要求1所述的矯形絲，其特徵是該矯形絲的絲材橫截面包括圓形和矩形，圓絲截面直徑範圍是0.2mm～0.5mm，矩形絲截面積範圍是0.10×0.10mm2～0.28×0.282mm。
3.權利要求1所述的矯形絲的製造方法，其特徵是經過絲材預處理、超彈性處理、熱激活定型處理製造的。
4.權利要求3所述的矯形絲的製造方法，其特徵是還包括對所述的絲材進行表面去除氧化物處理及表面強韌化光亮處理。
5.權利要求3所述的矯形絲的製造方法，其特徵是所述絲材預處理用圓模或矩形模熱撥結合後期冷拔的組合方法，其中熱拔溫度在700℃～900℃，每道變形量在15％～25％，拔速在20m/min以下；冷拔在室溫下進行，每道變形量在5％～10％，拔速在10m/min以下。
6.權利要求3所述的矯形絲的製造方法，其特徵是所述超彈性處理方法是在400℃～480℃，保溫5～50分鐘後淬入水中。
7.權利要求3所述的矯形絲的製造方法，其特徵是所述熱激活定型處理方法採用脈衝加熱方式，脈衝流在0～20A，通電時間為0.5～5分鐘，定型模具為絕緣材料，利用模具上的凹槽進行加熱定型。
8.權利要求7所述的矯形絲的製造方法，其特徵是所述熱激活定型處理所用的裝置由脈衝電源發生器、可調電阻器和定型模具三部分串聯而成；所述凹槽在定型模具表面，凹槽形狀為半橢圓形，橢圓的長軸半徑為40mm～60mm，短軸半徑為25mm～45mm，槽深0.5mm～2mm。
9.權利要求4所述的矯形絲的製造方法，其特徵是對所述的絲材進行表面去除氧化物處理方法是利用硝酸與氫氟酸混合溶液清洗，其中兩種酸的比例在4∶1～1∶4範圍，清洗時間為5～30分鐘。
10.根據權利要求4所述的矯形絲的製造方法，其特徵是對所述的絲材進行表面強韌化光亮處理方法是利用超聲波研磨機進行，其中磨粒為0.5～10μm，頻率在20～30KHz，時間在5個小時以上。
全文摘要
本發明涉及一種口腔正畸治療用的牙齒矯形絲及其生產工藝。該矯形絲的材料為醫用鈦鎳形狀記憶合金。所述矯形絲的製造採用熱激活組合方法,包括對絲材進行預處理、超彈性處理、熱激活定型處理等工藝,並且還對矯形絲表面進行去除氧化物處理及強韌化光亮處理。本發明提供的牙齒矯形絲兼具高彈性性能和良好的可成形性,可同時完成整平、轉矩和扭正治療,減少臨床使用時加力和換弓的次數,提高使用效率。
文檔編號C22C19/00GK1328166SQ0012360
公開日2001年12月26日 申請日期2000年8月30日 優先權日2000年8月30日
發明者鄭玉峰, 黃兵民 申請人:鄭玉峰, 黃兵民