Cuerpo de cerámica monolítico con una zona marginal a base de óxido mixto y una superficie metálica, método o procedimiento de fabricación y utilización.

Cuerpo de cerámica monolítico con una región marginal de óxido mixto y superficie metálica,

donde elcuerpo de cerámica tiene un núcleo del óxido de un primer metal(I) y una zona marginal, comprendiendo la zonamarginal una región marginal de óxido mixto, que consta del óxido del primer metal(I) y del óxido de otro metal (II),que tiene una elevada afinidad por el oxígeno, y una superficie metálica del metal (II) en la región marginal de óxidomixto, donde la zona marginal se ha formado alterando la composición química de una región marginal de un cuerpode cerámica no acabado por medio de una activación de la región marginal y un posterior tratamiento termoquímico,ambos a una presión negativa de 10-3 mbar o inferior, y donde la alteración de la composición química se distinguede tal manera que da lugar no solo a la incorporación de iones del metal (II) a la red cristalina del material decerámica del cuerpo de cerámica, donde el tratamiento termoquímico ha sido inducido por la implantación de iones,donde la región marginal de óxido mixto tiene un gradiente de concentración continuo del primer metal (I),empezando en un 100% en el núcleo hasta el 0% en la región de transición a la superficie metálica del cuerpo decerámica, con respecto al contenido metálico total (I+II), y tiene un gradiente de concentración continuo del otrometal (II), empezando en un 0% en el núcleo hasta el 100% en la región de transición a la superficie metálica delcuerpo de cerámica, con respecto al contenido metálico total (I+II), donde la concentración de oxígeno de la regiónmarginal de óxido mixto se mantiene constante, y donde la estructura monolítica del cuerpo de cerámica estáformada por límites de fase.

Cuerpo de cerámica monolítico con una zona marginal a base de óxido mixto y una superficie metálica, método o procedimiento de fabricación y utilización

Campo de la invención La presente invención se refiere a un cuerpo de cerámica monolítico, a su fabricación y utilización. En particular la presente invención hace referencia a un cuerpo de cerámica monolítico con una zona o sección marginal alterable químicamente, a base de un óxido mixto, de manera que la zona marginal presenta una superficie metálica. El cuerpo de cerámica se utiliza en concreto como implante.

Fundamento de la invención En general los implantes sirven como sustitutos de las estructuras anatómicas animales o humanas perdidas o enfermas, como dientes, articulaciones, extremidades etc. Preferiblemente dichos implantes deberían soldarse al hueso en el organismo, para formar una unión estable, capaz de resistir una carga durante largo tiempo. Actualmente se dispone de implantes de titanio así como de implantes de cerámica. Mientras que los implantes de titanio tienen un lugar fijo en el campo de la medicina, odontología y veterinaria, con más de 30 años de experiencia, se acaban de empezar a utilizar los implantes de cerámica en implantología. Debido a su excelente biocompatibilidad, bioinercia, resistencia a la corrosión así como a sus buenas propiedades físicas, han tenido una gran aceptación en odontología, principalmente mediante su uso como implantes, aunque se integran al hueso solo ligeramente o bien prácticamente no se integran.

La ventaja del titanio es que su integración ósea es muy buena, es decir se suelda con el hueso y no es alergénico. La elevada afinidad del titanio por el oxígeno conduce a la formación de una capa de óxido de titanio sobre la superficie del implante, lo que le aporta unas propiedades muy ventajosas. El hueso se suelda con la capa de óxido de titanio. Para maximizar la superficie de contacto entre el implante y el hueso lo más posible desde el punto de vista técnico, se raspa la superficie del implante de titanio. Mejora así la integración ósea. Hoy en día, el titanio se utiliza para los implantes dentales o en las prótesis de cadera para las copas de titanio, que reciben un inserto de cerámica, mientras que en ortodoncia, entre otras cosas se utilizan implantes de anclaje fabricados a base de titanio. El uso del titanio en la odontología reparadora o de restauración ha llegado a ser posible gracias a los avances en la tecnología de colada o de fundición y gracias al uso de CAD/CAM y de técnicas de electroerosión para fabricar piezas individuales.

Sin embargo, el titanio tiene los inconvenientes siguientes, en particular para la implantología dental:

Tiene un color oscuro, casi negro, y si se pule hasta un brillo elevado, adquiere un color plateado, por lo que el aspecto estético deja mucho que desear en la zona cervical del diente. Además, en odontología, los implantes de titanio no se pueden limpiar con puntas ultrasónicas de metal en el lugar que sobresale de la encía, ya que el material se raya y se desarrollan unas asperezas, lo que estimula la formación de la placa dental. La limpieza, por lo tanto, requiere puntas especiales de plástico.

La cerámica oxidada o de óxidos (cerámica de óxido de zirconio, óxido de aluminio, mezclas de óxido de zirconio y de aluminio, etc...) es un material inerte biológicamente, liso y extremadamente duro, que es totalmente resistente a la corrosión (ácidos, sales, líquidos corporales) . Además, debido a su dureza es extremadamente resistente a la abrasión, es decir, la superficie únicamente puede ser modificada utilizando herramientas de diamante. Además, el color blanco del material ofrece, al menos para los implantes dentales, unas ventajas estéticas excelentes en odontología. Estas propiedades ya se han utilizado en medicina, por ejemplo, como implantes intravasculares en cardiología con una superficie de cerámica, de manera que no se producen depósitos de células corporales. Las ventajas antes mencionadas son una desventaja para los implantes dentales cerámicos utilizados en odontología. Debido a que el material es biológicamente inerte, existe una integración ósea insuficiente o prácticamente nula del implante.

Para combinar las ventajas de ambos materiales, las cerámicas oxidadas y el titanio, y eliminar al máximo posible las desventajas correspondientes, recientemente se han adoptado dos planteamientos o enfoques distintos: implantes fabricados a base de un cuerpo de titanio con un revestimiento (parcial) de cerámica e implantes a base de un cuerpo de cerámica con un revestimiento de óxido de titanio o de titanio. En el primer planteamiento aquellas zonas del cuerpo de titanio que no entran en contacto con el hueso después del implante se recubren de un revestimiento cerámico. En el segundo enfoque, las zonas del cuerpo de cerámica que están en contacto con el hueso después del implante se revisten de titanio o de óxido de titanio, para que mejore la integración ósea en dicha zona. Las regiones del implante que no entran en contacto con el hueso después del implante se dejan sin revestimiento.

Debido a las propiedades del titanio, específicas del material, es decir su bajo coeficiente de expansión térmica, la extrema afinidad del titanio por el aire y el oxígeno así como la transformación de la red cristalina a 882ºC, no se pueden utilizar los sistemas compuestos de metal-cerámica anteriormente empleados (cuerpo de base metálica con superficie de cerámica, cerámicas de revestimiento) , ya que no es posible que una cerámica sea “revestida” de metal.

Mediante una reacción con los componentes de la cerámica se forma incluso a temperaturas de 750-800ºC una capa de reacción oxidativa en la superficie del cuerpo de titanio. A temperaturas de aproximadamente 1000ºC, como las que se alcanzan en la fabricación de las cerámicas convencionales, se reforzarían notablemente las capas de óxido y por lo tanto la unión al revestimiento de cerámica se debilitaría. Además, debido al cambio o la transformación de la red cristalina, las tensiones podrían ser un problema, y podrían tener además un efecto debilitador del enlace o unión. En comparación con otras aleaciones dentales, el titanio tiene un coeficiente de expansión térmica especialmente bajo. No obstante, los coeficientes de expansión térmica de la cerámica y del metal deben coincidir uno con otro para evitar el agrietamiento y desconchado de la cerámica, como el que ocurriría al revestir el titanio con la cerámica convencional. Tal como una persona experta en la materia sabe, los metales se expanden con el calor, mientras que la cerámica sufre una contracción durante el sinterizado.

Durante mucho tiempo no ha sido posible conseguir valores satisfactorios de la fuerza de adherencia de los sistemas titanio-cerámica. La escasa unión adhesiva entre el titanio y la cerámica puede atribuirse tanto al ajuste necesario de los coeficientes de expansión térmica como a la elevada afinidad del titanio por el oxígeno, de manera que durante el proceso de combustión de la cerámica, existe un crecimiento pronunciado de la capa de óxido. La fragilidad de la capa de óxido se ha considerado como la primera causa de los bajos valores de unión o enlace.

Por este motivo, se han desarrollado ligantes o aglutinantes especiales (promotores de la adherencia) , los cuales debido a sus propiedades reductoras deberían prevenir la oxidación del titanio durante el proceso de combustión de la cerámica (M.Kononen y J. Kivilahti, Bonding of low-fusing dental porcelain to commercially pure titanium, J Biomed MaterRes 1994, tomo 28, Nr. 9 páginas 1027-35; U. Tesch, K. Pässler y E. Mann, Untersuchungen zum Titan-Keramik-Verbund, Dent Lab, 1993, tomo 41, páginas 71-74) . Para compensar la elevada tendencia a la oxidación del titanio y de ese modo incrementar los valores de adherencia de los sistemas titanio-cerámica, se desarrollaron ligantes especiales, que disuelven y envuelven los óxidos existentes en la superficie de titanio y con su naturaleza a modo de cristal sellan la superficie frente a una oxidación adicional (J. Tinschert, R. Marx y R. Gussone, Struktur von keramiken für die Titanverblendung, Dtsch Zahnärztl Z, 1995, tomo 50, páginas 31-4) . No obstante, las investigaciones han demostrado que este modo de proceder conducía al éxito deseado solo parcialmente. Gilbert y cols. informaron sobre una mejoría del enlace adhesivo (J.L. Gilbert, D.A. Covey and E.P. Lautenschlager, Bond characteristics of porcelain fused to milled titanium, Dent Mater, 1994, Vol. 10, No. 2, p. 134-140) . Por el contrario, Hung y cols. no pudieron constatar ninguna mejoría significativa al utilizar un ligante (C.C.... [Seguir leyendo]

1. Cuerpo de cerámica monolítico con una región marginal de óxido mixto y superficie metálica, donde el cuerpo de cerámica tiene un núcleo del óxido de un primer metal (I) y una zona marginal, comprendiendo la zona marginal una región marginal de óxido mixto, que consta del óxido del primer metal (I) y del óxido de otro metal (II) , que tiene una elevada afinidad por el oxígeno, y una superficie metálica del metal (II) en la región marginal de óxido mixto, donde la zona marginal se ha formado alterando la composición química de una región marginal de un cuerpo de cerámica no acabado por medio de una activación de la región marginal y un posterior tratamiento termoquímico, ambos a una presión negativa de 10-3 mbar o inferior, y donde la alteración de la composición química se distingue de tal manera que da lugar no solo a la incorporación de iones del metal (II) a la red cristalina del material de cerámica del cuerpo de cerámica, donde el tratamiento termoquímico ha sido inducido por la implantación de iones, donde la región marginal de óxido mixto tiene un gradiente de concentración continuo del primer metal (I) , empezando en un 100% en el núcleo hasta el 0% en la región de transición a la superficie metálica del cuerpo de cerámica, con respecto al contenido metálico total (I+II) , y tiene un gradiente de concentración continuo del otro metal (II) , empezando en un 0% en el núcleo hasta el 100% en la región de transición a la superficie metálica del cuerpo de cerámica, con respecto al contenido metálico total (I+II) , donde la concentración de oxígeno de la región marginal de óxido mixto se mantiene constante, y donde la estructura monolítica del cuerpo de cerámica está formada por límites de fase.

2. El cuerpo de cerámica conforme a la reivindicación 1, donde el primer metal (I) se elige entre el aluminio, zirconio, itrio, niobio, hafnio, silicio, magnesio, cerio o formas mixtas de los metales mencionados.

3. El cuerpo de cerámica conforme a la reivindicación 2, donde el primer metal (I) es zirconio o aluminio o una mezcla de zirconio y aluminio.

4. El cuerpo de cerámica conforme a una de las reivindicaciones anteriores, donde el otro metal (II) es biocompatible.

5. El cuerpo de cerámica conforme a la reivindicación 4, donde el metal (II) biocompatible es el titanio.

6. El cuerpo de cerámica conforme a la reivindicación 3 y 5, donde la región marginal de óxido mixto está formada por titanio-zirconio-óxido mixto, titanio-óxido de aluminio-óxido mixto o bien titanio-óxido de aluminio-óxido de zirconio-óxido mixto, y la superficie metálica es de titanio puro.

7. El cuerpo de cerámica conforme a una de las reivindicaciones anteriores, donde una zona marginal del cuerpo de cerámica que comprende la región marginal de óxido mixto y la superficie metálica que allí se encuentra tiene un grosor entre 0, 05 y 140 μm.

8. El cuerpo de cerámica conforme a una de las reivindicaciones anteriores, el cual comprende además una o varias capas de otros metales, en particular del metal (II) .

9. El cuerpo de cerámica conforme a una de las reivindicaciones anteriores, el cual adicionalmente comprende uno o varios revestimientos biocompatibles y/o bioactivos.

10. Método para la fabricación de un cuerpo de cerámica con una región marginal de óxido mixto con superficie metálica conforme a una de las reivindicaciones 1 hasta 9, que comprende los siguientes pasos que se llevan a cabo en una cámara de reacción termoquímica en un cuerpo de cerámica no acabado con una región marginal, en la secuencia siguiente:

a) Evacuación de la cámara de reacción a una presión negativa de 10-3 mbar o inferior,

b) Activación de la región marginal del cuerpo de cerámica no acabado a la presión negativa generada en el paso a) , y

c) Alteración de la composición química de la región marginal del cuerpo de cerámica no acabado por medio de un tratamiento termoquímico a la presión negativa generada en el paso a) de manera que la región marginal es transformada químicamente en una zona marginal del cuerpo de cerámica acabado, comprendiendo la zona marginal la superficie metálica y la región marginal de óxido mixto bajo ella que empieza por debajo de la superficie metálica, donde la alteración de la composición química se distingue de manera que da lugar no solo a una incorporación de iones del metal (II) a la red cristalina del material de cerámica del cuerpo de cerámica, y donde el tratamiento termoquímico es inducido por la implantación iónica teniendo una dosis de iones de 1015 a 1016 iones/cm2 y una energía iónica de hasta 2, 3 MeV.

11. Método conforme a la reivindicación 10, donde la activación de la superficie en el paso b) tiene lugar mediante un tratamiento con plasma.

12. Método conforme a la reivindicación 10, donde la implantación de iones es una implantación de iones con inmersión en plasma.

13. Método conforme a una de las reivindicaciones anteriores 10 hasta 12, donde el paso c) se realiza a una temperatura de 20 hasta 400ºC.

14. Método conforme a una de las reivindicaciones anteriores 10 hasta 13, donde el método comprende la etapa adicional d) del revestimiento de la superficie del cuerpo de cerámica con uno o varios metales, en particular con el metal (II) .

15. Método conforme a una de las reivindicaciones anteriores 10 hasta 14, donde el método comprende además el paso e) de revestimiento de la superficie del cuerpo de cerámica con un material biocompatible y/o bioactivo.

16. Método conforme a una de las reivindicaciones anteriores 10 hasta 15, donde la región marginal de óxido mixto con superficie metálica se configura solamente en una zona parcial del cuerpo de cerámica no acabado.

17. Utilización del cuerpo de cerámica conforme a una de las reivindicaciones 1 hasta 9 o bien del cuerpo de cerámica fabricado conforme a una de las reivindicaciones 10 hasta 16 como implante.

18. Utilización del cuerpo de cerámica conforme a una de las reivindicaciones 1 hasta 9 o bien del cuerpo de

cerámica fabricado conforme a una de las reivindicaciones 10 hasta 16 como coraza protectora para las personas o vehículos de tierra o vehículos de aire o vehículos de agua o bien edificios o vehículos del espacio.