Jouin, Jacques (5 rue Guinon Viroflay, F-78220, FR)
Yahia, L'hocine (118 Grey Stone Pointe Claire Montreal, Québec H9R 5T5, CA)
Daumas, Marie-thérèse (5 rue des Villas Nodé Orsay, F-91400, FR)
Jouin, Jacques (5 rue Guinon Viroflay, F-78220, FR)
Yahia, L'hocine (118 Grey Stone Pointe Claire Montreal, Québec H9R 5T5, CA)
L'augmentation de la rapidité de consolidation, l'amélioration de sa durabilité et de sa fiabilité peuvent tre efficacement obtenues par l'adjonction d'éléments poreux.
La consolidation des prothèses nécessite que les mécanismes d'ostéogenèse par formation et pénétration des ostéoblastes soit améliorés par la présence d'éléments à double porosité ouverte : une porosité macroscopique comprise entre 100 et 400 micromètres, et, une porosité microscopique inférieure à 10 micromètres, avec un taux de porosité globale compris entre 20 et 50 %. En outre la formation du tissu conjonctif intervient pour des pores de 50 micromètres.
De mme l'intért du titane est bien connu dans le domaine industriel pour absorber l'hydrogène en quantité importante et à la désorber sous l'effet de la température ? L'augmentation des quantités d'hydrogène absorbé par un volume donné de titane est
directement proportionnelle à la surface d'échange donc à la surface ouverte de titane, considérablement augmentée lorsque le matériau présente une porosité ouverte.
L'invention a pour objet un procédé d'obtention et de mise en forme par frittage réactif d'un alliage intermétallique à porosité ouverte de type Ti-X ou Ti- X-X à partir de poudres élémentaires des différents constituant de l'alliage et susceptibles d'tre liés à des éléments massifs de mme composition.
En fonction du matériau X retenu, les alliages peuvent en outre tre du type à mémoire de forme et donc présenter tout ou partie des propriétés inhérentes à ces alliages comme la mémoire de forme proprement dite, la superélasticité et l'amortissement des chocs et vibrations.
Différents procédés d'élaboration de matériaux intermétalliques poreux par métallurgie des poudres sont actuellement bien utilisés. Citons :-la projection plasma qui ne permet pas une porosité ouverte,-la compression à froid et frittage avec des poudres préalliées qui ne permet pas d'obtenir la double porosité.
L'élaboration des matériaux intermétalliques massifs peut avantageusement tre obtenue par métallurgie des poudres et frittage réactif comme décrit par Yves BIGAY dans le brevet N° 95 07283 « Procédé de mise en forme par frittage réactif de matériaux intermétalliques ». I1 convient par contre de noter que le procédé décrit conduit à des matériaux dont le taux de porosité est inférieur à 10 % et donc
assimilables à des produits massifs ce qui les rend inutilisables en ostéosynthèse. Le procédé ainsi décrit repose sur six étapes bien identifiées : 1-mélange des poudres élémentaires, 2-compression du mélange pour obtenir un compacté de poudres, 3-mise en place de l'élément obtenu dans une gaine épaisse résistant à la pression et à la chaleur, 4-frittage réactif pour obtenir le composé intermétallique, 5-densification à chaud, 6-élimination de la gaine.
Le PCT déposé par Victor GJUNTER et publié le 15 juillet 1999 sous le numéro WO 99/34845 précise les conditions nécessaires au déclenchement de la réaction de frittage réactif, ce qui est par ailleurs connu, mais ne donne aucune indication sur les dispositions à prendre pour obtenir un alliage dont la porosité peut tre contrôlée.
L'objectif de la présente invention est de fournir un procédé de frittage réactif pour obtenir des matériaux intermétalliques à macroporosité et microporosité ouvertes et dont on peut contrôler les caractéristiques de porosité. Pour les applications dans le domaine médical, les matériaux ainsi obtenus doivent en outre présenter des caractéristiques mécaniques et de biocompatibilité telles que leur emploi dans la réalisation de prothèse puissent apporter aux patients des garanties d'intégration et de durabilité supérieures à celles obtenues avec les matériaux poreux actuellement connus. Ces objectifs sont obtenus conformément au procédé décrit ci-dessous
a) choix des poudres quant à la nature des matériaux de base (Ti, Ni, Al, et quant à leur granulométrie, b) préparation du mélange des poudres métalliques élémentaires dans les proportions voulues pour les caractéristiques de l'alliage désiré, c) compression du mélange de poudre pour obtenir un « compacté de poudres élémentaires susceptibles d'une mise en forme, d) opération de frittage réactif après mise en place du ((compacté)) dans une gaine métallique (acier, titane, et leurs alliages) résistant à la température et à la pression dont les dimensions intérieures ont été définies pour permettre l'expansion de l'alliage lors de la dite opération, e) élimination du gainage.
Lors de la réalisation du ((compacté)) des éléments massifs d'alliage de mme nature peuvent y tre intégrés de façon à, soit améliorer la tenue mécanique du dispositif poreux ainsi réalisé, soit, permettre ensuite de le solidariser mécaniquement avec d'autres composants structuraux ou fonctionnels de la pièce poreuse. Un traitement thermique complémentaire appliqué entre les étapes d et e ci-dessus à une température supérieure à celle du frittage réactif assurera la diffusion entre l'élément poreux et l'élément massif.
La granulométrie des poudres élémentaires, leur état de compaction et le jeu entre la gaine et l'élément compacté permettent l'obtention de la porosité recherchée en taux de porosité et en dimension de pores.
La gaine peut tre rendue étanche afin d'avoir une atmosphère définie par la nature des matériaux traités.
Lors de l'étape d, pour éviter toute diffusion entre le ((compacté)) et la gaine lors du frittage réactif, une barrière, compressible ou non, pourra tre placée entre le M compacté et la gaine. Sa conception sera telle qu'elle permette l'expansion du « compacte » lors du frittage réactif. De mme pour éviter l'oxydation de l'alliage, il sera possible de faire le vide à l'intérieur de celle-ci.
Exemple 1 : La préparation d'un lopin de matériau intermétallique Ti-Ni poreux d'un poids de 1000 g à usage médico-chirurgical dans lequel seront ensuite réalisés des éléments prothétiques se déroulera de la façon suivante : 1. Pesée des poudres élémentaires de titane et de nickel, 2. Mélange au turbulat pendant 1 heure, 3. Compression uniaxiale dans un moule cylindrique de 50 mm de diamètre intérieur et 200 mm de long, 4. Gainage du « compacté par de l'acier doux avec un diamètre intérieur de 50 + X mm et 200 + Y mm de long revtu intérieurement d'une couche d'alumine, 5. Frittage réactif en portant l'ensemble à 1000 ° C pendant 2 heures afin d'obtenir la réaction Ti + Ni = TiNi, 6. Enlèvement de la gaine par tournage puis décapage chimique.
Exemple 2 : Préparation d'une tige de TiNi massif recouverte de 1000 g de TiNi poreux :
1. Pesée des poudres élémentaires de titane et de nickel, 2. Mélange au turbulat pendant 1 heures, 3. Compression uniaxiale autour d'une tige de TiNi massif de 2 mm de diamètre dans un moule cylindrique de 6 mm de diamètre intérieur et 10 mm de long, 4. Gainage des « compactés)) par de l'acier doux avec un diamètre intérieur de 10 + X mm et 200 + Y mm de long chacun des éléments étant revtu intérieurement d'une couche d'alumine, 5. Frittage réactif en portant l'ensemble à 1000 ° C pendant 2 heures afin d'obtenir la réaction Ti + Ni = TiNi, 6. Traitement thermique de diffusion entre le TiNi poreux et la tige de TiNi massif à une température supérieure à celle du frittage réactif telle que 1200 ° C.
7. Enlèvement de la gaine par tournage puis décapage chimique.
Next Patent: SELF-CENTERING ACCESSORIES FOR AN INDUSTRIAL ENVIRONMENT