在医疗植入物领域，对于需长期在患者体内留存的植入物，尤其是针对年轻患者，材料的机械强度、耐磨性、耐久性和生物相容性要求极高。Quintus热等静压技术（HIP）通过消除陶瓷植入物内部孔隙、提升机械性能，显著延长了植入物的使用周期，成功助力打造零缺陷、超耐用的医疗陶瓷植入物。热等静压技术凭借其优异的综合性能，正在成为传统植入物材料的优化选项，为推动高性能陶瓷医疗植入物的发展提供了关键支撑。
先进陶瓷：强度与可靠性双在线
符合氧化铝-氧化锆复合医疗植入物 ISO 标准（例如 ISO 6474-2，X 型）的陶瓷植入物，显著降低了机械故障的风险，即使在高负荷、高磨损和腐蚀环境下，能保持结构完整性，最高负荷关节的故障概率低于6σ水平，即每百万个植入物中少于3.4个。
不过，要让脆性陶瓷达到这样的高强度和可靠水平，需要大量的材料和加工知识。目前，大型先进陶瓷制造商和研究机构已能稳定实现。随着相关知识体系的拓展，新的陶瓷增材制造商（AM）也有望达到X型标准。
要实现这个目标，热处理（脱脂、烧结和热等静压）的策略和参数将决定最终性能。这些工艺可以使组件达到几乎无孔隙的状态，以确保基本材料强度，并使其能够将表面研磨、抛光至需要的表面粗糙度（Ra在低纳米级），从而最大限度地减少关节表面的侵蚀磨损。这需要：
● 严格执行基础陶瓷工艺
- 全方位控制化学成分与均匀性、晶粒尺寸分布、粘结剂和加工助剂、浆料、颗粒
- 每个步骤保持高度工艺卫生水平
- 正确脱脂
● 烧结策略：尽可能低的烧结温度
- 烧结温度和时间达到封闭孔隙和气密表面的状态即可，为后续HIP操作创造条件。这能最大程度降低变形、反应以及接触点变形的风险。
- 降低晶粒异常生长。晶粒生长会降低基本材料强度，在冷却过程中导致PSZ发生不必要的相变。
- 陶瓷材料不可在过高的温度下烧结。高温烧结会导致晶粒尺寸过大或出现异常，则无法通过HIP热等静压后处理进行“修复”。
● HIP热等静压致密化
如果组件在烧结后获得气密性，那么在热等静压过程中，利用高压和高温产生的活化能，将实现近乎完全致密化。HIP温度通常可以设定得低于烧结温度，以避免晶粒生长。优化后的烧结和HIP工艺可使材料强度提升30%以上，在特定情况下可以超过100%。
大型医疗关节植入物市场：现状与趋势
2022年，美国植入的初次髋关节和膝关节植入物超过 200 万个，翻修植入物约占 10%。在陶瓷植入物发展方面，采用 CoP（陶瓷聚合物）系统的髋关节股骨头在 2022 年已在美国占据 75% 的市场份额，而使用陶瓷的其他关节植入物的比例较低。从未来趋势看，出生率低且人均寿命延长，未来几十年对医疗植入物的需求将进一步增加。
所用植入物类型和材料体系
髋关节植入物：陶瓷材料主流选择
医用关节植入物中使用最多的陶瓷材料组合是CoP髋关节植入系统中用于股骨头的ZTA（ZTA复合材料由CeramTec公司于2002年商业化，商品名为BIOLOX® delta）。这种陶瓷体系通过多种成份的协同作用，可为承受髋关节高磨损负荷的体内关键骨科植入物提供所需的强度和断裂韧性。陶瓷植入物的耐磨性和使用寿命显著超越传统的金属组合，减少了与炎症和植入物排斥反应相关的金属离子和聚合物碎片的数量。
膝关节植入物：金属为主，陶瓷应用渐增
在膝关节植入物中，金属-聚合物（MoP）仍是最常见组合，但陶瓷的应用也在增加。这对金属过敏、因植入物引发炎症的患者以及需要延长翻修间隔的年轻患者有益。为应对持续存在的植入物排斥问题，行业最近开发了陶瓷表面涂层，用于密封所有暴露的金属表面，但要达到与本体陶瓷植入物相当的稳定性能还具有挑战性。
脊柱和手指植入物：新兴材料崭露头角
钛合金是脊柱植入物最常用的材料，但氮化硅（Si₃N₄）因其优异的生物相容性和固有的抗感染特性，应用日益增加。它具有高强度、优异的耐磨性，且因良好的表面化学性质能降低感染风险，特别适合高要求的脊柱植入应用。陶瓷（氧化铝、ATZ、氮化硅）手指关节植入物是未来的研究方向，其尺寸和复杂几何形状非常适合增材制造光聚合技术。
Quintus HIP技术：提升医疗陶瓷特性
Quintus HIP技术以其卓越的性能推动着医疗植入物的革新，进一步突破陶瓷材料性能边界：
● 100%理论密度：彻底消除残余孔隙，提升产品致密性。
● 最小化晶粒生长：精准控制微观结构，确保材料均一性。
● 独家URC®均匀快速冷却技术：全程精准控制温度（最高2000°C）、压力（2070 bar）及冷却速率，彻底消除材料内部缺陷。
● 极限强度与可靠性：满足严苛工况需求，延长产品寿命。
● 智能化降本增效：全数字化连接系统实时优化能耗，单位部件运营成本降低30%以上。
Quintus HIP热等静压技术是制造这些陶瓷医疗植入物不可或缺的工艺。借助Quintus控温冷却™（Steered Cooling™）技术和Quintus Purus®技术，可以大幅提高热等静压生产率、确保高端先进陶瓷医疗植入物热等静压加工质量一致性。
如需了解更多关于Quintus的技术或产品，可访问Quintus官方网站或关注官方微信公众号“Quintus Technologies”。
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