專利名稱：對形狀記憶合金牙弓絲的形狀設(shè)置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本文描述了用于對形狀記憶合金(SMA)線進(jìn)行形狀設(shè)置的改進(jìn)的且另外的方法， 以及通過該方法制造的裝置。本文描述的SMA材料可以是單晶SMA材料。
背景技術(shù)：
在口腔正畸學(xué)中，為了矯正錯(cuò)位咬合，標(biāo)準(zhǔn)的程序是將單個(gè)牙齒附接于被稱為弓絲的柔性部件。弓絲通常具有簡單的彎曲形狀，如圖IA和IB所示。市售的弓絲由不銹鋼或鎳鈦(例如鎳鈦諾，亦稱TiNi或NiTi)形成。諸如鎳鈦諾的形狀記憶合金(SMA)對于用作弓絲來說是特別有吸引力的，因?yàn)檫@種材料在高于特征溫度時(shí)具有“高彈性”性質(zhì)，以及在加熱超過那些溫度時(shí)的形狀記憶機(jī)制。這些特征性質(zhì)由于這樣的材料所經(jīng)歷的馬氏體轉(zhuǎn)變而出現(xiàn)。與產(chǎn)生常規(guī)位錯(cuò)的應(yīng)變不同，馬氏體轉(zhuǎn)變(例如從奧氏體構(gòu)型向馬氏體構(gòu)型的轉(zhuǎn)變)通過原子沿晶體中的孿晶面的重排來操作，以適應(yīng)合金上受到的固有的應(yīng)力。最終結(jié)果是出現(xiàn)完全新的晶體結(jié)構(gòu)(馬氏體)或晶相。在口腔正畸學(xué)中使用的鎳鈦合金充分利用了由這種相變導(dǎo)致的高彈性，其經(jīng)常提供高至6%的完全恢復(fù)。然而，對這些材料來說，還存在很大的改進(jìn)空間。例如，嚴(yán)重的錯(cuò)位咬合表現(xiàn)出在弓絲上的很大的力、滑動和高彈性預(yù)期。此外，鎳鈦合金線表示出在初始的彈性性質(zhì)被消耗之后對應(yīng)變的大的應(yīng)力滯后。從臨床角度來說，這意味著1)力可能經(jīng)常超出患者感覺舒適的水平；2)在托架中進(jìn)行滑動的阻力主要是托架/線之間的粘合力；以及3)線受到高應(yīng)變時(shí)采取永久變形或呈現(xiàn)出不完全恢復(fù)。鎳鈦合金還可以在卸載時(shí)無需足夠的力就展示出完全應(yīng)變恢復(fù)，以有效地移動牙齒，這是由于受到高應(yīng)變時(shí)的滯后增長。 這以圖形表示為低錐形的卸載曲線，其可以或可以不返回至零應(yīng)變。這些力學(xué)變化經(jīng)常由不一致的退火或冷加工導(dǎo)致。當(dāng)被用于口腔正畸治療時(shí)，弓絲被通過連接于牙弓的托架系統(tǒng)連續(xù)地分配。每當(dāng)尺寸和/或橫截面形式需要調(diào)整時(shí)，這都需要更換線。情況通常是從小的圓形(例如 0.014")線開始并且以大的矩形(例如0.021X0. 025")線完成(見例如表1)。早期階段的線通常是具有高彈性性質(zhì)的圓形的形狀記憶合金。這些線被預(yù)期提供大撓度同時(shí)遞送低的恒力。在臨床上，該治療階段通過侵入/擠出、旋轉(zhuǎn)、平移和傾斜使牙齒平齊和對準(zhǔn)。在需要扭矩來矯正錯(cuò)位咬合的每一種情況中引入矩形的橫截面。表1 示例性的線尺寸和幾何構(gòu)形
權(quán)利要求
1.一種對超彈性材料進(jìn)行形狀設(shè)置同時(shí)維持所述材料的超彈性性質(zhì)的方法，所述方法包括將單晶形狀記憶合金材料加熱至退火溫度(Ta)；并且將在所述退火溫度下的所述單晶形狀記憶合金材料和成形結(jié)構(gòu)物驅(qū)動在一起并且驅(qū)動入淬火介質(zhì)中；其中所述加熱步驟和所述驅(qū)動步驟在小于約一分鐘內(nèi)進(jìn)行。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中加熱包括將單晶形狀記憶合金的線或棒加熱至所述退火溫度。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中加熱包括加熱CuAINi、CuAlMn或CuAlBe的單晶形狀記憶合金的線或棒。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中加熱包括對單晶形狀記憶合金的線或棒進(jìn)行焦耳加熱。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中加熱包括在小于約0.5秒內(nèi)加熱。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中驅(qū)動包括將在所述退火溫度下的所述單晶形狀記憶合金材料驅(qū)動為緊貼所述成形結(jié)構(gòu)物。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中驅(qū)動包括將所述成形結(jié)構(gòu)物驅(qū)動為緊貼在所述退火溫度下的所述單晶形狀記憶合金材料。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中驅(qū)動包括使所述單晶形狀記憶合金與包括心軸的成形結(jié)構(gòu)物碰撞。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其中驅(qū)動包括使在所述退火溫度下的所述單晶形狀記憶合金材料下落為緊貼所述成形結(jié)構(gòu)物并且下落入所述淬火介質(zhì)中。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其中驅(qū)動包括使所述成形結(jié)構(gòu)物下落為緊貼在所述退火溫度下的所述單晶形狀記憶合金材料并且下落入所述淬火介質(zhì)中。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其中驅(qū)動包括使在所述退火溫度下的所述單晶形狀記憶合金與所述成形結(jié)構(gòu)物機(jī)械地加速為緊貼彼此并且進(jìn)入所述淬火介質(zhì)中。
12.如權(quán)利要求1所述的方法，其中驅(qū)動包括將所述單晶形狀記憶合金在包含鹽水的所述淬火介質(zhì)內(nèi)淬火。
13.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述加熱步驟和所述驅(qū)動步驟在小于幾秒內(nèi)進(jìn)行。
14.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述加熱步驟和所述驅(qū)動步驟在小于一秒內(nèi)進(jìn)行。
15.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述驅(qū)動步驟包括通過將在所述退火溫度下的所述單晶形狀記憶合金材料與所述成形結(jié)構(gòu)物驅(qū)動在一起并且驅(qū)動入所述淬火介質(zhì)中來從所述單晶形狀記憶合金形成牙弓絲。
16.一種將超彈性材料形狀設(shè)置為牙弓絲同時(shí)維持所述材料的超彈性性質(zhì)的方法，所述方法包括將單晶形狀記憶合金材料的線加熱至退火溫度(Ta)；并且將在所述退火溫度下的所述線和成形結(jié)構(gòu)物驅(qū)動在一起并且驅(qū)動入淬火介質(zhì)中，以將所述線形狀設(shè)置為弓絲形狀；其中所述加熱步驟和所述驅(qū)動步驟在小于五秒內(nèi)進(jìn)行。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其中加熱包括加熱所述線，所述線包括CuAINi、CuAlMn, CuAlBe或CuAlNiMnTi的單晶形狀記憶合金。
18.如權(quán)利要求16所述的方法，其中加熱包括對所述單晶形狀記憶合金的線進(jìn)行焦耳加熱。
19.如權(quán)利要求16所述的方法，其中加熱包括在小于約0.5秒內(nèi)加熱。
20.如權(quán)利要求16所述的方法，其中驅(qū)動包括將在所述退火溫度下的所述線驅(qū)動為緊貼所述成形結(jié)構(gòu)物。
21.如權(quán)利要求16所述的方法，其中驅(qū)動包括將所述成形結(jié)構(gòu)物驅(qū)動為緊貼在所述退火溫度下的所述線。
22.如權(quán)利要求16所述的方法，其中驅(qū)動包括使在所述退火溫度下的所述線與包括心軸的成形結(jié)構(gòu)物碰撞。
23.如權(quán)利要求16所述的方法，其中驅(qū)動包括使在所述退火溫度下的所述線下落為緊貼所述成形結(jié)構(gòu)物并且下落入所述淬火介質(zhì)中。
24.如權(quán)利要求16所述的方法，其中驅(qū)動包括使所述成形結(jié)構(gòu)物下落為緊貼在所述退火溫度下的所述線并且下落入所述淬火介質(zhì)中。
25.如權(quán)利要求16所述的方法，其中驅(qū)動包括使在所述退火溫度下的所述線與所述成形結(jié)構(gòu)物機(jī)械地加速為緊貼彼此并且進(jìn)入所述淬火介質(zhì)中。
26.如權(quán)利要求16所述的方法，其中驅(qū)動包括將所述線在包含鹽水的所述淬火介質(zhì)內(nèi)淬火。
27.如權(quán)利要求16所述的方法，其中所述加熱步驟和所述驅(qū)動步驟在小于一秒內(nèi)進(jìn)行。
28.—種超彈性牙弓絲，其具有細(xì)長的彎曲長度，其中所述超彈性牙弓絲作為單晶形狀記憶材料，使得其具有大于10 %的應(yīng)變恢復(fù)、恒力撓曲、高至22 %的總可恢復(fù)應(yīng)變、100 % 的可重復(fù)的且完全的非常窄的加載-卸載滯后恢復(fù)、以及低的滑動摩擦。
29.如權(quán)利要求觀所述的弓絲，其中所述細(xì)長的彎曲長度是U形的。
30.如權(quán)利要求觀所述的弓絲，其中所述細(xì)長的彎曲長度在其長度的至少一部分上具有0. 013X0. 018英寸至0. 020X0. 026英寸之間的矩形橫截面。
31.如權(quán)利要求觀所述的弓絲，其中所述細(xì)長的彎曲長度在其長度的至少一部分上具有直徑0. 013英寸至0. 026英寸的圓形橫截面。
32.如權(quán)利要求觀所述的弓絲，其中所述單晶形狀記憶材料包括CuAlNi的單晶。
33.如權(quán)利要求觀所述的弓絲，其中所述單晶形狀記憶材料包括CuAlMn的單晶。
34.如權(quán)利要求觀所述的弓絲，其中所述單晶形狀記憶材料包括CuAlBe的單晶。
35.一種彎曲的或折曲的超彈性形狀記憶合金(SMA)結(jié)構(gòu)，其被形狀設(shè)置成彎曲的或折曲的形狀，其中所述結(jié)構(gòu)作為單晶SMA，所述單晶SMA具有大于10%的應(yīng)變恢復(fù)、恒力撓曲、高至22%的總可恢復(fù)應(yīng)變、100%的可重復(fù)的且完全的非常窄的加載-卸載滯后恢復(fù)、 以及低的滑動摩擦。
36.如權(quán)利要求35所述的彎曲的或折曲的結(jié)構(gòu)，其中所述單晶形狀記憶材料包括 CuAlNi、CuAlMn、CuAlBe 或 CuAlNiMnTi 的單晶。
全文摘要
本文描述了用于對超彈性單晶形狀記憶合金(SMA)材料進(jìn)行形狀設(shè)置同時(shí)維持材料的超彈性性質(zhì)的方法、系統(tǒng)和設(shè)備。還描述了已經(jīng)通過這些方法進(jìn)行形狀設(shè)置的超彈性單晶SMA裝置。特別地，本文描述了超彈性單晶SMA牙弓絲以及形成它們同時(shí)維持超彈性性質(zhì)，例如在晶體結(jié)構(gòu)中無明顯的晶界，的方法。
文檔編號C22F1/08GK102560303SQ20111024347
公開日2012年7月11日 申請日期2011年8月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月24日
發(fā)明者薩米爾·S·阿爾奧丁, 阿爾費(fèi)雷多·大衛(wèi)·約翰遜 申請人:奧姆科公司