[發(fā)明專利]一種制備多孔鈦及鈦合金塊體材料的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910219978.6
• 申請日: 2009-11-18
• 公開（公告）號: CN101935774A
• 公開（公告）日: 2011-01-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李述軍;王璽涵;賈明途;田宇興;郝玉琳;楊銳
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院金屬研究所
• 主分類號: C22C1/08
• 分類號: C22C1/08;C22C1/04
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標(biāo)代理有限公司 21002
• 代理人: 張志偉

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及多孔材料制備領(lǐng)域，具體為一種制備多孔鈦或鈦合金塊體材料的方法。

背景技術(shù)：

多孔鈦及鈦合金材料由于具有比重小、能量吸收性好、比表面積大、吸聲性好、滲透性強等優(yōu)點而被廣泛應(yīng)用于醫(yī)療、航天等領(lǐng)域。在醫(yī)療領(lǐng)域，多孔鈦及鈦合金因具有比其致密塊體材料更低的彈性模量，可達(dá)到與人體骨模量相匹配的程度，可有效避免“應(yīng)力屏蔽”效應(yīng)；多孔材料內(nèi)部存在的大量孔隙更有利于周圍細(xì)胞的長入和新骨的生長、治療藥物的輸送、營養(yǎng)交換等，從而促進植入物與人體自然骨組織的重建以及生物整合和均勻化過程，延長植入體在人體內(nèi)的壽命[Long?M，Rack?HJ，Biomaterials?1998，19：1621；Wen?CE，Mabuchi?M，Yamada?Y，Shimojima?K，Chino?Y，Asahina?T，Scripta?Materialia?2001，45：1147；Guden?M，Celik?E，Hizal?A，Altindis?M，Cetiner?S，Journal?of?Biomedical?Materials?Research?Part?B：Applied?Biomaterials?2008.]。在航空航天領(lǐng)域，多孔鈦及其合金具有極佳的防震和能量吸收特性，這對航天器防御空間碎片具有重要意義。與多孔鋁等其它多孔金屬材料相比，多孔鈦及鈦合金強度、能量吸收率更高[Murray?NGD，Dunand?DC，Composites?Science?and?Technology?2003，63：2311]、工作溫度范圍更廣、抗腐蝕能力更強，是一種及其重要的功能材料。

目前，用于制備多孔金屬材料的方法主要包括液態(tài)金屬發(fā)泡法、粉末冶金法、熔體發(fā)泡法、金屬空心球法、金屬粉末纖維燒結(jié)法、金屬沉積法[劉培生，多孔材料引論，清華大學(xué)出版社：北京，2004]。對于鈦及鈦合金來說，其熔點很高，在溫度較高時活性大，使用發(fā)泡技術(shù)制備多孔材料需要特殊的發(fā)泡模具，發(fā)泡劑、發(fā)泡溫度及發(fā)泡條件很難控制；金屬空心球法、金屬粉末纖維燒結(jié)法、金屬沉積法等其制備成本高，工藝復(fù)雜，很難適用于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。因此，在這些方法中，粉末冶金法是目前仍是制備多孔鈦及鈦合金最常用、最主要的方法。

通過粉末冶金法制備多孔材料主要包括粉末成型及燒結(jié)兩部分過程。以粉末成型方法的種類來劃分，粉末冶金法制備包括多孔材料主要包括模壓成型、等靜壓成型、粉漿澆注和增塑擠壓等方法[劉培生，多孔材料引論，清華大學(xué)出版社：北京，2004]。這些方法中，模壓成型、增塑擠壓法需要制備高硬度的特殊模具來保證粉末成型；等靜壓成型、粉漿澆注等方法則需要特殊的設(shè)備、復(fù)雜的工藝過程來完成粉末成型及燒結(jié)。此外，采用這些方法制備大尺寸塊體多孔材料仍很困難。以上所述表明，目前發(fā)展的粉末冶金法制備多孔材料的方法仍存在成本高、工藝復(fù)雜等缺點，無法適用于大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)。由于多孔鈦及鈦合金材料具有比其它種類金屬多孔材料(如多孔鋁)更加優(yōu)異的性能，在醫(yī)療、航天等國防領(lǐng)域具有非常廣闊的應(yīng)用前景，因此研究新的制備多孔鈦及鈦合金塊體材料的方法，使其適用于工業(yè)規(guī)模的批量生產(chǎn)，更好的應(yīng)用于醫(yī)療、航天等領(lǐng)域，具有重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明的目的是提供一種制備多孔鈦或鈦合金塊體材料的方法，解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的成本高、工藝復(fù)雜、無法適用于大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)等問題。采用該方法可制備大尺寸不同孔隙率、孔徑大小的多孔鈦或鈦合金材料，工藝簡單，成本低，適合工業(yè)規(guī)模大批量生產(chǎn)，獲得的多孔材料具有高強度、低模量、高抗沖擊能力、高阻尼特性，在醫(yī)療及航空航天領(lǐng)域具有非常廣闊的應(yīng)用前景。

本發(fā)明的技術(shù)方案：

本發(fā)明提供一種制備多孔鈦及鈦合金塊體材料的方法，其制備過程包括鈦或鈦合金粉末、造孔劑的制備，粉末軋制成型及多孔塊體的燒結(jié)，具體步驟如下：

(1)鈦或鈦合金粉末、造孔劑的制備

鈦或鈦合金粉末采用“電極感應(yīng)熔化氣體霧化(EIGA)”方法制備，制備設(shè)備為現(xiàn)有的EIGA50/500裝置。

本發(fā)明中，鈦或鈦合金粉末形狀主要為球形，直徑為10μm～500μm，其中不添加造孔劑的多孔材料粉末直徑為100μm～500μm，添加造孔劑多孔材料所用粉末直徑范圍為10μm～100μm。

本發(fā)明中，造孔劑為聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，采用球磨機將市購PMMA顆粒(粒度0.5mm～5mm)，球磨成100μm～1000μm，備用。

(2)鈦或鈦合金粉末軋制成型