[發(fā)明專(zhuān)利]一種雙重孔隙結(jié)構(gòu)的鎳鈦泡沫合金的制備方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110167214.4
• 申請(qǐng)日: 2011-06-21
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102251138A
• 公開(kāi)（公告）日: 2011-11-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張學(xué)習(xí);侯皓文;陳志旋;魏文庭;魏隴沙;耿林
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): C22C1/08
• 分類(lèi)號(hào): C22C1/08;C22C19/03
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專(zhuān)利商標(biāo)事務(wù)所 23109
• 代理人: 韓末洙

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種鎳鈦泡沫合金的制備方法。

背景技術(shù)

鎳鈦泡沫材料中的孔隙尺寸和分布決定其機(jī)械、物理和生物學(xué)特性。目前泡沫金屬材料，包括鎳鈦泡沫合金，通過(guò)粉末冶金或浸滲方法等，一般只能得到一種孔隙尺寸的泡沫合金，且孔隙分布不加以控制。這種只含有一種孔隙尺寸的泡沫合金，往往造成粗大的結(jié)點(diǎn)和粗細(xì)不均的孔棱，不能使泡沫材料的性能得到優(yōu)化；另外，這種一種孔隙的泡沫鎳鈦合金的多功能化受到影響。

泡沫鎳鈦形狀記憶合金由于具有特殊的形狀記憶效應(yīng)、超彈性和良好的生物相容性在生物材料領(lǐng)域有很好的應(yīng)用前景，其泡沫結(jié)構(gòu)擴(kuò)大了材料與生物組織的接觸面積，有利于植入物的可靠固定；連通孔隙結(jié)構(gòu)有利于人體體液營(yíng)養(yǎng)成分的傳輸，可大大縮短病人的康復(fù)期；特別是泡沫鎳鈦合金的彈性模量與骨組織的彈性模量相近，自然生物材料有獨(dú)特的應(yīng)力應(yīng)變行為，即都具有大于2％的可恢復(fù)應(yīng)變，在醫(yī)用金屬材料中，只有泡沫鎳鈦形狀記憶合金的超彈性能與自然骨匹配。因此，泡沫鎳鈦合金是極有潛力的生物骨替代材料。

制備鎳鈦合金最合適的是粉末冶金法，其中常用的方法有常規(guī)燒結(jié)法、自蔓延高溫合成法、熱等靜壓法以及放電等離子燒結(jié)法等。引入孔隙結(jié)構(gòu)最常用的方法是模板法，即采用氟化鈉、氯化鈉、碳酸氫氨、偏鋁酸鈉等不與泡沫合金反應(yīng)的物質(zhì)作為填充物，燒結(jié)過(guò)程中填充物升華、或燒結(jié)過(guò)程填充物雖保留而燒結(jié)后可以去除，這樣填充物形貌被孔隙復(fù)制，這種方法中孔隙形貌、尺寸和孔隙率都可以很好地進(jìn)行設(shè)計(jì)并控制。

泡沫鎳鈦合金的孔隙結(jié)構(gòu)對(duì)其應(yīng)用具有關(guān)鍵的作用，尤其是設(shè)計(jì)孔隙特征從而滿(mǎn)足其功能特性，這方面工作還非常少；另外，不同應(yīng)用條件和環(huán)境要求泡沫鎳鈦合金具有特定的孔隙特征，都需要通過(guò)完善的制備工藝才能實(shí)現(xiàn)。例如，鎳鈦泡沫合金用于人體骨組織替換和修復(fù)時(shí)，因?yàn)椴煌墙M織的“內(nèi)生長(zhǎng)”均存在一個(gè)臨界孔隙尺寸，在大于此尺寸時(shí)骨組織的“內(nèi)生長(zhǎng)”最為有利，長(zhǎng)入深度和生長(zhǎng)速度均較理想，并且能夠保證人工骨與真實(shí)骨具有較高結(jié)合強(qiáng)度、足夠的抗斷裂能力，并且孔隙間的相互貫通性可以保證骨組織長(zhǎng)入所需的體液交換和血液循環(huán)及治療藥物的輸送。

但是現(xiàn)有泡沫鎳鈦合金的孔隙結(jié)構(gòu)為單一孔隙結(jié)構(gòu)，孔隙連通率低，且孔隙分布不均勻，不有利于骨的礦化組織和纖維組織長(zhǎng)人，而不能使其與周?chē)M織結(jié)合更牢固，并且缺少互相連通的孔隙不利于灌注經(jīng)基磷灰石等生物活性材料，增加生物活性材料脫落機(jī)會(huì)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有用于骨組織替換和修復(fù)的鎳鈦泡沫合金中孔隙連通率低，孔隙分布不均勻的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種雙重孔隙結(jié)構(gòu)的鎳鈦泡沫合金的制備方法。

本發(fā)明的雙重孔隙結(jié)構(gòu)的鎳鈦泡沫合金的制備方法是通過(guò)以下步驟實(shí)現(xiàn)的：

一、稱(chēng)取合金原料和氯化鈉填充物，控制氯化鈉填充物的質(zhì)量為合金原料和氯化鈉填充物總質(zhì)量的19％～25％，合金原料按質(zhì)量百分比由55％～56％的鎳粉和44％～45％的鈦粉組成，氯化鈉填充物按質(zhì)量百分比由60％～80％的大顆粒氯化鈉和20％～40％的小顆粒氯化鈉組成，大顆粒氯化鈉和小顆粒氯化鈉分開(kāi)稱(chēng)取，然后將合金原料和小顆粒氯化鈉混合得混合粉末，控制大顆粒氯化鈉和混合粉末均勻鋪展至模具后的高度為0.5～2mm，得一份混合粉末和大顆粒氯化鈉；其中，鎳粉的直徑小于75μm，鈦粉的直徑小于50μm，大顆粒氯化鈉的粒徑為500～600μm，小顆粒氯化鈉的粒徑為75～90μm；

二、重復(fù)步驟一的操作，得到20～200份的混合粉末和大顆粒氯化鈉；

三、按先大顆粒氯化鈉，后混合粉末的順序，將步驟二得到的20～200份的混合粉末和大顆粒氯化鈉依次疊層均勻鋪展至模具中，得鋪展好的粉體，完成撒粉；

四、向步驟三得到的模具中的鋪展好的粉體施加120～160MPa的壓力，并保壓30～60min，得壓實(shí)的粉體混合物；

五、經(jīng)步驟四處理后，將模具密封后在170～200MPa的壓力下進(jìn)行冷等靜壓處理，保壓時(shí)間為20～60min，然后退模得坯料；

六、將步驟五得到的坯料放入真空爐內(nèi)進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)工藝如下：首先在800～810℃溫度下保溫10～30min，然后升溫至980～990℃溫度下保溫4～6h，再升溫至1000～1040℃溫度下保溫2～4h，隨爐冷卻，得鎳鈦泡沫合金；

七、將步驟六的鎳鈦泡沫合金在950～1020℃溫度下保溫24～72h，然后將鎳鈦泡沫合金在水中快速降溫，得到雙重孔隙結(jié)構(gòu)的鎳鈦泡沫合金，完成雙重孔隙結(jié)構(gòu)的鎳鈦泡沫合金的制備方法。