[發明專利]一種多孔鈦及其制備方法

有效

• 申請號: 201410611464.6
• 申請日: 2014-11-04
• 公開（公告）號: CN104357700A
• 公開（公告）日: 2015-02-18
• 發明（設計）人: 羅洪杰;曹卓坤;張志剛;劉宜漢;張曉明;吳林麗;徐建榮;姚廣春
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: C22C1/08
• 分類號: C22C1/08;C22C14/00;A61L27/06;A61L27/56
• 代理公司: 沈陽東大知識產權代理有限公司 21109
• 代理人: 梁焱

技術領域

本發明屬于材料技術領域，特別涉及一種多孔鈦及其制備方法。

背景技術

多孔鈦是一種兼具結構和功能性特征的多孔材料，表現為質量輕、抗腐蝕耐疲勞、延展性良好，以及高比強度比剛度、吸能減震和具有滲透性能等，可在減震器和緩沖器中用作能量吸收材料，在過濾器中用作過濾元件或催化劑載體，在燃料電池中用作電極材料，在醫療領域用作人體植入材料等。但是，鈦的高熔點和高溫狀態下易與氧氣反應等特點使得制備多孔鈦存在一定的困難。目前多孔鈦的制備方法主要有粉末燒結法、沉積法、粉漿發泡法、自蔓延高溫合成法、凝膠鑄模成型法。其中：粉末直接燒結法制備的多孔鈦的孔隙受鈦粉顆粒尺寸、顆粒之間拱橋現象的影響，無法制備高孔隙率的多孔鈦；而混合粉末燒結法選用的成孔材料容易污染基體金屬，且不容易去除干凈；沉積法一般對設備要求較高，工藝操作比較復雜；料漿發泡法同樣存在成孔材料的去除問題，而自蔓延高溫合成法制備的多孔鈦的結構均勻性相對較差；凝膠鑄模成型法的主要問題在于工藝過程繁瑣，制備成本較高。因此，多孔鈦的制備方法一直處于不斷探索和完善之中。

CN101948964A公開了一種生物醫用多孔鈦及鈦合金材料的制備方法，該方法以100~400μm的鎂粉為造孔劑，將鎂粉與粒度≤50μm的鈦粉混合并壓制成一定形狀的生坯，然后在氬氣保護條件下將生坯在650~750℃之間保溫1~2小時以除去金屬鎂；再繼續升溫至1150~1250℃之間保溫3~7小時以燒結成多孔鈦；這種僅以鎂粉占位形成的孔隙不利于孔結構的調節，進而影響多孔鈦的滲透性能；而去除鎂粉過程中采用的方法容易在燒結體內形成氧化物，進而降低多孔鈦的延展性等力學性能。文獻《Processing?of?titanium?foams?using?magnesium?spacer?particles》、《Processing?of?porous?TiNi?alloys?using?magnesium?as?space?holder》和《Characterization?of?Ti–6Al–4V?alloy?foams?synthesized?by?space?holder?technique》公開了一種用鎂作為造孔劑制備多孔鈦、多孔鈦鎳合金和多孔鈦六鋁四釩合金的方法；其中制備多孔鈦的文獻中采用平均粒徑為74μm的鈦粉為原料，以粒度為425~600μm的鎂粉為造孔劑，制備過程包括將作為粘結劑的5%的聚乙烯醇加入到鈦粉和鎂粉之中并混合30分鐘，然后將混合物在500MPa下冷壓，最后在氬氣保護下加熱至1200℃燒結1小時；該方法由于使用聚乙烯醇水溶液為粘結劑，鎂粉易與水發生反應，且聚乙烯醇在燒結后其殘余物容易污染多孔鈦；同時，鎂粉、鈦粉在燒結過程中容易與氬氣中殘余的氧反應并生成氧化物，進而降低多孔鈦的力學性能；而且，采用文獻中去除鎂的方法，不利于鎂的回收。

發明內容

針對現有多孔鈦在制備技術上存在的上述問題，本發明提供一種多孔鈦及其制備方法，通過以鎂顆粒和鎂粉為造孔劑，以無水乙醇為粘結劑和分散劑，通過兩次混合及壓制獲得預制坯，然后真空蒸餾、燒結，制成雜質少、力學性能好、孔隙率高的多孔鈦。

本發明的多孔鈦為通孔骨架結構，骨架成分為金屬鈦，宏孔孔壁上分布著微孔，宏孔孔徑范圍為200~1000μm，微孔孔徑范圍為5~55μm，多孔鈦的孔隙率范圍為35~85%。

上述的多孔鈦的抗壓強度9~145MPa，彈性模量0.4~11.8GPa。

本發明的多孔鈦的制備方法為：

1、準備粒度為50~150μm的鈦粉、粒度為400~1000μm的鎂顆粒和粒度為20~60μm的鎂粉作為原料，鈦粉占全部原料總體積的20~70%，鎂顆粒占全部原料總體積的20~60%，鎂粉占全部原料總體積的10~20%；

2、將鎂粉和鈦粉采用混料機混合0.5~1.5小時，獲得一次混合粉料；

3、將鎂顆粒置于無水乙醇中充分濕潤，使無水乙醇包覆在鎂顆粒表面；將被潤濕的鎂顆粒取出，然后將一次混合粉料加入到被潤濕的鎂顆粒中，采用混料機混合0.5~1.5小時，獲得二次混合粉料；

4、將二次混合粉料采用單軸、雙軸或等靜壓的方式進行壓制，壓制壓力為300~500MPa，保壓時間為5~15分鐘，制成預制坯；

5、將預制坯真空蒸餾去除鎂粉和鎂顆粒；

6、將真空蒸餾后的預制坯在1100~1300℃和壓力1~1×10^-2Pa條件下進行真空燒結，時間為2~4小時，制成多孔鈦。