[發(fā)明專利]一種含α+α′相的β相Ti2448生物醫(yī)用合金單晶的制法及單晶

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010112121.0
• 申請日: 2020-02-24
• 公開（公告）號: CN111286786B
• 公開（公告）日: 2021-01-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄧羅曦;楊燕;張統(tǒng)一;曹世勛
• 申請（專利權(quán)）人: 上海大學(xué)
• 主分類號: C30B29/52
• 分類號: C30B29/52;C30B13/00;A61L27/06
• 代理公司: 廣州高炬知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44376
• 代理人: 伍丹峰

本發(fā)明公開了一種含α+α′相的β相Ti2448生物醫(yī)用合金單晶的制法及單晶，包括S1用靜水壓法將配制的合金粉壓制成料棒，再將料棒燒結(jié)成多晶棒；S2在超高溫光學(xué)浮區(qū)爐的上、下端各固定一多晶棒，兩棒的另端在加溫區(qū)內(nèi)靠近；密封爐后同向或反向同時旋轉(zhuǎn)兩棒，并快速升溫使兩端點(diǎn)熔融，控制旋轉(zhuǎn)速度穩(wěn)定熔融，對接形成穩(wěn)定熔區(qū)；之后移動加溫區(qū)進(jìn)行晶體生長，結(jié)束后斷電自然冷卻至室溫，取出Ti2448單晶棒。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明晶體生長過程簡單，可重復(fù)性強(qiáng)，利用光學(xué)浮區(qū)法生長而得的單晶無宏觀缺陷、直徑為厘米級，Ti2448生物醫(yī)用合金單晶材料的強(qiáng)度和塑性大幅提高且保持了較低的彈性模量。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及生物醫(yī)用合金材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種含α+α′相的β相Ti2448生物醫(yī)用合金單晶的制法及單晶。

背景技術(shù)

光學(xué)浮區(qū)法是近年來得到迅速發(fā)展的一種單晶體生長方法，其應(yīng)用范圍也越來越廣泛，光學(xué)浮區(qū)法為生長多體系、高熔點(diǎn)、合成難的單晶體提供了一種新的研究方法和途徑。光學(xué)浮區(qū)法具有無需坩堝、無污染、生長速度快、便于控制組分等優(yōu)點(diǎn)，在一些難于生長或者易污染晶體的生長方面顯示出特殊的優(yōu)越性，另外，光學(xué)浮區(qū)法應(yīng)用面廣，可用于氧化物、半導(dǎo)體、合金、金屬間化合物等多種材料。因此，我們應(yīng)充分發(fā)揮光學(xué)浮區(qū)法晶體生長速度快、限制條件少、組分均勻的優(yōu)點(diǎn)，在科研探索中加以推廣應(yīng)用。

鈦合金因其密度小、比強(qiáng)度高、耐腐蝕性好、功能多樣化而被廣泛應(yīng)用于航空航天、化工冶金、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。為獲得機(jī)械性能接近人體硬組織(骨、關(guān)節(jié)等)的醫(yī)用鈦合金，材料工作者進(jìn)行了大量研究，其中，Ti2448(Ti-24Nb-4Zr-Sn,wt％)由于其良好的生物相容性、抗腐蝕性、超彈性以及低模量、高強(qiáng)度等優(yōu)異性能，在人體骨骼修復(fù)領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。目前在實(shí)驗(yàn)室制備的Ti2448主要以傳統(tǒng)熔鑄或燒結(jié)方法獲得的β相多晶、β+α相多晶為主，曾有相關(guān)研究小組制備出純β相單晶，強(qiáng)度和塑性均無較大突破，并且由于α相的生成較難控制等原因，尚未有利用光學(xué)浮區(qū)爐生長出鑲嵌α相與α′相的β相Ti2448單晶的研究報道。而實(shí)驗(yàn)室制備的純β相單晶由于晶粒取向等原因，強(qiáng)度和塑性都受到限制，同時生長所需下棒通常要先切出單晶作為籽晶，步驟較繁瑣，難以大范圍推廣。

有鑒于此，確有必要開發(fā)含α+α′相的β相Ti2448生物醫(yī)用合金單晶的制法及單晶，利用光學(xué)浮區(qū)法生長得到具有無宏觀缺陷、尺寸大、強(qiáng)度和塑性高且保持有較低彈性模量等優(yōu)點(diǎn)的醫(yī)用合金單晶。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于，針對現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提供一種含α+α′相的β相Ti2448生物醫(yī)用合金單晶的制法及單晶，晶體生長過程簡單，可重復(fù)性強(qiáng)，利用光學(xué)浮區(qū)法生長而得的單晶無宏觀缺陷、直徑為厘米級，顯著提高了Ti2448生物醫(yī)用合金單晶材料的強(qiáng)度和塑性。

本發(fā)明為達(dá)到上述目的所采用的技術(shù)方案是：

一種含α+α′相的β相Ti2448生物醫(yī)用合金單晶的制法，包括以下步驟：

S1：用靜水壓法將配制的合金粉壓制成料棒，再將料棒燒結(jié)成多晶棒；

S2：在超高溫光學(xué)浮區(qū)爐的上、下端各固定一多晶棒，兩棒的另端在加溫區(qū)內(nèi)靠近；密封爐后同向或反向同時旋轉(zhuǎn)兩棒，并快速升溫使兩端點(diǎn)熔融，控制旋轉(zhuǎn)速度穩(wěn)定熔融，對接形成穩(wěn)定熔區(qū)；之后移動加溫區(qū)進(jìn)行晶體生長，結(jié)束后斷電自然冷卻至室溫，取出Ti2448單晶棒。

優(yōu)選地，所述的料棒是將單質(zhì)混料球磨混合、干燥后靜水壓壓制形成的料棒，單質(zhì)混料包括如下重量百分?jǐn)?shù)的組分：Ti 64wt％、Nb 24wt％、Zr 4wt％、Sn 8wt％。

優(yōu)選地，其特征在于，所述的Ti、Nb、Zr、Sn四種單質(zhì)粉末的純度均為99.97％、粒徑為≤45μm。

優(yōu)選地，所述的料棒混料球磨是設(shè)置球料比8-11：1、轉(zhuǎn)速300r/min浸入酒精中濕法球磨18-24小時；干燥時間為10-14小時、烘干溫度為40-60℃。