[發(fā)明專利]一種提高高孔隙率層狀多孔鈦及鈦合金強度的方法在審
| 申請?zhí)枺?/td> | 202011272103.5 | 申請日： | 2020-11-13 |
| 公開（公告）號： | CN112517910A | 公開（公告）日： | 2021-03-19 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 李福平;趙康;黨薇;賈濤;湯玉斐 | 申請（專利權(quán)）人： | 西安理工大學(xué) |
| 主分類號： | B22F3/11 | 分類號： | B22F3/11;B22F1/00;C22C47/14;C22C49/11;C22C49/14;C22C101/14;C22C101/04;C22C101/02;C22C101/10 |
| 代理公司： | 西安弘理專利事務(wù)所 61214 | 代理人： | 王丹 |
| 地址： | 710048 陜*** | 國省代碼： | 陜西;61 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 一種 提高 孔隙率 層狀 多孔 鈦合金 強度 方法 | ||
本發(fā)明公開了一種提高高孔隙率層狀多孔鈦及鈦合金強度的方法，具體包括如下步驟：步驟1，配制漿料；步驟2，將步驟1所得的漿料進行球磨處理；步驟3，對步驟2所得的漿料進行冷凍處理，獲得圓柱狀復(fù)合凍結(jié)體Fn；步驟4，將步驟3得到的圓柱狀復(fù)合凍結(jié)體Fn在真空環(huán)境下冷凍干燥，使圓柱狀復(fù)合凍結(jié)體Fn中的溶劑結(jié)晶體升華，得到多孔坯體；步驟5，將步驟4得到的多孔坯體進行真空燒結(jié)，即得無機纖維增強層狀鈦合金多孔材料。本發(fā)明解決了現(xiàn)有方法制備的高孔隙率層狀鈦合金抗壓強度低的問題。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于材料制備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種提高高孔隙率層狀多孔鈦及鈦合金強度的方法。
背景技術(shù)
鈦及鈦合金由于具有低密度，高強度，優(yōu)異的耐腐蝕性和良好的生物相容性被廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)用領(lǐng)域。然而，鈦合金與骨之間楊氏模量的不匹配對其應(yīng)用提出了問題。例如TC4鈦合金的楊氏模量約為110GPa，遠高于骨的楊氏模量(40GPa)。模量的巨大差異將導(dǎo)致“應(yīng)力屏蔽”效應(yīng)，進一步引起骨吸收和植入體松動。由于人體松質(zhì)骨的孔結(jié)構(gòu)多為層狀結(jié)構(gòu)，Torres Y等人發(fā)表在《Materials and Design》2014年第63卷316-324頁的論文《Designing,processing and characterization of titanium cylinders with gradedporosity:An alternative to stress-shielding solutions》研究表明，將鈦及鈦合金進行多孔化處理，其產(chǎn)生的孔結(jié)構(gòu)有利于通過降低模量來降低“應(yīng)力屏蔽”效應(yīng)。因此，多孔化成為降低鈦合金楊氏模量的有效途徑。
冷凍干燥是制備高孔隙率層狀多孔材料的常用方法，這種方法制備出的孔結(jié)構(gòu)與自然骨的孔結(jié)構(gòu)較為相似。冷凍干燥法的原理為將液體懸浮漿料(水基和非水基)進行冷凍，使?jié){料中的溶劑轉(zhuǎn)變?yōu)樘厥庑螒B(tài)的“冰晶”，并將固體粉末顆粒排擠到晶間位置，隨后在真空下將溶劑從固態(tài)升華到氣態(tài)排出，以去除凝固相溶劑，得到疏松的多孔材料的預(yù)制體，最后將預(yù)制體進行致密化燒結(jié)，從而制備出多孔材料。國內(nèi)外人員采用冷凍干燥法制備出了高孔隙率層狀多孔鈦及鈦合金，但其強度遠低于皮質(zhì)骨的壓縮強度(約200MPa)。已發(fā)表的文獻：Yan等發(fā)表的論文《Pore structures and mechanical properties of poroustitanium scaffolds by bidirectional freeze casting》，選自《Materials Scienceand Engineering C》2017年第75卷335-340頁，采用雙向冷凍干燥制備了孔隙率為67％的層狀多孔鈦，壓縮強度為58MPa。Weaver等發(fā)表的論文《Structure-processingcorrelations and mechanical properties in freeze-cast Ti-6Al-4V with highlyaligned porosity and a lightweight Ti-6Al-4V-PMMA composite with excellentenergy absorption capability》，選自《Acta Materialia》2017年第132卷182-192頁，采用冷凍定向冷凍干燥法制備了多孔Ti6Al4V合金，力學(xué)性能測試結(jié)果表明孔隙率為64％時，準(zhǔn)靜態(tài)壓縮強度為83MPa。雖然制備出了高孔隙率的層狀多孔鈦及鈦合金，但其壓縮強度均低于皮質(zhì)骨的強度。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種提高高孔隙率層狀多孔鈦及鈦合金強度的方法，解決了現(xiàn)有方法制備的高孔隙率層狀鈦合金抗壓強度低的問題。
本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種提高高孔隙率層狀多孔鈦及鈦合金強度的方法，具體包括如下步驟：
步驟1，配制漿料；
步驟2，將步驟1所得的漿料進行球磨處理；
步驟3，對步驟2所得的漿料進行冷凍處理，獲得圓柱狀復(fù)合凍結(jié)體；
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