镁做造孔剂制备多孔钛的基础研究

摘要

多孔钛综合了金属钛与泡沫金属的特性，是一种新型的结构、功能材料。由于其优异的机械性能、耐腐蚀性、生物相容性及特有的多孔结构特性，使多孔钛在生物医学、药品生产以及食品生产上有广泛的应用。从目前的发展状况来看，对多孔钛的研究广泛集中于对其生物医用领域，许多应用仍然停留在实验阶段，离工业化应用还有一段距离。因此，对多孔钛的制备过程进行系统的研究对其将来的发展和应用起着非常重要的作用。 采用镁颗粒占位法制备多孔钛，成功制备出了孔隙率在35％-75％之间，开孔率达到95％，抗压强度和弹性模量达到126MPa和1.18GPa的多孔钛。通过对不同工艺参数进行研究，结果表明: 1、预制坯的压制成型过程中，选择对基体无污染、可挥发的无水乙醇作为成形剂，能够提高混料的均匀性和促进预制坯的成形，通过添加塑性较好的镁粉能够有效地提高预制坯的成形性，当镁粉体积分数由30vol％提高到80vol％时，多孔钛预制坯的相对密度从82％增加到98％。 2、通过研究真空度与蒸馏温度的关系，结合原子发射光谱(ICP-MS)分析了造孔剂金属镁的残留量，通过XRD分析了蒸馏样品的物相组成，得出多孔钛在蒸馏温度为750℃蒸馏20min，金属镁能够迅速挥发除去。研究了不同烧结气氛对多孔钛的影响，发现在连续真空下烧结相比在氩气气氛中烧结的多孔钛的被氧化程度较低。 3、采用连续真空烧结，随着烧结温度的增加(1050℃-1250℃)，多孔钛的孔隙率从76.2％减小为61.3％，开孔率从99.3％减小为89.5％。多孔钛线收缩率增大，抗压强度和弹性模量均增大。烧结温度为1150℃，烧结时间增加(120min-300min)，孔隙率由63.7％减小为55.1％，开孔率由95.6％减小为94.6％，线收缩率增加，抗压强度和弹性模量增大。 4、多孔钛的孔隙率随着镁粉和镁颗粒的体积分数增加而变大，镁颗粒对多孔钛的孔隙率影响较大，成型压力对多孔钛的孔隙率影响不大。多孔钛的线收缩率随着镁粉的添加量和压制压力增加而变大，镁颗粒对多孔钛的线收缩率影响不大。镁粉和镁颗粒的增加都会导致多孔钛抗压强度和弹性模量的降低，通过调整造孔剂镁粉和镁颗粒的体积分数，使多孔钛的孔隙率为35％～75％，抗压强度和弹性模量达到126MPa和1.18GPa。

目录

声明

摘要

1．1前言

1．2多孔钛的特性及用途

1．2．1多孔钛的特性

1．2．2多孔钛的应用

1．3国内外多孔钛的制备方法及存在问题

1．3．1多孔钛的制备方法

1．3．2多孔钛研究中存在的问题

1．4本文研究的内容及意义

1．4．1本文研究的内容

1．4．2本文研究的意义

第2章实验原理和设备

2．1实验的基本工艺路线

2．2实验原料及工艺参数的选取

2．2．1实验原料的选取

2．2．2工艺参数的选取

2．3多孔钛的分析、检测方法

2．3．1密度测量

2．3．2孔隙率的计算

2．3．3组织、成分和结构检测

2．3．4烧结线收缩率

2．3．5力学性能检测

第3章多孔钛制备工艺过程及优化

3．1多孔钛制备工艺的初步探索

3．2混料工艺选择

3．3样品的压制过程研究

3．3．1原料的微观分析及粒度分布

3．3．2预制坯成型性探究

3．2．3预制坯内部的微观分析

3．4镁真空蒸馏

3．4．1真空蒸馏回收镁理论

3．4．2蒸馏温度和时间对预制坯中镁的残余量及物相的影响

3．5烧结工艺对多孔钛结构的影响

3．5．1烧结机理

3．5．2烧结工艺的选择

3．5．3烧结气氛对样品的物相影响

3．5本章小结

第4章工艺参数对多孔钛结构和力学性能的影响

4．1．1烧结温度对多孔钛结构及力学性能的影响

4．1．2烧结时间对多孔钛结构及力学性能的影响

4．1．3烧结气氛对多孔结构及力学性能的影响

4．2造孔剂对多孔钛结构及力学性能的影响

4．2．1镁粉对多孔钛结构及力学性能的影响

4．2．2镁颗粒对多孔钛结构及力学性能的影响

4．3成型压力对多孔钛结构及力学性能的影响

4．4本章小结

第5章结论

参考文献

致谢