医用多孔Ti-10Mo合金的制备及力学性能

以元素粉末为原料添加造孔剂碳酸氢铵,采用粉末冶金模压烧结技术制备了多孔Ti-10Mo合金,探讨了烧结工艺与造孔剂含量对合金组织、孔隙特征和力学性能的影响规律。结果表明,在1300℃烧结可制备出具有典型魏氏体组织、孔隙分布均匀的多孔Ti-10Mo合金材料;随着造孔剂含量增加,合金孔隙率增加,孔径变大孔壁变薄,当造孔剂含量达到50%,孔隙结构互相贯通,孔径尺寸大幅增加;添加50%~60%造孔剂,制备Ti-10Mo合金孔隙率为62.8%~66.9%,平均孔径尺寸为485.6~545.9μm,其弹性模量为2.9~1.3 GPa,抗压屈服强度为129.2~56.1 MPa。     

尿素作为造孔剂制备泡沫钛的结构和力学性能

采用针状尿素作为造孔剂,在造孔剂含量介于60%~80%的情况下进行了泡沫钛的制备。通过造孔剂技术成功地制备出孔隙率介于50.2%~71.4%的泡沫钛。扫描电镜结果表明,孔的连通程度随着造孔剂含量的增加而增加,当造孔剂含量超过70%时形成开孔泡沫钛。力学性能测试结果表明,力学性能随着孔隙率的增加而减小,试样的屈服强度、抗压强度和杨氏模量分别介于34.4~146.8 MPa、40.6~193.2 MPa和0.5~3.3 GPa。孔隙率为50.2%和71.4%的泡沫钛的杨氏模量分别匹配于皮质骨和松质骨的模量,理论上可作为潜在的骨替代材料。     

生物医用多孔钛的力学性能及孔结构变形行为（英文）

多孔钛材料因其优良的综合性能被视为最有潜力的生物医用材料之一。考虑到生物材料在使用过程中必然受到力的作用,重点研究了多孔钛的力学性能及其孔结构变形行为。采用添加造孔剂的粉末烧结方法制备孔隙率为36%~66%、平均孔径为230μm的多孔钛。采用扫描电镜观察孔结构形貌,通过室温压缩测试检测力学性能。多孔钛的弹性模量和抗压强度分别为1.86~14.7 GPa和85.16~461.94 MPa,具力学性能与人骨的力学性能相近。建立了多孔钛的相对屈服强度和相对密度间关系,结果表明相对密度是影响多孔钛力学性能和变形的主要因素。对于低相对密度的多孔钛而言,其变形方式为孔壁的屈服、弯曲和屈曲;而对于高相对密度的多孔钛,其变形方式主要为孔壁的屈服和弯曲。     

不同孔径分布多孔钛的力学性能

从生物学角度出发设计并制备2种不同孔径分布的多孔钛,并研究其力学性能。采用造孔剂烧结方法制备孔隙率为36%~63%的多孔钛,通过室温压缩测试其力学性能。多孔钛的弹性模量和抗压强度分别在2.662~18 GPa和94.05~468.57 MPa范围内,且都随着孔隙率的增加而降低。抗压强度和孔隙率的关系曲线呈现完全的线性特征,表明抗压强度主要受孔隙率的影响,几乎不受孔径的影响。Gibson-Ashby力学关系分析结果显示：常数项C值的差异说明孔径分布对多孔钛的屈服强度有一定的影响;密度指数n值均大于临界值3,表明这2种不同孔径的多孔钛的变形方式相同,为孔壁的屈曲作用。     

造孔剂法制备多孔钴基生物材料及性能

以NH4HCO3为造孔剂,采用粉末冶金烧结工艺制备出多孔钴基生物材料。并借助XRD、金相显微镜、扫描电镜和力学试验机对多孔钴的微观结构、形貌和性能进行了检测与分析。结果表明,多孔钴的孔隙特征受到NH4HCO3造孔剂粒度、形貌、含量和烧结温度的影响。在850℃烧结温度下,添加19%(质量分数)、270~380μm的NH4HCO3造孔剂,制备出的多孔钴性能最优,其相组成为单一的α-Co相,孔隙率为64.3%,密度3.18 g/cm3,孔径尺寸300~400μm,弹性模量为1.17 GPa,抗压强度60.9 MPa,与人体松质骨力学性能相匹配。     

注射成形制备多孔钛及其性能

以氯化钠作为造孔剂,利用金属注射成形(MIM)工艺制备多孔钛。研究烧结温度、造孔剂粒度和含量对多孔钛孔隙度、微观形貌和力学性能的影响。结果表明,随着烧结温度的升高,多孔钛的孔隙度逐渐下降而抗压强度和弹性模量逐渐升高;随着造孔剂粒度的减小,多孔钛的孔径也随之减小;随着造孔剂含量的增多,多孔钛的孔隙度逐渐增大;MIM多孔钛植入体的最佳烧结温度为1100～1200℃,NaCl的最优粒度为150～250μm。     

稀土LaF_3及烧结工艺对多孔Ti-Al合金材料性能的影响

以钛粉和铝粉为主要原料,碳酸氢铵作为造孔剂,利用粉末冶金法在真空烧结条件下制得多孔钛铝(Ti-Al)合金材料。研究了造孔剂含量、烧结温度、钛铝配比以及加入稀土氟化镧(LaF_3)含量对多孔Ti-Al材料孔隙率、力学性能及组织结构的影响,最终确定La F3的最佳含量,筛选出了最佳烧结方案。结果表明:钛铝配比为1:1,造孔剂含量为45wt%,烧结温度为850℃时,为最佳烧结方案,此时的多孔Ti-Al合金材料综合性能最优。添加少量的稀土LaF_3主要影响多孔Ti-Al合金的抗压屈服强度和弹性模量,添加0.3wt%的稀土LaF_3时得到的多孔Ti-Al合金材料的力学性能最好。     

采用TiH2粉末和造孔剂NH4HCO3烧结多孔钛（英文）

采用 TiH2和造孔剂 NH4HCO3混合粉末,利用粉末烧结法制备了多孔钛。研究表明,NH4HCO3的添加对于烧结的多孔钛的相组成几乎没有影响。多孔钛的孔隙度、平均孔隙尺寸、压缩强度和压缩弹性模量随 NH4HCO3添加量的增加而急剧下降。多孔钛可用添加不同量的造孔剂来调整孔隙结构和力学性能。独特的孔隙结构和适宜的力学性能满足多孔植入材料的基本要求。表明烧结的多孔钛是有前景的多孔植入候选材料。     

生物医用多孔Ti-6Mo合金选择性激光烧结的结构特征和力学行为

采用选择性激光烧结金属元素Ti、Mo和粘结剂的混合粉末,制备了多孔Ti-6Mo合金,并研究了其结构特征和力学性能。结果表明,多孔Ti-6Mo合金的孔隙结构与烧结工艺有关,随着烧结温度从1000℃升高到1200℃,孔隙由三维连通孔变为相互孤立孔,孔隙率从58%下降到24%,孔径从112μm减小到43μm;多孔Ti-6Mo合金在室温为片层组织,均由大量α相和少数β相构成,并伴有微量α析出物;压缩应力-应变曲线表现为弹性变形、塑性屈服和断裂区三阶段,随着孔隙率降低,弹性模量和屈服强度分别在2.07~11.9 GPa和31.4~152.8 MPa增大,且相对弹性模量和相对屈服强度和相对密度之间遵循幂律关系。多孔Ti-6Mo合金的孔隙特征和力学性能均可满足自然骨要求,是一种可行的医用材料。     

稀土LaF3增强型梯度结构多孔钛及其力学性能

采用粉末冶金法制备外层高孔隙率/内层低孔隙率的梯度结构多孔钛,以解决单层多孔钛孔隙率高强度低的问题。梯度双层多孔钛内层孔隙率约为30%,外层孔隙率可达65%以上,孔径范围在100~255μm之间,内/外层孔径和孔隙率呈梯度分布,其抗压强度和弹性模量分别为117.50~143.55MPa和1.95~3.08GPa。在梯度多孔钛外层添加稀土氟化镧进一步提高了其力学性能。当添加量为0.05%(质量分数)时,其抗压强度和弹性模量最高,可达到213.76MPa和3.38GPa。     

梯度孔隙率与大孔隙尺寸NiTi形状记忆合金的制备及其相变和超弹性行为

利用低温分解型造孔剂与梯级热等静压烧结和常规烧结的匹配工艺成功制备出了梯度孔隙率与大孔隙尺寸多孔NiTi形状记忆合金.多孔合金的孔隙率为30%-61%,孔隙平均尺寸可根据不同预处理工艺在50-500 μm之间变化,且具有较高的开孔率(最高可达85%).所制备的径向梯度孔隙率多孔NiTi合金具有良好的力学性能,线性超弹性应变大于4%;热分析和XRD分析表明,所制备的多孔合金呈现明显的马氏体转变和逆转变特征,相变特征温度随孔隙率的提高而降低.     

医用多孔NiTi合金的显微组织、力学性能及耐蚀性

采用气氛烧结法制备了生物医用多孔Ni Ti合金,考察了造孔剂碳酸氢铵含量对合金显微结构、抗弯强度、弹性模量和耐蚀性的影响。结果表明,多孔Ni Ti合金主要含有Ni Ti合金相及少量Ti2Ni和Ni3Ti杂质相组成,碳酸氢铵含量对合金的相组成无显著影响。随着碳酸氢铵含量的增加,多孔Ni Ti合金的孔隙率增加、孔径增大,而抗弯强度和弹性模量降低,在模拟体液Hank’s溶液中的耐蚀性变差。多孔Ni Ti合金孔隙率为36%~62%,孔径为50~300μm,抗弯强度为22~220 MPa,弹性模量为0.7~6 GPa,这些参数均与人体骨组织极为接近,说明此多孔Ni Ti合金是非常有前途承重硬组织替代材料。     

多孔蒙乃尔合金的制备及其结构特性

为了制备蒙乃尔合金多孔材料,本文以蒙乃尔粉为原料,以K2CO3为造孔剂,采用烧结-溶解法制备了不同孔隙率的蒙乃尔合金多孔试样。研究了造孔剂体积分数、压坯压力和烧结温度对试样孔隙率、孔径和透气度的影响。实验结果表明,当造孔剂的体积分数在20%~ 40%之间时,制备的样品孔隙率为31%~46%。当压坯压力在200~400MPa范围时,随压力的增大试样的孔隙率、孔径和透气度均减小;当烧结温度在850~1000℃范围时,随烧结温度升高,孔径和透气度先增大后缓慢降低,在950℃达到峰值。当造孔剂体积分数为30%,压制压力为200MPa,烧结温度950℃时,所制备的蒙乃尔多孔材料孔隙率为37%,最大孔径为21.5μm,透气度为76.77 m3/(h?kPa?m2)。     

烧结工艺对添加造孔剂制备多孔钛性能的影响（英文）

采用粉末冶金法在不同烧结条件下添加聚甲基丙烯酸甲酯造孔剂制备临床骨科用多孔钛,并研究其形态特征及力学性能。研究表明:烧结温度的升高及时间的延迟导致多孔钛孔壁晶粒尺寸的增大和孔隙尺寸的减小,从而提高多孔钛的拉伸强度和弹性模量。与多孔钛相比,未添加造孔剂烧结钛制品的显微组织及力学性能更加依赖烧结温度及时间。这些机制的相对贡献亦受原始粉末结构及氧含量的影响。     

多孔钛的制备及力学性能研究

以NaCl作为造孔剂,采用粉末冶金法成功制备多孔钛。研究了烧结温度和NaCl添加量对多孔钛的孔隙率、物相结构、孔隙微观形貌及力学性能的影响。结果表明,制备出的多孔钛由α-Ti组成且无残留的NaCl存在;随NaCl添加量的增加,样品的孔隙率显著提高。随着烧结温度的升高,孔隙率变化规律不明显,而钛晶粒则逐渐变大。多孔钛的压缩屈服强度随NaCl添加量的增加而明显降低,而随烧结温度的升高先增加后降低。     

CaCl2作为造孔剂制备泡沫青铜的结构和力学性能

以青铜粉为原料、CaCl_2为造孔剂,采用粉末烧结溶解法制备开孔泡沫青铜。通过改变造孔剂体积分数和粒径成功制备出孔隙率为70%~90%,孔径1~3mm的泡沫青铜试样。研究了孔隙率和造孔剂的关系以及孔隙率、孔径对泡沫试样力学性能的影响,并对其孔结构,相组成和微观形貌进行观察和分析。结果表明:泡沫青铜试样的塑性屈服平台应力随孔隙率增加而减小,当孔隙率为77%~89%时,对应塑性屈服平台应力为12.6~2.6MPa。当应变量为50%时,孔隙率为77%~89%的泡沫青铜单位体积能量吸收值(W)范围为6.21~0.91MJ/m~3。试样的理想吸能效率(I)都接近0.82,说明泡沫青铜可以作为一种理想的吸能材料。     

表面改性多孔钛植入体孔径和孔隙率对骨长入的影响（英文）

研究表面改性多孔钛种植体孔隙率和孔径对骨整合的影响。用粉末注射成形技术制备3种多孔钛植入体(A30,A40和A50,造孔剂NaCl的体积分数分别为30%,40%和50%)。将改性后的多孔植入体分别植入狗的背部肌肉和股骨内28、56和84 d后,检测多孔钛植入体与宿主骨之间界面成骨活性和骨组织长入孔隙内的情况。结果表明,喂料中造孔剂NaCl的添加量从30%增至50%(体积分数),多孔钛的总孔隙率从42.4%增至62.0%,大孔径(50μm)多孔钛的质量分数从8.3%增至69.3%。组织学和荧光标记结果显示,A50植入体在28 d时骨界面的成骨活性明显高于其他组,在84d时A30植入体骨长入的量低于其他组。因此,A50植入体的孔结构适合新骨组织长入多孔植入体。     

造孔剂法制备新型多孔Ti-Nb-Ta-Mo-Zr合金

以尿素、碳酸氢铵和硬脂酸三种不同的材料作为造孔剂,采用粉末冶金法制备出多孔Ti-Nb-Ta-Mo-Zr合金。比较了相同质量分数不同造孔剂对多孔钛合金的显微形貌、孔隙率、抗压强度和弹性模量的影响。结果表明,加入碳酸氢铵的多孔材料孔隙率为34.38%,大部分孔洞直径小于100μm,平均直径为60~80μm,出现超大孔洞的情况较少;且添加碳酸氢铵的多孔材料成孔均匀,孔洞大多为圆形或近圆形,其抗压强度为130.75MPa,弹性模量为9.562 GPa,与人体骨骼的弹性模量相近。因此确定碳酸氢铵作为多孔Ti-2.1Nb-0.9Ta-14Mo-7Zr合金的造孔剂。     

放电等离子烧结制备医用多孔锌镁合金的孔隙特征和力学行为（英文）

采用放电等离子烧结技术制备多孔Zn-Mg合金,探讨了Mg含量对多孔合金孔隙特征和力学性能的影响,并分析了多孔Zn-Mg合金的断裂失效机制。结果表明,在造孔剂(NaCl)体积分数固定前提下当Mg含量从5%增加至15%(质量分数),由于在去除造孔剂的过程中去合金化作用,孔隙率从40.3%提升至54.3%,表面开孔直径从289μm增加到384μm。力学测试结果表明,多孔Zn-Mg合金为一种弹脆性多孔材料;3种组分中多孔Zn-10Mg合金力学性能最好,其强度与弹性模量均能满足作为承受低载荷松质骨的需求。     

放电等离子烧结制备医用多孔锌镁合金的孔隙特征和力学行为

采用放电等离子烧结技术制备多孔Zn-Mg合金探讨了Mg含量对多孔合金孔隙特征和力学性能的影响,并分析了多孔Zn-Mg合金的断裂失效机制。结果表明,在造孔剂 (NaCl) 体积分数固定前提下当Mg含量从5 wt.%增加至15 wt.%,由于在去除造孔剂的过程中去合金化作用,孔隙率从40.3 %提升至54.3 %,表面开孔直径从289 μm增加到384 μm。力学测试结果表明,多孔Zn-Mg合金为一种弹脆性多孔材料;三种组分中多孔Zn-10Mg合金力学性能最好,其强度与弹性模量均能满足作为承受低载荷松质骨的需求。