凝胶注模制备多孔Ni-Ti合金的研究

多孔Ni-Ti合金由于其优异的形状记忆性能而广泛应用于医用植入材料领域。本文以TiH2粉及雾化Ni粉为原料,采用凝胶注模成型技术,制备出Ni-Ti凝胶生坯,通过后续真空干燥、脱脂以及烧结工艺成功制备出性能优异的医用植入多孔Ni-Ti合金。运用XRD、SEM对多孔Ni-Ti合金进行了成分及微观结构表征,分析了不同烧结温度对于多孔Ni-Ti合金孔隙率、机械性能、组织成分及微观形貌的影响。结果表明,随着烧结温度的增加,孔隙率降低,抗压强度和杨氏模量增加。对固相体积分数为45vol. %的生坯在1050 ℃条件下高真空烧结保温2h,制备出孔隙率为42.65%,抗压强度为202.65 MPa,杨氏模量为17.14 GPa,主相为NiTi相的多孔Ni-Ti合金,基本满足人体骨性能需要。     

凝胶注模多孔NiTi合金的固化工艺及动力学研究

以氢化脱氢钛粉和雾化镍粉为原始粉末,单体甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)和交联剂1,6-己二醇二丙烯酸酯(HDDA)组成凝胶体系,采用凝胶注模法制备多孔NiTi合金。研究了引发剂(过氧化苯甲酸叔丁酯,TBPB)、催化剂(N,N-二甲基苯胺,DMA)、固化温度及固相体积分数对固化过程的影响。结果表明：随着引发剂及催化剂加入量的增加,固化时间降低,最佳的催化剂用量(质量分数)为1.5%,引发剂用量(质量分数)为2%;固化反应随着固化温度及固相体积分数的增加而加快;根据DSC测试结果,计算得到HEMA-HDDA-TBPB-DMA凝胶体系的固化反应表观活化能为60.15 kJ·mol^-1,反应级数为0.91。在最佳固化工艺条件下,利用固相体积分数为45%的NiTi浆料制备了孔隙率为43.87%、抗压强度为104 MPa,且具有三维连通双级孔隙结构的多孔NiTi合金。     

凝胶注模成型制备微多孔氮化硅陶瓷

采用凝胶注模法,在无其它添加剂的条件下,通过提高单体含量,成功制备出高性能微多孔氮化硅陶瓷,陶瓷抗弯强度高达137 MPa以上,气孔率高达50%以上,孔中径小于1 μm.结果表明:随着有机单体含量的增加,氮化硅微多孔陶瓷气孔率单调增加;随着固含量的增大,氮化硅微多孔陶瓷气孔率单调下降,抗弯强度先上升然后又下降,固含量有一优化值,此时陶瓷体抗弯强度最大;随着烧结温度的增加,氮化硅陶瓷强度单调增加,而气孔率单调下降.     

凝胶注模成型多孔氮化硅陶瓷

凝胶注模成型最初用来制备致密材料，本文则利用该方法来制备多孔氮化硅陶瓷。通过测试粉体的Zeta电位曲线以及加入分散剂（聚丙烯酸铵）时浆料的流变曲线，探讨了浆料的胶体特性和流变特性。分析了影响制品气孔率的几个因素。结果表明：粉体的等电点在pH为6附近，Zeta电位最大值在pH为10处。分散剂的加入使浆料的流体类型逐渐接近于牛顿流体。增加分散剂的含量和降低浆料的固含量可以提高制品的气孔率。     

多孔FeAl非水基凝胶注模成形的可控固化

以铁粉及铝粉为原料,借助旋转粘度计研究了其非水基凝胶体系浆料的固化行为,以获得高质量的坯体。结果表明：引发剂用量、单体体积分数的增加以及固化反应温度的升高会使诱导期与反应期缩短;催化剂用量增加可以显著缩短诱导期时长,但对反应期的影响较小;与此相反,减小单体与交联剂体积比可以缩短反应期,但不改变诱导期的长短。结合浆料稳定性数据,通过调控引发剂及催化剂用量、固化反应温度、单体浓度和单体与交联剂体积比等影响因素,可以控制诱导时间在71~748 s、固化时间在154~714 s之间,从而实现不同尺寸要求和复杂程度产品的可控注模及固化。通过凝胶注模制备的多孔FeAl材料及制品孔隙结构均匀、开孔隙率为57.6 %、孔径小于10 μm、抗压强度可达40.7 MPa,满足烟气分离的需要。     

造孔剂添加量对凝胶注模成型工艺制备8YSZ多孔陶瓷性能的影响

采用叔丁醇基凝胶注模成型工艺结合添加造孔剂法制备了高固相含量的YSZ多孔陶瓷。研究了固相含量为50%(体积分数)时,不同造孔剂添加量对烧结8YSZ多孔陶瓷的孔径及其分布、气孔率、抗弯强度以及热导率的影响。研究结果显示:8YSZ多孔陶瓷的气孔分布均匀,孔径在10μm左右,孔壁致密;气孔率在22.9%～39.8%之间,且随着造孔剂添加量的增加而增加;抗弯强度随着造孔剂添加量的增加而减小,最高可达(85.24±2.31)MPa;热导率在0.735～1.108W/m·K之间,且随着造孔剂添加量的增加而降低。上述结果表明,凝胶注模工艺中同时添加造孔剂不仅可以实现高固相含量多孔陶瓷的制备,而且可以同时实现孔结构可控,最终得到兼具有高强度、高气孔率和低热导率的8YSZ多孔陶瓷。     

凝胶注模法制备微多孔氮化硅陶瓷及性能（英文）

通过提高凝胶注模工艺中有机单体含量,制备孔中径约为0.6008μm的微多孔氮化硅陶瓷。研究单体含量、烧结温度和固含量对微多孔Si3N4瓷烧结体性能的影响,并获得了高气孔率、高强度的多孔氮化硅陶瓷。结果表明,随单体含量的增加(25%~55%),多孔氮化硅的气孔率增加(51.2%~61.6%),强度为234.2~54.5 MPa;烧结温度对孔Si_3N_4陶瓷的气孔率和比表面积有一定的影响:通过降低高气孔率多孔Si_3N_4陶瓷的孔尺寸可改善多孔Si_3N_4陶瓷的强度。     

凝胶注模成形制备TiAl合金实验研究

将凝胶注模成形技术应用于制备钛铝合金中,分别以氢化钛粉和铝粉、钛粉和铝粉为原料,经过低温烧结制成TiAl合金粉,经凝胶注模成形后通过脱胶和高温无压烧结制备了TiAl合金制件。结果表明:钛、铝粉在500℃保温2 h,再在600℃保温3 h得到TiAl合金粉,氢化钛、铝粉在750℃保温3 h得到TiAl合金粉;烧结工艺分别为1450℃保温2 h和1400℃保温2 h,可以得到致密度不同的制件,它们的致密度分别为91%和96.75%。     

凝胶注模法制备SiCp/Al复合材料基础工艺研究

提出用凝胶注模法制备超细碳化硅颗粒增强铝基复合材料新工艺,并对其基础工艺:Al-SiC复合浆料的沉降现象和凝胶固化时间进行了研究.结果表明,当pH值为9,分散剂PVP加入量质量分数为2％,可制备出固相体积分数为50％、分散均匀的复合浆料;随成型温度的升高,复合浆料的固化时间逐渐缩短;随着引发剂尤其是催化剂加入量的增加,复合浆料的固化时间明显缩短.     

工艺参数对Mo/Cu粉末凝胶注模成形的影响

本文采用甲基丙烯酸羟乙酯（HEMA）-1,6-己二醇二丙烯酸酯非水基凝胶注模体系制备了浓Mo/Cu粉末浆料。研究了分散剂用量、单体含量和固相体积分数对浆料流变行为的影响。并研究了单体含量、单体/交联剂比例、引发剂用量、温度等工艺参数对固化行为和坯体抗弯强度的影响。结果表明,固相体积分数对浆料就变行为的影响最大,其次是引发剂用量和单体含量。随着单体含量的增加和单体/交联剂比例的减小,坯体抗弯强度增加;引发剂用量对坯体抗弯强度的影响较小。根据上述结果,Mo/Cu粉末非水基凝胶注模的合理工艺参数如下：HEMA含量为25 vol.% ~ 30 vol.%, 单体/交联剂比例为10：1 ～ 15：1,引发剂用量为1.5 vol.% ~ 2.5 vol.%,固化温度在60℃与80℃之间。     

自蔓延高温合成钴-钛系多孔合金

采用自蔓延高温合成制备了Co-Ti多孔体新型人体骨、关节材料。以Ti粉和Co粉按原子比Ti∶Co=1∶1与Ti∶Co=2∶12种配比的原料,在10Pa负压条件下,500℃预热2min点燃进行自蔓延合成反应。对反应产物进行XRD分析和SEM观察及力学性能测试。结果表明,2种合成产物分别为单相CoTi和CoTi2。CoTi的结构和力学性能比CoTi2优越。其孔隙率为40.9%,抗压强度308MPa,抗折强度134MPa,弹性模量11.6GPa,与人体骨、关节具有很好的力学性能相容性。因此用SHS法制备的CoTi多孔合金有望作为一种新型人体植入材料获得开发应用。     

水基凝胶注Ti-6Al-4V合金坯体

将凝胶注模工艺应用于金属Ti6Al4V合金粉末的成形,研究了高固相含量的Ti6Al4V合金粉末的料浆的制备,比较了金属浆料与陶瓷浆料的不同。结果表明粉末的颗粒形状是影响浆料固相含量的重要因素,浆料的固相含量随分散剂的增加而增加。最后制备出了固相含量为54%(体积分数,下同)的钛合金粉末浆料和形状复杂的坯体。坯体的抗弯强度随气雾化(GA)Ti6Al4V含量增加先增大后减小,随着坯体的固相含量增大而减小。当GA-Ti6Al4V含量为80%,固相含量为50%时生坯抗弯强度最大,为18.5 MPa。     

多孔NiTi形状记忆合金的生物医学特性及其医用前景

讨论了多孔NiTi形状记忆合金的生物医学特性，尤其是其多孔性带来的诱导骨组织长入的特性，使植人物与人体骨组织的结合更加牢固可靠。阐述了多孔NiTi合金适于植入的力学性能，如形状记忆效应、高的抗压、抗弯强度和与骨组织接近的弹性模量，探讨了其在人体骨组织修复和替换方面的应用前景。     

选区激光熔化制备多孔结构Ti6Al4V合金的力学性能

采用Simufact Additive软件,通过正交实验的方法,对激光选区融化（SLM）制备多孔结构Ti6Al4V合金的最优化工艺路线进行了模拟。结果表明,激光功率200 W,扫描速度1200 mm/s,光斑直径0.1 mm,粉末厚度0.03 mm为最佳加工参数。根据优化参数通过SLM加工制造了不同孔隙结构的Ti6Al4V样件,通过扫描电镜观察发现,在该工艺下加工出的多孔结构具有较好的保真度。通过压缩实验,比较分析实心及不同孔隙结构的抗压强度及弹性模量,得出复合结构作为种植体的结构模型可以更好满足种植体的力学性能要求。     

稀土CeO2增强型多孔钛的制备与性能

孔隙率对多孔钛的成骨性能影响较大,高的孔隙率更有利于骨组织的长入。但随着孔隙率的升高,其力学性能必然会急剧下降。因此,如何在保证多孔钛高孔隙率的前提下提高其力学性能,成为当前势必解决的难题。本研究采用浆料发泡法,通过在钛粉中加入不同含量的氧化铈,制备出高孔隙率的多孔钛。结果表明,多孔钛孔隙呈三维网络状,孔隙率为71.6%～73.5%,孔径主要分布在100～700μm,且孔壁上分布着微米级的微孔。当氧化铈的加入量为0.2%(质量分数,下同)时,多孔钛表现出最优的生物力学相容性,其杨氏模量为2.08GPa,抗压强度为60.19MPa。     

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。     

泡沫金属力学性能研究的分析概述

泡沫金属有体积密度小、比表面积大等优点,还有一定的强度、延展性和可加工性,故可用作轻质结构和功能一体化材料。此外,泡沫金属作为结构材料通常要与致密壳层组成夹芯结构（三明治结构）来使用。此类材料及其夹芯结构在实际应用中经常会遇到拉压、弯曲、剪切和扭转等作用,所以其断裂破坏强度等力学性能问题的研究是一项富有现实意义的工作。本文概述了泡沫金属及其夹芯结构的力学性能研究状况,分析了研究工作中存在的一些不足,提出了一些可能的研究发展趋势。这些也许可以为材料和结构的优化设计提供一定的参考。     

6082铝合金MIG焊焊接接头组织与力学性能研究

通过拉伸、弯曲、硬度试验以及金相分析等对6082铝合金MIG焊接头的力学性能与显微组织进行了研究。结果表明:采用5087焊丝焊接6082铝合金时,具有较好的抗拉性能,板厚8和4mm的焊接接头焊态的抗拉强度分别为母材的77.8%和73%;弯曲断裂集中在熔合线处,弯曲角度均较小;6082铝合金MIG焊接头焊缝中心组织为等轴晶,靠熔合线的焊缝晶粒沿散热方向呈柱状晶,熔合区晶粒粗大;软化区出现过时效效应,使Mg2Si长大,成为接头最薄弱的区域。     

多孔Mg97Zn1Y2材料的力学性能与阻尼性能

多孔材料是一种新型轻质的结构-功能材料,具有较高的阻尼性能,同时兼具密度小、质量轻等特点,使其具有广阔的应用价值。基于此,选取含有长周期特殊结构相（LPSO相）的Mg97Zn1Y2为基体,以MgCO₃为发泡剂,SiC为增粘剂,通过熔体发泡法制备出镁基多孔材料,通过OM、SEM、TEM、XRD及DMA等技术手段,研究多孔Mg97Zn1Y2材料的力学性能、阻尼性能等。结果表明,多孔Mg97Zn1Y2材料主要由镁基体（α-Mg）、LPSO相和SiC相组成,当应变幅值较小时,多孔Mg97Zn1Y2复合材料的阻尼值明显优于Mg97Zn1Y2合金,随着孔隙率的增加,阻尼性能得到改善。孔隙率的增加降低了多孔Mg97Zn1Y2复合材料的抗压缩性能。此外,除了Mg97Zn1Y2合金本身的位错阻尼、界面阻尼和晶界阻尼之外,还有“气相”阻尼,共同影响着多孔Mg97Zn1Y2材料的阻尼性能。