UHMWPE/HA复合关节材料的生物摩擦学研究

采用热压成型工艺制备了超高分子量聚乙烯(UHMWPE)/羟基磷灰石(HA)复合关节材料,利用人工髋关节模拟磨损试验系统(MTS),研究了该类复合材料与CoCrMo合金组合关节在人血浆润滑条件下的摩擦磨损性能。实验结果表明,添加HA能有效提高UHMWPE关节材料的表面硬度,降低其磨损率。人血浆润滑条件下,UHMWPE及其复合材料的磨损机制主要表现为研磨磨损和疲劳磨损,磨损颗粒尺寸随HA粉体添加量的增加而增大。     

聚乳酸/羟基磷灰石复合材料激光选区烧结工艺优化与性能研究

以生物可降解材料聚乳酸(PLA)和生物骨基质的主要无机成分羟基磷灰石(HA)为研究对象。为获得复合材料激光选区烧结(SLS)制件的最佳成形参数,首先对纯PLA的SLS工艺进行了优化,发现最优的激光能量密度范围为0.040～0.075 J/mm²,且制得的纯PLA试样的拉伸强度均超过23 MPa,最高可达27.28 MPa。为研究HA含量对PLA/HA复合材料微观结构与力学性能的影响,以激光能量密度为0.040 J/mm²(激光功率12 W,扫描速度1 500 mm/s)对不同HA含量的PLA/HA复合材料进行了成形。实验结果表明,当HA质量分数为10%时,PLA/HA复合材料的力学性能和微观形貌最优。水接触角测试显示材料的接触角从69.52°降至57.96°,表明材料的亲水性能得到了改善。     

基于选择性激光烧结生物陶瓷复合粉体的工艺研究

主要研究了复相陶瓷Al2O3-ZrO2-SiO2单层烧结工艺,采用Nd:YAG激光器通过选择性激光烧结(SLS)成型复相陶瓷Al2O3-ZrO2-SiO2,实现了在不添加粘结剂、不作任何后处理的情况下激光束完全熔化样品。采用试验设计法系统地分析了激光烧结各项工艺参数对单层烧结质量的影响。利用SEM、XRD分析了不同工艺参数下单层烧结的显微结构以及对试样性能的影响,并通过试验确定最优工艺参数。而后,分别研究了t-ZrO2相对复合粉体的增韧效果与莫来石对改善零件强度所起的作用,对改善零件整体寿命和可靠性有着重要的意义。     

机械合金化制备TiC/W纳米晶复合粉体的烧结特性

利用高能机械球磨制备出W-10%TiC复合粉体并进行烧结,分析了粉体特性和烧结体的组织形貌.结果表明:球磨使引入的镍铁和钨形成固溶体,并且产生大量缺陷,从而促进烧结致密化.随着球磨时间的延长,粉体晶粒尺寸下降,点阵畸变逐渐增大,经过球磨后粉体具有较高的烧结活性,并且随着球磨时间的延长,复合粉体烧结后密度逐渐增加.烧结体显微组织均匀致密,没有间隙和空洞出现,其中钨颗粒近似呈球状,粒径为20～30 μm,碳化钛颗粒基本保持原始颗粒大小(1～2 μm)弥散分布在相邻的钨颗粒边界处;钨镍铁相呈网状组织包围着部分钨和碳化钛颗粒,其体积随着球磨时间延长而增加.     

选区激光烧结聚苯乙烯/Al2O3纳米复合材料研究

在采用选区激光烧结法成功地制备出纳米粒子较均匀分散于基体中的聚苯乙烯／Al2O3纳米块体复合材料的基础上,通过试验观察和微观结构分析,着重就激光功率和扫描速度两种关键参数对烧结成形性的影响进行了研究,同时对相同工艺条件下的纳米复合材料与纯聚苯乙烯烧结件的力学性能进行了比较。结果表明：纳米复合材料的缺口冲击强度提高了20％～50％,其最大值达到10．1kJ／m^2;而洛氏硬度值仅增加约5％。     

用压痕法测定2Y—ZrO2／SiCw复合材料断裂韧性的研究

本文分别用压痕法和单边缺口梁法研究了热压２Ｙ－ＺｒＯ２／ＳｉＣｗ陶瓷复合材料的断裂韧性。结果表明，当维氏压头载荷不大于５０ｋｇ时压痕裂纹均为巴氏裂纹，当载荷大于２０ｋｇ时ＫＩＣ值基本稳定，但与单边缺口梁法相比，压痕法给出的ＫＩＣ值要低得多。作者认为这是现有压痕方程不能揭示相变增韧作用的结果。     

Y2O3加入量对SiCw／ZrO2（Y2O3）复合材料力学性能的影响

采用热压法制备出２０Ｖｏｌ％ＳｉＣ晶须增强的具有不同Ｙ２Ｏ３含量的ＺｒＯ２基复合材料。试验结果表明,含有２ｍｏｌ％Ｙ２Ｏ３的ＳｉＣｗ／ＺｒＯ２（Ｙ２Ｏ３）复合在断过程中有２９％和ｔ－ｍ相变增量,由于ＺｒＯ２相变与ＳｉＣ晶须的共同补强增韧,能获得较佳的力学性能。晶须增韧机制为晶须拔出,晶须桥接与裂纹偏转 。     

RGD功能化HA/PLLA多孔复合材料的制备和表征

通过碳二亚胺法将精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸(RGD)接枝到羟基磷灰石(HA)颗粒表面,增强HA颗粒识别细胞的功能,然后将其均匀地分布于左旋聚乳酸(PLLA)中制备多孔复合材料,分别用XPS和SEM等对HA颗粒和多孔复合材料进行了表征。结果表明:RGD成功地接枝到了HA颗粒表面,多孔复合材料中RGD功能化的HA颗粒是纳米尺寸的,且分布均匀;RGD功能化HA/PLLA多孔复合材料的细胞粘附率从普通HA/PLLA多孔复合材料的37.21%提高到了69.11%。     

聚苯乙烯/Al2O3纳米复合材料的选区激光烧结成形工艺研究

选区激光烧结法制备聚苯乙烯/A l2O3纳米复合材料的工艺实验表明,在其他激光烧结工艺参数一定,合理匹配激光功率和扫描速度的条件下,直接制备出了无翘曲变形、外形轮廓完好的聚苯乙烯/无机纳米块体复合材料,烧结块体密度最大达到了1.04 g/cm3,致密度大于95%。试样缺口冲击韧性最大达到了12.1 kJ/m2。     

CBN-WC复合片烧结的研究

进行了高温高压合成多晶立方氮化硼(PCBN)复合片的研究,实验采用二次烧结法,即直接用CBN粉末在WC-Co基底上进行烧结。烧结压力为5.5GPa,烧结温度为1200℃至1700℃,烧结时间3分钟。实验结果表明,在1200℃至1500℃的范围内,烧结体的硬度随着烧结温度的升高而显著增加,实验在1500℃的烧结温度下得到了Knoop硬度36.7GPa的CBN烧结体(PCBN),而在1500℃至1700℃的范围内,烧结体的硬度无明显变化。     

尼龙6/硅灰石混合粉末选区激光烧结成型精度研究

收缩是尼龙材料选区激光烧结成型的常见问题,不均匀的收缩将导致翘曲变形。影响成型精度的因素很多,包括材料本身的特性,烧结工艺参数等。本文通过添加硅灰石来提高尼龙材料的成型精度,用翘曲高度法分析了制件翘曲高度随硅灰石用量和烧结工艺参数,如激光功率、预热温度变化的规律。     

尼龙6/铜复合粉末选区激光烧结制件翘曲研究

通过大量的对尼龙6/铜复合尼龙粉末烧结试验,研究不同工艺参数,如激光功率、铺粉厚度以及扫描速度对制件翘曲程度的影响,并采用翘曲高度法来表征翘曲程度。根据试验数据绘出了尼龙制件翘曲程度随各工艺参数的变化曲线,总结出了制件翘曲程度随各工艺参数变化的趋势。     

反应烧结制备AlON-AlN复相陶瓷及其性能

以AlN和Al2O3为原料、Y2O3为烧结助剂,在氮气气氛下无压反应烧结制备了AlON-AlN复相陶瓷;用XRD及SEM等方法对复相陶瓷的物相组成和显微结构进行了表征;研究了烧结温度、Al2O3及Y2O3加入量对复相陶瓷的烧结性能、力学性能和热导率的影响。结果表明:在1 650~1 800℃范围内反应烧结可以得到AlON-AlN复相陶瓷;其抗弯强度和热导率均随着烧结温度的升高先增大后减小,分别在1 750℃与1 700℃时达到最大值(378 MPa,38 W.m-1.K-1);随着Al2O3加入量的增加,复相陶瓷的抗弯强度先增大后减小,当Al2O3加入量为30%时达到最大值,其热导率则随着Al2O3加入量的增加呈明显下降趋势;随着Y2O3加入量的增加,抗弯强度不断增大,而热导率则先增大后减小,在Y2O3加入量为3%时达到最大值41 W.m-1.K-1。     

放电等离子烧结在金属-陶瓷复合材料制备中的应用

放电等离子烧结(SPS)是一种材料制备新技术。近年来，放电等离子烧结技术已成功用于制备金属-陶瓷复合材料，且在制备难熔化合物、纳米材料、梯度功能材料和开发新金属-陶瓷复合材料方面有其独特的优越性。综述了金属-陶瓷复合材料放电等离子烧结的最新研究进展，指出了放电等离子烧结金属-陶瓷材料的优缺点，并对今后的研究作了展望。     

复合尼龙粉末改性及激光烧结成形工艺试验研究

针对目前还不能用传统尼龙粉末材料直接烧结功能件的现状,采用溶剂沉析法合成低熔点聚酰胺粉末作为复合尼龙粉末基材,对基料添加各种无机填料进行物理共混改性。采用正交设计方法和SEM分析方法,以烧结密度和成形件综合力学性能为指标对复合尼龙粉进行烧结工艺优化试验。结果表明,通过物理共混改性能够制备出适合于选择性激光烧结用的高性能复合尼龙粉末,同时,能够大大减小复合尼龙的收缩和翘曲变形。     

烧结温度对铁基粉末冶金航空刹车材料摩擦磨损性能的影响

研究了不同烧结温度(900,930,950,980,1020℃)对飞机铁基粉末冶金刹车材料材料显微组织、致密化和摩擦磨损性能的影响。借助于材料组织结构、摩擦试验后的材料表面观察及理论分析,阐述了材料组织结构及摩擦磨损变化的机制。结果表明:900℃的试样由于烧结不够充分,材料密度较低,珠光体的数量较少,硬度低,耐磨性差,经过摩擦试验后,摩擦材料表面大面积剥落和点蚀比较严重,材料磨损量较大,磨屑以大块状及条状为主;930℃试样的材料密度增加,珠光体数量增加,硬度及耐磨性增加,经摩擦试验后,试样表面比较光滑,但仍有大量的点状剥落,材料磨损量较900℃的试样有所降低;当烧结温度由950℃升高至1020℃时,由于原子扩散的加剧,材料的基体具有足够强度,珠光体的数量显著增加,显著提高了材料的耐磨性,经摩擦试验后,材料表面生成了完整的氧化膜,材料的磨损量变化不大,相对于950℃和980℃的试样而言,1020℃时的材料摩擦表面出现更少的点状脱落并形成了多层叠加的工作层。     

纳米晶YG10复合粉末的烧结及显微结构

利用EDS和SEM等研究了机械合金化法制备的纳米晶YG10硬质合金复合粉末的烧结行为,对其致密化规律及显微结构等作了考察。结果表明：纳米晶YG10粉末烧结致密化快,在1375℃时烧结30min,合金相对密度为99．86％,收缩率为27．2％,合金最大硬度可达91．8HRA;烧结合金中WC晶粒细小,呈杆状特征,其径向尺寸约为100～150nm,长度超过1μm,且WC杆状晶粒随机排列,无固定取向。     

纳米钨粉坯的低温固相烧结特征

用高压软模成形法将纳米钨粉和常规钨粉制成压坯,测定了两种压坯在H2中的烧结收缩动力学曲线;研究真空烧结时烧结温度与烧结密度的关系,用SEM和定量金相研究了烧结后的组织。结果表明:纳米钨粉坯在H2中烧结时开始收缩温度为250℃,450～1 450℃收缩速率较快,最大值在1 200℃;1 500℃×20 min烧结的相对密度可达96．4％。在真空中l 500℃x 20 min烧结时,相对密度可达96．7％,合金平均粒径为5．8μm。常规钨粉坯在H2中烧结时于1 400℃开始收缩,1 500℃烧结相对密度为66．2％;2 250℃真空烧结的相对密度为96．9％,但平均晶粒尺寸为223μm。     

挤压-烧结法制备铁铬铝金属蜂窝的组织与性能

采用Fe25Cr5Al粉末与增塑剂的混合物,用增塑挤压-烧结法制备了铁铬铝金属蜂窝,确定了挤压、烧结工艺,对烧结蜂窝的宏观结构、微观组织和压缩性能进行了研究。结果表明：挤压料配比为62．5％～72．5％、挤压力为6～9．5MPa时,挤压蜂窝的表现密度为0．87～0．95g／cm^3;随烧结温度的提高和时间的延长,烧结蜂窝的孔密度及比表面积都提高,孔密度达到31～36个／cm^2,比表面积达到1．95～2．19mm^2／mm^3;烧结后蜂窝由α-Fe、Al-Cr、Al-Fe金属间化合物及Cr2O3、Al2O3组成;径向压缩为单一层状屈服,轴向压缩为多变形带屈服;随表现密度的提高,屈服强度提高,表观密度为0．76～0．94g／cm^3时,径向屈服强度为1．4～6．5MPa,表现密度为0．78～0．89g／cm^3时,轴向屈服强度为8．2～15．3MPa。     

烧结温度对纤维增强复合材料影响的研究

用粉末冶金法制备了钢纤维增强的Sn-Cu-Fe-WC基复合材料,研究了烧结温度对复合材料性能的影响。结果表明:最佳烧结温度为940℃时抗拉强度达到最大值,同时其塑韧性略有降低。