Ti及Ti-6Al-4V的水基凝胶注模成形研究

将凝胶注模工艺应用于金属Ti及Ti-6Al-4v合金粉末的坯体成形，研究了高固相含量的Ti粉和Ti-6Al-4V合金粉末的料浆的制备。结果表明，用凝胶注模工艺制备出了固相含量为54φ%的钛合金粉末料浆和形状复杂的坯体；粉末的颗粒形状是影响料浆固相含量的重要因素，球形粉末配制成的浆料固相含量最高，近球形次之，片状最低；分散剂柠檬酸铵也可以显著提高浆料的固相含量。     

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。     

LOW DENSITY AND HIGH STRENGTH NiTi MEMORY ALLOYS WITH CONTROLLABLE PORE CHARATERISTICS AND THEIR SUPERELASTICITY

采用球形尿素颗粒预造孔工艺结合梯级粉末烧结方法制备出孔形规则、孔径大的轻质高 强多孔NiTi形状记忆合金. 通过控制造孔剂(尿素)的含量可有效调节多孔合金的孔隙特征, 获得孔径均匀、孔形圆整和孔隙率可控的样品, 其中孔径为296-732 um, 孔隙率为31%-61.6%; 尿素形状和尺寸对多孔合金的孔隙特征有决定性影响, 具 有几何形态遗传性; 尿素对多孔NiTi合金的组成相影响很小, 相变仍具有马氏体相变特征; 合金具有优良的力学性能和稳定的线性超弹性.     

轻质高强NiTi形状记忆合金的制备及其超弹性行为

采用球形尿素颗粒预造孔工艺结合梯级粉末烧结方法制备出孔形规则、孔径大的轻质高强多孔NiTi形状记忆合金.通过控制造孔剂(尿素)的含量可有效调节多孔合金的孔隙特征,获得孔径均匀,孔形圆整和孔隙率可控的样品,其中孔径为296-732 um,孔隙率为31%-61.6%;尿素形状和尺寸对多孔合金的孔隙特征有决定性影响,具有几何形态遗传性;尿素对多孔NiTi合金的组成相影响很小,相变仍具有马氏体相变特征;合金具有优良的力学性能和稳定的线性超弹性.     

Al_2O_3空心球含量对多孔Si_3N_4陶瓷微观组织及力学性能的影响

采用凝胶注模成型技术和无压烧结工艺,通过调节Al_2O_3空心球添加量,成功制备出了性能优异的多孔Si3N4陶瓷。在保持固相含量为50%(质量分数)的基础上,研究了Al_2O_3空心球含量对多孔Si3N4陶瓷材料的孔隙率、物相组成和微观组织结构的影响,分析了力学性能与组织结构之间的关系。结果表明,通过改变Al_2O_3空心球的含量,制备得到孔隙率介于44.98%~51.02%的多孔Si3N4陶瓷:随着Al_2O_3空心球含量的增加,多孔Si3N4陶瓷的孔隙率先减小然后稍有增大,而弯曲强度和断裂韧性则先增大后减小,分别存在最大值(125.1±3.6)MPa和(2.38±0.07)MPa·m1?2。     

烧结温度对凝胶注模多孔Ni-Ti合金性能的影响

以TiH_2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,再通过真空干燥、脱脂以及烧结工艺制备出多孔Ni-Ti合金。运用XRD、SEM对多孔Ni-Ti合金进行了相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、力学性能、物相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45%的生坯,在1050℃下高真空烧结2 h,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。基体满足人体骨性能需要。     

直流电弧热等离子体球化处理TA1粉末工艺研究

采用直流电弧热等离子体对不规则TA1粉末进行球化处理。利用金相显微镜、扫描电子显微镜、粒度粒形分析仪、霍尔流速计、斯科特容量计及氧氮分析仪等分析测试手段,研究球化工艺对粉末组织形貌、粒度分布、球形度、流动性、松装密度及氧含量的影响。结果表明,球化处理可将不规则形状TA1粉末球化为表面附着亚微米颗粒的实心球形;球形粉末内部组织由等轴状α相转变为长条状α相。球化处理使TA1粉末平均粒径和氧含量降低,球形度升高。原料粉末粒度越小、等离子体发生器功率越高,球化后粉末平均粒径越小,球形度越高;但会导致球化后粉末中亚微米颗粒含量增加、粉末流动性变差、松装密度降低;去除亚微米颗粒可以提高粉末流动性,并进一步降低氧含量。     

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。     

Microstructure and Formation Mechanism of Porous Ti-Al Intermetallics Prepared by Pressureless Sintering

以Ti和Al 2种粉末为原料,采用粉末压制-无压烧结技术制备了TiAl多孔材料,并对其宏观形貌、相组成、孔结构、反应机制和孔隙形成机理进行了分析。结果表明：Ti-Al粉末压坯在烧结过程中发生了明显的体积膨胀,多孔材料的总孔隙率为49.88%~57.53%,开孔率为47.60%~56.15%。多孔材料主要由连续的颗粒骨架、骨架之间的大孔隙和骨架内部的小孔隙构成,孔隙主要来自粉末压坯颗粒之间存在的原始大孔隙、无压烧结过程中先熔化的Al颗粒在毛细作用下发生流动形成的原位大孔隙和析出过程在Ti-Al产物颗粒之间形成的小孔隙。Ti-Al多孔材料主要由TiAl3单相构成,无压烧结过程中Ti-Al之间发生了热爆反应。     

无压烧结Ti-Al多孔材料的组织结构与反应机制

以Ti和Al 2种粉末为原料,采用粉末压制一无压烧结技术制备了TiAl多孔材料,并对其宏观形貌、相组成、孔结构、反应机制和孔隙形成机理进行了分析。结果表明:Ti-Al粉末压坯在烧结过程中发生了明显的体积膨胀,多孔材料的总孔隙率为49.88%~57.53%,开孔率为47.60%~56.15%。多孔材料主要由连续的颗粒骨架、骨架之间的大孔隙和骨架内部的小孔隙构成,孔隙主要来自粉末压坯颗粒之间存在的原始大孔隙、无压烧结过程中先熔化的Al颗粒在毛细作用下发生流动形成的原位大孔隙和析出过程在Ti-Al产物颗粒之间形成的小孔隙。Ti-Al多孔材料主要由TiAl_3单相构成,无压烧结过程中Ti-Al之间发生了热爆反应。     

反应合成法制备FeAl金属间化合物多孔材料的曲折因子(英文)

以Fe、Al元素粉末为原料,采用反应合成方法,利用Kirkendall效应造孔制备的FeAl金属间化合物多孔材料是继陶瓷和金属多孔材料之后发展的一种新型多孔材料。曲折因子是表征多孔材料孔隙特征的重要参数。基于Darcy原理和 Hagen-Poiseuille方程研究FeAl多孔材料的曲折因子。结果表明,FeAl多孔材料的曲折因子小于具有相同孔结构的不锈钢多孔材料的曲折因子。在本研究范围内,根据 Hagen-Poiseuille方程计算得知,FeAl多孔材料的曲折因子为2.26,而具有相同孔结构的不锈钢多孔材料的曲折因子为2.92。并由造孔机理探讨了FeAl多孔材料曲折因子较小的原因。     

不锈钢纤维多孔材料拉伸性能研究

以316L不锈钢纤维毡为原料,采用不同的烧结工艺,制备出孔隙度为70%~95%的不锈钢纤维多孔材料,研究了纤维丝径、孔隙度、烧结温度和保温时间对其拉伸性能的影响。研究表明,不锈钢纤维多孔材料的拉伸过程主要分为3个阶段:弹性阶段、塑性变形阶段和断裂阶段。纤维越细,多孔材料的抗拉强度越高;随着孔隙度的增加,多孔材料的抗拉强度逐渐降低;提高烧结温度或延长保温时间,均会提高多孔材料的抗拉强度。     

制多孔不锈钢过滤片的试验研究

通过以水雾化0Cr18Ni9不锈钢粉为原料,以钢模压制或等静压制成形,在真空中或纯氢中烧结制取多孔不锈钢过滤片的试验,提出了制品的气泡试验最大孔径与水雾化不锈钢粉末颗粒平均尺寸关系的经验公式,并针对不锈钢粉末粒级、成形压力和添加剂对多孔不锈钢过滤片的孔隙度、气泡试验最大孔径、相对透气系数和拉伸性能的影响进行了研究。研制的多孔不锈钢过滤环片已批量生产,取得了明显的经济效益。     

微米孔径多孔铝的制备及性能

为获得高强度的微米孔径多孔铝,通过真空压力烧结溶解工艺制备微米孔径多孔铝,对制备过程、微米孔径多孔铝的强度及渗透性能进行研究。结果表明:真空环境下的压力烧结可明显促进铝粉烧结,提高微米孔径多孔铝的抗弯强度;在压制压力500 MPa、烧结温度650℃、烧结时间2 h以及烧结压力150~200 MPa条件下可获得孔隙率44%~61%、平均孔径55~230μm的多孔铝;随着孔隙率和平均孔径的提高,微米孔径多孔铝的相对渗透系数增大;与尺寸相同、孔结构相似的多孔不锈钢相比,微米孔径多孔铝具有较好的渗透性能和较高的耐压破坏比强度。     

Porosity and mechanical properties of porous titanium fabricated by gelcasting

Porous Ti compacts with large size and complex shape for biomedical applications were fabricated in the porosity range from 40.5% to 53.8% by controlling gelcasting parameters and sintering conditions. The experimental results show that the total porosity and open porosity of porous titanium compacts gelcast from the Ti slurry with 34 vol.% solid loading and sintered at 1100℃ for 1.5 h are 46.5% and 40.7%, respectively, and the mechanical properties are as follows： compressive strength 158.6 MPa and Young＇s modulus 8.5 GPa, which are similar to those of human cortical bone and appropriate for implanting purpose.     

钛镍多孔材料的制备及其显微组织与形状记忆性能

采用粉末烧结法制备了高孔隙率的Ti-50.8 at%Ni形状记忆合金(SMA),并对其显微组织和形状记忆性能进行了研究。结果表明,用该种方法制备的多孔合金样品具有孔隙分布均匀以及开孔率高的特点,其平均孔径在200μm左右。合金组织主要由奥氏体NiTi相(B2)和单斜马氏体NiTi相(B19’)组成。循环加载-卸载实验结果表明,该多孔材料能表现出一定的形状记忆效应,而且形状记忆效应随孔隙率的增加而降低。     

Processing and mechanical properties of porous 316L stainless steel for biomedical applications

Highly porous 316L stainless steel parts were produced by using a powder metallurgy process, which includes the selective laser sintering（SLS） and traditional sintering. Porous 316L stainless steel suitable for medical applications was successfully fabricated in the porosity range of 40%-50% （volume fraction） by controlling the SLS parameters and sintering behaviour. The porosity of the sintered compacts was investigated as a function of the SLS parameters and the furnace cycle. Compressive stress and elastic modulus of the 316L stainless steel material were determined. The compressive strength was found to be ranging from 21 to 32 MPa and corresponding elastic modulus ranging from 26 to 43 GPa. The present parts are promising for biomedical applications since the optimal porosity of implant materials for ingrowths of new-bone tissues is in the range of 20%-59% （volume fraction） and mechanical properties are matching with human bone.     

凝胶注模工艺制备医用多孔Ti-Co合金的性能

采用凝胶注模工艺制备含8%和12%Co(质量分数,下同)的多孔Ti-Co合金,研究获得均匀悬浮稳定浆料的分散剂加入量。采用扫描电子显微镜、X射线衍射、压缩和三点弯曲试验分别对多孔Ti-Co合金的显微结构和力学性能进行了测试和分析。结果表明,加入1%分散剂可获得分散效果最佳的悬浮浆料,所制备多孔Ti-Co合金的孔隙率在50%左右,孔隙呈三维通孔结构。与多孔纯钛相比,添加Co元素明显提高了多孔Ti的力学性能,其中压缩强度在68～378MPa之间,抗弯曲强度在53.68～169.17MPa之间,弹性模量在7～21GPa之间。固相体积分数为33%,在1100℃下烧结的多孔Ti-8%Co合金由于与成人骨的力学相容性最好,适合作为医用植入材料。     

连续梯度不锈钢多孔材料烧结变形分析

采用模压成形工艺制备连续梯度不锈钢多孔材料。试验对所制备的不同厚度连续梯度不锈钢多孔试样的收缩率及微观形貌进行了分析。结果表明：通过烧结试样的几何轮廓证实连续梯度多孔试样烧结后发生变形——相邻梯度层烧结应力的不同造成圆柱状试样烧结后变成圆台状;烧结过程中连续梯度多孔试样相邻梯度层间力的作用能够促进粉末烧结,对试样的烧结收缩产生影响,并且,粉末粒度越小,这种影响越明显;选择合适的级配粉末以及梯度层间合理的粉末体积或质量搭配,通过不同梯度层间烧结应力的相互抑制作用,可以实现同步收缩烧结,有效解决连续梯度不锈钢多孔材料烧结过程中出现的变形、开裂问题。     

不锈钢纤维多孔材料的吸声性能

采用不锈钢纤维为原料制备不同孔隙性能的纤维多孔材料，采用驻波管法检测该纤维多孔材料的空气声吸收系数，研究材料的孔隙度、纤维直径以及材料厚度等参数对吸声性能的影响，同时研究在材料背后设置空气层以及空气层厚度对材料吸声性能的影响关系。结果表明：实验采用的不锈钢纤维多孔材料具有较好的吸声性能，材料的孔隙度越高、厚度越大、纤维越细，材料的吸声性能越好，在材料背后设置空气层可显著改善其低频吸声性能，材料背后的空气层厚度越大，材料的低频吸声性能越好。