环境材料--钛的新应用

本文从钛的环境负荷及钛的循环利用现状入手,提及了钛用作环境材料的适用性,重点论述了钛用作环境材料的新应用领域--钛建材、海上建筑、小型船舶等.     

医用钛基生物活性材料研究

医用钛基生物活性材料发挥了钛及其合金优异的力学性能,同时又具有良好的生物活性.评述了近年来国内外制备钛基生物活性材料的新技术和新方法,重点介绍了钛及其合金表面改性和钛基生物活性复合材料的研究现状,并对其发展进行了展望.     

单组元钛掺杂石墨的导电性能及微观结构的研究

用煅烧石油焦作填料、煤焦油沥青作粘结剂、钛粉作催化剂,采用热压工艺在2600℃左右、8～10MPa条件下热压成型,制备出一系列不同质量配比的单组元钛掺杂石墨.考察了钛组元的质量配比对单组元钛掺杂石墨的导电、力学性能的影响以及微观结构的变化.实验结果表明,与相同工艺条件下制备的纯石墨材料相比较,催化剂钛不仅可以降低掺杂石墨材料的电阻率,而且可以提高材料的力学性能.室温下材料的层面方向上,单组元钛掺杂石墨DT-15的电阻率为1.96μΩ·m,抗弯强度可达50.2MPa.经XRD及Raman分析表明,原料中掺杂适量的钛粉,在材料制备过程中可以起到催化石墨化作用,使材料的石墨化度及微晶尺寸增大,晶面层间距降低.其中,DT-15的石墨化度为96.4%,微晶尺寸La为306nm.XRD物相分析表明,催化剂钛粉最终在材料中以TiC的形式存在,钛粉在材料制备过程中的催化石墨化作用可以用液相转化机理得到较为合理的解释.     

钛氧膜生物相容性与生物活性的研究与应用

对钛氧膜的生物相容性和生物活性的研究及应用进行了评述.重点讨论了钛氧膜的制备方法、钛氧膜的活化处理方式以及钛氧膜在心血管材料和骨替代材料中的应用前景.     

钛的变色机理及建材用难变色钛板的开发

近年,在沿海地区钛板作为屋顶和墙壁材料得到应用.但长期暴露,钛板表面会变为暗金色,这是由于钛表面的氧化层增厚(数十纳米以上),在光的干涉作用引起的.它不会影响钛作为外装材料的耐蚀性能,但会损害其外观美感.     

钛-氢固溶体的特性

钛对氢有很高的亲和力,因此,钛作为储氢材料受到大家的关注.但是,氢可以弱化材料强度,导致氢脆.有资料报道锆金属的力学性能由于吸氢而受到影响,因此,吸氢对钛的力学性能的影响也是有可能的.     

掺杂钛催化机理及其再结晶石墨导热性能的研究

用煅烧石油焦作填料、煤沥青作粘结剂、钛粉作添加剂,采用热压工艺制备了一系列不同质量配比的掺杂钛再结晶石墨.考察了不同质量配比的添加钛对再结晶石墨的热导率、抗弯强度的影响以及微观结构的变化.实验结果表明,与相同工艺条件下制备的纯石墨材料相比较,掺杂钛再结晶石墨的热导率、抗弯强度均有较大的提高.室温下,RG-15再结晶石墨的层面方向热导率可达424W/(m·k),抗弯强度可达50.2MPa.微观结构分析表明,少量的掺杂钛,即可使材料达到很高的石墨化度;过多的钛掺杂量不利于材料的热导率以及抗弯强度;原料中掺钛量为15wt％时,再结晶石墨的微晶发育以及排列程度最好,此材料的石墨化度为96.4％,微晶参数La为306nm.XRD物相分析表明,钛元素在再结晶石墨中以碳化钛的形式存在.钛对再结晶石墨制备过程的催化作用可以用液相转化机理来解释.     

定向凝固钛铝合金熔体与铸型界面反应研究展望

钛铝合金是性能优异的高温合金,在航空航天领域有广泛的应用前景,但由于其熔体具有较高的活性,制备时熔体与所有已知的铸型材料会发生不同程度的反应,限制了钛铝合金铸件的发展.定向凝固技术作为制备高精度钛铝合金的新工艺,使铸件组织定向排列,可以进一步提高钛铝合金的使用性能,因此如何调控凝固过程中钛铝合金熔体与铸型材料间的界面反应成为目前有关定向凝固钛铝合金研究的一个热点.从目前国内外关于钛铝合金熔体与铸型材料间界面反应的研究出发,综述了定向凝固过程中铸型材料、涂层成分、工艺参数及合金元素等对界面反应的影响,介绍了界面反应的理论水平,系统收集了界面反应的各项研究结果.     

我国钛及钛合金研发与进展

我国材料工作者对不同领域使用的钛合金进行了卓有成效的研究工作.经过近50年的发展,我国的钛工业在科技和生产上都取得了长足进步.概述了我国自主研发的各种钛及钛合材料,包括高温钛合金、高强钛合金、低温钛合金、耐蚀钛合金、船用钛合金、医用钛合金等.最后对我国钛工业进行了简要的展望.     

介孔/大孔TiO2-SiO2复合氧化物材料的制备与表征

采用正硅酸甲酯和钛酸丁酯作为硅和钛的前驱体,在溶胶一凝胶过程中添加非离子表面活性剂C16EO10.作为结构导向剂合成双孔结构硅钛复合氧化物材料.扫描电镜(SEM)以及N2吸附/脱附法分析表明,材料具有三维连续大孔和骨架介孔的双孔分布结构.通过骨架元素分析(EDS)和X射线衍射分析可知,制备过程中添加的钛可以全部进入凝胶骨架中,且钛在骨架中的分散性较好.采用Hammett指示剂法和吡啶吸附红外光谱法分析了材料表面固体酸性,结果显示,硅钛复合氧化物属于中强酸,酸强度Ho在-5.6～-3.0之间的酸中心数大约为0.30 mmol/g左右.硅钛材料表面含有较丰富的L酸位和相对较少的B酸位.     

SMAT纳米钛的组织及力学性能研究

对纯钛进行表面机械研磨处理(SMAT),并研究其组织结构以及力学性能的变化.研究结果表明,径SMAT处理后,纯钛的表面形成了纳米晶层,而整体转变成为梯度材料.与SMAT处理前的纯钛相比,处理后材料的弹性模量下降,屈服强度和抗拉强度提高而塑性下降.     

生物医用多孔钛的表面仿生处理研究进展

介绍了钛作为生物医用材料的研究现状.针对多孔钛的结构特点,综述了当前生物医用材料的各种表面活化方法,如溶胶-凝胶法、预钙化处理法、碱热处理法、酸碱两步法等,总结了当前多孔钛表面改性和骨诱导机理的研究现状.     

医用钛表面生物活性化研究

钛及钛合金具有优良的生物相容性和机械性能,已应用于临床,尤其是用作骨替换与修复材料.但是,钛属于生物惰性材料,不能与骨组织形成化学键合或称骨键合.通过表面改性可使其在生理环境具有诱导羟基磷灰石在表面自发生长的能力,即生物活性化.这是当今生物医用材料研究的热点领域之一.本文评述了钛表面生物活化的研究现状,简要总结了本课题组在这方面的研究工作.     

钛柱撑蒙脱石制备及其光催化降解有机污染物研究进展

用特定离子或离子团(柱化液)全部或部分替代可膨胀粘土矿物层间可交换阳离子,并以金属氧化物柱形式固定于其层间形成一类二维多孔材料--柱撑粘土矿物.柱撑粘土矿物具有永久性介孔孔道、高比表面积、高热稳定性和高表面酸性等性质,在吸附和催化领域有重要应用价值.用蒙脱石与钛柱化液反应可制得钛柱撑蒙脱石.钛柱撑蒙脱石除具有柱撑粘土矿物的共有性质外,还具有光催化特性.结合作者的研究,介绍了钛柱撑蒙脱石的制备方法和影响材料制备的主要因素.从纳米材料和光催化材料的角度,介绍了钛柱撑蒙脱石的物化性能尤其是光催化降解有机物的性能特点.综述了钛柱撑蒙脱石应用于光催化降解有机污染物的研究进展.     

钛在醋酸环境中的应用分析

介绍了钛在醋酸生产环境中作为结构材料的使用情况;比较了几种材料在醋酸环境中的腐蚀速率;分析了钛在醋酸环境中可使用的条件,得出钛在氧化性醋酸环境中可以作为结构材料安全使用,而在还原性缺氧、缺缓蚀剂以及副反应中有氢生成,或与活泼异种金属接触的情况下不能作为设备结构材料使用.     

RGD修饰纯钛表面对人牙龈成纤维细胞生物学行为的影响

用羰基二咪唑(1,1′-carbonyldiimidazole,CDI),将含RGD的短肽共价连接到纯钛的表面,将HGFs分别接种到涂层和未涂层材料表面并培养一定时间后,定量对比接枝和未接枝材料表面的细胞纤粘连蛋白(fibronectin,FN)和粘着斑的形成情况,研究接枝后的纯钛表面对原代培养的人牙龈成纤维细胞(Human Gingival Fibroblasts,HGF)生物学行为的影响.结果表明,RGD修饰的纯钛表面粘着斑的形成比钛表面早.RGD接枝钛表面有利于人牙龈成纤维细胞的粘附,改善了纯钛的生物相容性.     

掺钛石墨导电性及其微观结构的研究

研究了不同钛掺杂量的再结晶石墨的电阻率与微观结构。以探讨掺杂组元对材料导电性能的影响。实验结果表明,与相同工艺条件下制得的纯石墨相比,掺钛石墨具有高密、高石墨化程度以及极低的电阻率的特点,微观结构分析表明,钛对材料的石墨化过程中具有催化作用,掺杂石墨材料中钛掺杂量对材料的石墨化程度有很大影响：少量钛掺杂量即可使材料达到高的石墨化程度,过多钛掺杂量不利于其电阻率的降低,分析表明钛元素在材料中是以碳化钛形式存在,但在制备过程中,有少量钛逸失,雁而在材料表面形成孔隙,而这些对材料的性能有不利的影响。     

利用胶原-肝素自组装多层膜改善纯钛表面血液相容性的研究

为了改善钛表面的血液相容?用层层自组装技术将抗凝药物肝素和细胞外基质成分之一的胶原层层交替吸附到钛表面,形成多层薄膜,使具有良好的抗凝血功能.钛通过氢氧化钠处理表面带负电,在聚赖氨酸溶液中会吸附一层带正电的聚赖氨酸,然后将其交替浸泡于带负电的肝素和带正电的胶原中形成自组装薄膜.通过傅立叶红外漫反射(FTIR)检测材料表面基团的变化,通过测水接触角的方法跟踪组装过程,通过扫描电子显微镜(SEM)观察材料表面形貌的变化.血小板黏附实验显示钛改性后表面血小板黏附量明显减少,且反映血小板激活程度的P-selectin的表达量结果也显示,钛改性后表面血小板激活程度显著降低,活化部分凝血活酶时间(APTT)和外源性凝血系统的凝血酶原时间(PT)的实验显示钛改性后表面凝血时间延长,血液相容性得到改善.研究说明这种方法对于心血管材料钛的改性有重要价值.     

钛微合金化低碳钢的研究进展

工业水平的发展对低合金低碳钢的性能提出了更高的要求.较高的强度、良好的韧性和抗疲劳能力以及优异的耐蚀性等是低合金高强钢开发的主要方向.微合金化处理通过在钢中加入微量的合金元素可以明显地改善材料的性能.钛微合金化成本较低,能够明显细化奥氏体晶粒,提高材料的强度,具有广泛的应用价值.微合金化元素钛与钢中的碳元素、氮元素反应生成的TiN、TiC以及Ti(C,N)第二相粒子所产生的沉淀强化、细晶强化等作用能够明显改善材料的性能.TiN粒子析出温度较高,细小的TiN粒子可以抑制高温下晶粒的长大;而粗大的TiN粒子对材料的性能不利.TiC粒子可以在铁素体基体中随机沉淀析出,并与基体保持一定的位相关系,还可以钉扎位错、细化晶粒.Ti(C,N)粒子由TiC与TiN互溶形成,可以钉扎位错,产生析出强化.第二相粒子的尺寸受热处理工艺等影响,因此,需要严格调控材料的热处理工艺,避免粗大第二相粒子的形成.钛的微合金化作用还受到钢中其他合金元素的影响,钛与钼、锰、硼等元素可以产生协同作用,相互促进,有利于材料的强韧性匹配.将钛元素与铌元素、钒元素中的一种或两种同时引入合金钢中进行复合微合金化处理,钛铌复合可以在提高材料强度的同时避免塑性的大量损失,钛钒复合可以降低强度提高时对材料韧性的损害并有效提高材料的淬透性,铌钒钛复合可以结合三种元素的优点更好地改善材料的性能.但是,复合微合金化对合金元素含量具有较高的要求,含量控制不当会严重影响材料的性能.文中主要介绍了近年来国内外关于低碳钢的钛微合金化的研究现状,并针对微合金化的强韧化机理研究进展进行了分析和评述,以期为制备性能优良、适合实际生产的微合金化钢提供参考.     

生物医用钛合金的新进展

1引言 钛及其合金由于具有良好的耐蚀性能、机械性能和生物相容性,因而用作人工髋关节和人工齿根等硬组织替代材料,是较理想的生物材料.金属材料适合用作硬组织替代材料,而在生物医用金属材料中,金属钛及其合金因其生物相容性最佳而引人注目.