HA-BG-Ti复合生物材料研究

研究了不同成分的二元系HA-Ti和三元系HA-BG-Ti复合生物材料的烧结收缩率、抗压强度、抗弯强度、微观结构、物相结构及化学成分等。结果表明:二元系HA-Ti复合材料烧结收缩率变化曲线一直呈下降趋势,从11.2％降至3.3％;三元系的烧结收缩率变化曲线呈“S”形,先降低后升高再降低(23.1％→16.2％→21.8％→17.1％),且HA-BG-Ti三元系复合材料的烧结收缩率普遍高于HA-Ti二元系的烧结收缩率。当钛含量达到50％～60％时,HA-Ti系复合材料的抗压强度达到最小值68 MPa,而HA-BG-Ti系复合材料的抗压强度却达到最大值131MPa;二元系复合材料的抗弯强度停滞在40 MPa左右,而三元系复合材料的抗弯强度曲线在钛含量为70％～75％时出现最大值64 MPa;总体上,三元系的抗压强度和抗弯强度均高于二元系的抗压强度和抗弯强度。由于HA-BG-Ti复合材料中的HA-Ti相界面依托生物玻璃以复杂的强键相结合,HA-Ti系复合材料的HA-Ti相界面存在CaTiO_3等脆性相,因而从理论上解释了HA-BG-Ti三元系复合材料的力学性能好于HA-Ti二元系复合材料的力学性能的原因。     

稀土氧化物对羟基磷灰石力学性能和显微结构的影响

采用XRD,SEM及力学性能测试等方法研究添加稀土氧化物Y2O3、CeO2和(Y2O3+CeO2)对羟基磷灰石基复合材料的烧结温度、力学性能和显微结构的影响。结果表明,添加2%的稀土氧化物,可以降低烧结温度,改善显微结构,提高抗弯强度。尤其是添加2%的复合稀土氧化物(Y2O3+CeO2)后,羟基磷灰石基复合材料的抗弯强度达110 MPa,是未添加稀土氧化物的试样的1.29倍。其强度提高的主要原因是稀土元素的细晶强化和固溶强化等对基体的作用。     

烧结温度对生物医用钛基复合材料性能的影响

以钛粉和羟基磷灰石(HA)为原料,采用粉末冶金法制备了生物医用钛基复合材料,研究了烧结温度(1 200、1 300、1 400℃)对其显微组织、物相变化、致密化及抗压强度的影响。结果表明:合适的烧结温度可以使复合材料具有优良的显微组织及力学性能。当烧结温度为1 200℃时,HA已经发生分解并反应,且材料组织疏松;随着烧结温度升高,试样变得致密且显微组织粗大,同时生成TiP及CaTi_4(PO_4)_6等脆性相,其抗压强度反而降低。     

原位生长SiC/MoSi_2复合材料的制备工艺及其力学性能

通过反应烧结成功地制得了in-situ SiC/MOSi_2复合材料,该复合材料的组织均匀致密,相对密度达97.8％,强化相SiC的粒径小于1μm,体积分数为19.8％.复合材料室温抗弯强度为542MPa,断裂韧性5.21MPa·m~(1/2),维氏硬度12.21 GPa;在1200℃和1400℃时的抗压强度为596MPa和175MPa,800℃时的维氏硬度为8.2 GPa.在Al_2O_3和SiC磨盘上表现出优异的耐磨性能。     

碳对二硅化钼复合材料性能的影响

采用热压烧结工艺制得了2％C/MoSi_2(质量分数)复合材料,并测定了材料的显微组织和结构、室温和高温力学性能、耐磨性能以及电阻率。结果表明:C/MoSi_2复合材料由大量的MoSi_2,Mo_5Si_3和少量的β-SiC组成;其维氏硬度为1 060,抗弯强度为470 MPa,断裂韧性为5.12 MPa·m~(1/2);800℃的维氏硬度为750 Hv,1200℃的抗压强度为450MPa,1400℃的抗压强度为142MPa;在Al_2O_3和SiC磨盘上表现出优异的耐磨性能,材料的电阻率为34.9 μΩ·cm。与纯MoSi_2相比,C/MoSi_2复合材料在硬度、抗弯强度、断裂韧性、高温抗压强度、弹性模量和耐磨性能等方面都有较大的提高。     

原位合成莫来石柱状晶强化羟基磷灰石材料

以羟基磷灰石(HA)为基体,经硅溶胶表面包覆处理的Al2(SO4)3(AES)为第二相,采用原位反应合成法制备自生莫来石柱状晶增强羟基磷灰石材料。研究莫来石晶体的形成过程以及复合材料的相组成、微观形貌和力学性能。结果表明,添加AES可以提高HA的抗弯强度,经1 050℃烧结、含10%AES的复合材料抗弯强度可达71.21 MPa,比基体提高185%;硅溶胶在加热过程中结晶化转变的顺序是:800℃以下为非晶态,800~950℃晶化成方石英,950～1 100℃为方石英+磷石英;Al2(SO4)3与SiO2反应原位生成柱状莫来石,柱状莫来石可起到类纤维的增强作用使材料强度提高。     

制备工艺对B4C/TiC/Mo陶瓷复合材料力学性能的影响

采用热压法制备了10%(质量分数)TiC/4.7%(质量分数)Mo增强B4C基陶瓷,分析了烧结温度、保温时间和烧结压力对力学性能的影响.烧结温度由1 800℃提高到1 900℃时,复合材料的抗弯强度由590MPa提高到705MPa;当烧结温度升至1 950℃,强度反而下降;硬度和韧度随烧结温度升高而提高.在烧结温度为1 900℃压力为35MPa保温时间由15min提高到45min时,抗弯强度由600MPa提高到705MPa;进一步增加保温时间,抗弯强度随保温时间的增加而下降;硬度和韧度随保温时间延长而提高.烧结压力对复合材料力学性能的影响较小.当烧结参数为1 900℃、45min、35MPa,B4C/TiC/Mo陶瓷复合材料抗弯强度、硬度、断裂韧度、相对密度分别为705MPa、20.6GPa、3.82MPa·m1/2、98.2%.     

放电等离子烧结制备TiC_p/M2高速钢复合材料

采用高能球磨法制备TiCp/M2高速钢复合粉末,并通过放电等离子烧结(SPS)制备TiC颗粒增强M2高速钢复合材料(TiCp/M2)。研究SPS工艺参数对复合材料的致密化规律、显微组织和力学性能的影响。结果表明:SPS可以实现TiCp/M2高速钢复合粉末的低温快速致密化;复合材料的相对密度、硬度和抗弯强度随烧结温度的提高均呈现先增大后减小的趋势。在1040℃烧结时,增大压力或延长保温时间,TiCp/M2复合材料的相对密度、硬度和抗弯强度均有所提高,在50MPa压力下保温10min所制备的TiCp/M2高速钢复合材料具有最佳综合性能,其M6C型复合碳化物的平均粒度为0.8μm,相对密度、硬度和抗弯强度分别为98.9%、HRC57和1685MPa。     

粉末冶金50%Si_p/6061Al复合材料的结构与性能

以Si粉和6061Al合金粉末为原料,采用机械球磨-常压烧结工艺制备硅颗粒含量(质量分数)为50%的颗粒增强铝基复合材料,利用扫描电镜和X射线衍射仪分析不同温度下烧结的复合材料结构与物相组成,并测试材料的密度、抗弯强度、硬度及热膨胀系数等性能。结果表明,通过球磨可获得成分均匀的Si_p/6061Al复合粉体。烧结温度为700℃时,50%Si_p/6061Al复合材料仅含少量Al_2O_3杂质,Si相分布均匀,呈半连续骨架结构,Si颗粒与6061Al基体合金结合良好,材料中孔隙的数量和尺寸都最小。在680~750℃温度范围内,随烧结温度升高,50%Si_p/Al复合材料的致密度及抗弯强度先增大后降低,在700℃烧结的50%Si_p/6061Al复合材料具有优异的综合性能,其致密度、抗弯强度、硬度(HB)、热膨胀系数(室温)分别为96.4%,310.8 MPa,225.4和7.43×10~(-6)/K。     

化学镀碳纤维增强羟基磷灰石复合材料的性能

通过化学镀方法,在碳纤维表面分别镀上Ni和Cu+Ni镀层,以这种表面改性碳纤维与羟基磷灰石陶瓷复合,制备表面改性碳纤维增韧增强羟基磷灰石复合材料,研究各种碳纤维的含量对复合材料的抗弯强度、断裂韧度、尺寸变化率和孔隙率的影响。结果表明,表面改性碳纤维可以显著提高材料的性能,尤其是铜镍复合镀碳纤维的效果更好,其断裂韧度可达基体断裂韧度的2.5倍,抗弯强度可达基体抗弯强度的3.4倍,增韧增强后的复合材料的尺寸和孔隙率变化不大。     

溶胶-凝胶法制备超细Mo-Cu粉末及性能表征

以七钼酸铵和硝酸铜为原料通过溶胶-凝胶法制备Cu含量(质量分数)为20%的超细Mo-Cu复合粉末,再在1050～1200℃下烧结粉末压坯制得Mo-Cu复合材料;通过热重分析(DTA-TG)、X-ray衍射分析(XRD)和透射电镜(TEM)等分别对干凝胶煅烧前后的粉体以及还原后所得Mo-Cu复合粉末进行表征,通过扫描电镜观察Mo-Cu烧结体的显微组织,并对其密度、物理和力学性能进行测定,探索制备高致密、高性能Mo-Cu复合材料新工艺.结果表明:通过溶胶-凝胶法可以制得平均粒度为150nm、组成均匀的Mo-Cu超细粉末,该粉末具有良好的烧结性能,其成形压坯在1200℃下于H2气氛中烧结90 min后,相对密度可达99.78%,烧结体的抗弯强度和维氏硬度分别为988 MPa和HV 227,电导率和导热系数分别为42.56%IACS和157 W/(m·K),室温至450℃的热膨胀系数在6.7×10-6～7.6×10-6K-1之间.     

羟基磷灰石/不锈钢网状复合生物材料的研制

以Ca(OH)2和H3PO4为反应物,通过溶胶-凝胶法制备了羟基磷灰石(HA)粉体;用机械混合法制备了304L不锈钢包覆HA粉体;用热压技术制备了纯HA陶瓷材料及HA／304L不锈钢复合材料．1050℃热压烧结后的HA／25vol．％304L复合材料的断裂韧性为2．92 MPa·m1/2,优于纯HA材料(断裂韧性为0．98 MPa·m1/2)．显微组织的观察表明,304L不锈钢在材料中呈网状分布．网状分布的金属相能够通过桥接机制对HA基体中的裂纹扩展起到很好的阻碍作用．     

放电等离子烧结钛基磷酸三钙陶瓷复合材料的力学性能与生物活性

采用放电等离子烧结法制备钛基磷酸三钙(Ti/α-TCP)复合材料,利用扫描电镜(SEM),能谱分析仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD)对该材料的组织结构与界面反应进行观察与分析,并测试其抗压强度与生物活性,研究烧结温度与钛含量对Ti/TCP复合材料组织与性能的影响。结果表明:烧结温度在900℃以上时,Ti与α-TCP界面发生反应;增加钛含量有利于提高复合材料的强度。在Ti/α-TCP混合粉末中添加钛网作为骨架时,界面反应更复杂,并且温度越高,反应产物越多,当烧结温度达到1 100℃时,生成Ti的氧化物以及TixPy和CaTiO_3。在900℃烧结的70Ti/α-TCP/钛网复合材料抗压强度最高,达到590 MPa,浸入模拟体液中14天后表面形成一层厚厚的磷灰石,该材料作为骨植入替换材料具有很大的应用价值。     

微量Ni对W-Cu纳米复合材料制备及热性能影响研究

采用化学共沉淀法和氢气还原工艺制备了钨铜纳米复合粉体,通过放电等离子烧结技术在不同温度下实现了钨铜合金的快速烧结,研究了微量活性剂Ni的添加对钨铜复合粉体形貌、烧结行为以及合金性能的影响.结果表明:微量Ni(0.5％)的添加使复合粉体粒径长大更充分且颗粒分布更加均匀;当烧结参数为温度970℃、压力120 MPa、保温时...     

化学镀Al2O3/Cu复合粉烧结体的组织研究

采用化学镀法制备了Al2O3/Cu复合粉体,将复合粉体在160MPa的压力下保压5nin压制,在1 000℃保温1h、N2保护烧结,得到体积分数为50％的Al2O3p/Cu复合材料.通过SEM对复合粉体的形貌和复合材料的断口进行观察,通过光学显微镜对复合材料组织进行观察,通过能谱仪对复合材料中颗粒和基体的界面进行成分分析,并对其密度和热膨胀系数进行测定,结果表明:复合材料中Al2O3颗粒分布均匀,与Cu基体结合良好;复合材料相对密度为88.6％,100 ～ 300°C的热膨胀系数在(8.7～14.3) ×10-6/K之间.     

W-10%TiC复合材料的制备与力学性能研究

采用高能球磨手段制备了W-10%TiC(质量分数, 下同)纳米复合粉体, 并采用热压方法烧结成致密块体, 研究了高能球磨、烧结温度、烧结时间及烧结压力对复合材料致密度和力学性能的影响. 结果表明: 高能球磨后, 复合粉体的颗粒形状近似球形, 粒径均匀, 平均粒径为100 nm, 并且纳米复合粉体的烧结温度大大降低, 其原因是粉体的颗粒细小、扩散系数高、表面能高等性质及球磨过程中少量Fe, Ni杂质的引入. 对所制备纳米粉体而言, 较合适的烧结工艺为: 1700 ℃, 30 Mpa压力下烧结60 min, 在此工艺条件下制备的复合材料的致密度达到98.4%, 抗弯强度和断裂韧性分别达到: 681 Mpa, 6.24 Mpa·m1/2.     

机械合金化对Fe-Cu粉末烧结性能的影响

本文讨论了Fe-Cu复合粉体经球磨后的烧结性能变化情况,通过对球磨后Fe-Cu复合粉体进行XRD、DSC分析,探讨球磨过程对Fe-Cu粉体以及烧结体性能的影响.实验结果表明:随着球磨加工的进行,粉体的晶粒尺寸减小,晶格常数变大;由于在粉体中储存了大量能量,从而降低了复合粉体的烧结温度,改善了烧结体的强度和硬度;经50 h球磨后,粉体在800℃烧结,其抗弯强度提高了35%以上.     

TiB_2/ZrB_2/SiC复合功能材料的微观结构与力学性能

采用放电等离子烧结工艺,制备TiB2/ZrB2/SiC复合功能材料。用X射线衍射仪和场发射扫描电镜分析观察复合材料的物相组成及微观形貌。并测试复合材料的抗弯强度、断裂韧性及硬度。结果表明:两次球磨后的TiB2/ZrB2/SiC粉体粒度较小(2~4μm),且分布较均匀,几乎没有团聚现象。烧结后的复合功能材料中有(TixZry)B2固溶体相生成。当加入ZrB2的体积分数为30%时,生成的(TixZry)B2固溶体在复合材料中起到了很好的晶粒细化与界面融合作用,所以TZS30复合陶瓷材料比TZS0复合陶瓷材料的抗弯强度和断裂韧性分别提高了119.8%和98.9%。利用TiB2/ZrB2/SiC复合陶瓷材料在高温摩擦作用下与氧的化学反应,可以实现自润滑。     

原位包覆制备氮化硅复合粉体的研究

通过尿素均匀沉淀方法制备氮化硅复合粉体,利用尿素的分解来生成Y-Al前驱体包覆层.此方法既解决反向共沉淀法pH值难以控制的难题,又避免球磨法分散不均匀的现象.结果表明:Si3N4粉体通过尿素均匀沉淀的方法可实现Y-Al前驱体包覆,利用SEM图可观察到氮化硅粉体表面形成核壳结构.对Y-Al前驱体包覆的Si_3N_4粉体采用1 750℃热压烧结,研究发现样品具备优良的烧结性能和力学性能,其抗弯强度达到817 MPa.     

W—Ni—Fe合金多孔材料的研究

研究了由细钨粉加1～2％Ni—Fe(wt),通过压制、预烧结、研碎、分级和强化烧结制预合金粉,再由合金粗粉加2％(wt)硬脂酸或0. 4％(wt)聚乙烯醇,通过成形、预烧结和烧结成W-Ni-Fe合金多孔材料的工艺。探讨了团粒强化烧结温度、粉末粒度、成形压力、烧结温度和时间等工艺因素对多孔W-Ni-Fe合金性能的影响。研制出具有最大孔径130. 7μm,相对透气系数1. 78×10~(-2)L/min·cm~2·mm·H_2O,开孔孔隙度26. 46％,抗弯强度141. 3MPa的多孔W-Ni-Fe合金多孔材料,经抗热震使用实验,证明能用于净化1523K和11. 8MPa的高温高压燃气。