凝胶注模成形制备多孔NiTi合金的研究

发布时间：2017-04-13 16:26

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【摘要】：摘要：多孔NiTi合金由于具有特殊的形状记忆效应、优良的超弹性、良好的生物相容性等优点,在医用植入材料领域具有广泛的应用前景。然而形状复杂的多孔NiTi移植体存在制备加工困难,成本高等问题,制约了它的广泛应用。 本文以镍粉与钛粉为原料,借助扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、差热热重分析(DSC-TG)等先进检测手段,采用凝胶注模成形技术制备多孔NiTi合金,重点研究了NiTi浆料的制备与成形、NiTi生坯的干燥与脱脂、坯体的烧结这三个方面的内容。结果表明： (1)采用凝胶注模成形技术成功实现了多孔NiTi合金的近净成形。在1050℃高真空烧结2-4小时的烧结工艺下,制备的多孔NiTi合金主相为NiTi相、抗拉强度为144.32～196.55MPa、抗压弹性模量为16.86～19.68GPa、孔隙率为37.05%～44.85%、孔径尺寸为20～200μm,满足作为医用植入材料的基本要求,解决了复杂形状多孔NiTi合金加工难、成本高的问题。 (2)温度的升高、引发剂及催化剂加入量的增加均能明显缩短固化时间。当温度为60℃-70℃,引发剂加入量为单体质量的0.4%-0.6%,催化剂加入量为0.4%-0.6%时,可将浆料固化时间控制在4min-6min之间,实现可控固化之目的。 (3)以价格相对低廉的TiHH2粉末代替Ti粉,在最佳烧结工艺条件下,制备出了主相为NiTi相、抗压强度为128.78MPa、弹性模量为15.46GPa,孔隙率为48.5%、孔隙尺寸为14.01～224.38μm的多孔NiTi合金,进一步降低了制备成本。
【关键词】：凝胶注模成形 多孔NiTi合金 烧结 医用植入材料
【学位授予单位】：中南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TF124;R318.08
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 文献综述9-28
• 1.1 引言9-10
• 1.2 NiTi形状记忆合金的发展及其性能10-14
• 1.2.1 NiTi形状记忆合金的发展10-11
• 1.2.2 NiTi形状记忆合金的性能11-14
• 1.3 NiTi形状记忆合金的应用14-16
• 1.3.1 在医疗领域的应用14-16
• 1.3.2 在其它领域的应用16
• 1.4 NiTi形状记忆合金的制备方法16-21
• 1.4.1 传统熔炼法16-17
• 1.4.2 粉末冶金法17-21
• 1.5 凝胶注模成形技术概述21-26
• 1.5.1 凝胶注模成形技术的发展21-22
• 1.5.2 凝胶注模成形原理与工艺流程22-23
• 1.5.3 凝胶注模成形技术的凝胶体系23-24
• 1.5.4 凝胶注模成形在金属粉末冶金成形中的应用24-26
• 1.6 本课题研究的意义与内容26-28
• 2 实验方案与方法28-36
• 2.1 实验流程28-29
• 2.2 实验原材料29-31
• 2.2.1 粉末原料29-30
• 2.2.2 实验所用试剂30-31
• 2.3 实验方法31-34
• 2.3.1 NiTi浆料凝胶注模成形31-32
• 2.3.2 NiTi凝胶湿坯的干燥与脱脂32-33
• 2.3.3 NiTi坯体的烧结33-34
• 2.4 综合性能检测与分析34-36
• 2.4.1 成形前的性能表征34
• 2.4.2 干燥与脱脂后的性能表征34
• 2.4.3 烧结后的性能表征34-36
• 3 实验结果与分析36-72
• 3.1 Ni-Ti浆料的制备及凝胶注模成形36-54
• 3.1.1 单体浓度及交联剂加入量的选择36-38
• 3.1.2 分散剂对Ni-Ti浆料流动性的影响38-42
• 3.1.3 pH值对Ni-Ti浆料流动性的影响42-43
• 3.1.4 搅拌工艺对Ni-Ti浆料流动性的影响43-45
• 3.1.5 金属粉末种类对Ni-Ti浆料流动性的影响45-46
• 3.1.6 固相体积分数对Ni-Ti浆料流动性及生坯强度的影响46-47
• 3.1.7 Ni-Ti浆料凝胶固化机理及可控凝胶固化47-51
• 3.1.8 浆料的固化成形51-54
• 3.2 NiTi凝胶坯体的干燥与脱脂54-60
• 3.2.1 凝胶坯体的干燥54-57
• 3.2.2 NiTi凝胶生坯的脱脂57-60
• 3.3 NiTi凝胶坯体的烧结60-72
• 3.3.1 烧结气氛对多孔NiTi烧结体性能的影响60
• 3.3.2 烧结温度对多孔NiTi烧结体性能的影响60-66
• 3.3.3 烧结时间对多孔NiTi烧结体性能的影响66-70
• 3.3.4 TiH_2取代Ti对多孔NiTi烧结体性能的影响70-72
• 4 结论72-73
• 参考文献73-81
• 攻读硕士学位期间主要的研究成果81-82
• 致谢82

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 冯海波,周玉,贾德昌;放电等离子烧结技术的原理及应用[J];材料科学与工艺;2003年03期

2 雷竹芳;铁基形状记忆合金及其应用[J];材料开发与应用;2000年02期

3 刘福;徐吉林;王福平;赵连城;孙德智;;医用NiTi合金的表面改性研究进展[J];稀有金属材料与工程;2008年04期

4 杨栋华;邵慧萍;郭志猛;林涛;樊联鹏;;凝胶注模工艺制备医用多孔Ti-Co合金的性能[J];稀有金属材料与工程;2011年10期

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本文编号：304021