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​国内多孔钛材料制备工艺研究最新进展

来源:      2020-9-15 11:31:08      点击:
      多孔钛材料由于其优异的物理化学性能因此其制备及相关性能研究得到广泛关注,但其作为骨植入材料时因存在表面惰性制约其在生物医学方面应用。目前,用于多孔钛材料制备方法有空间占位法、金属粉末注射成形和树脂浸渍钛替代技术等。其中着重叙述采用碳酸氢铵和尿素作为造孔剂使用空间占位法时在该材料的运用,并且对比不同造孔剂在该方法中的优缺点。此外进一步分析阐明因表面惰性问题而造成多孔钛材料在生物医学方面应用的制约因素。
      1. 造孔剂法制备多孔钛材料
      该法是利用粉末冶金将造孔剂与金属粉末混合再去除造孔剂,然后在真空或者保护气氛下烧结得到多孔材料。该方法能制备出较高孔隙率的多孔金属,并且其孔形状、孔径分布以及孔隙率可通过控制造孔剂材料的形状、尺寸和添加量来控制。常见的造孔剂有碳酸氢铵、尿素、氯化钠等。
      1.1 以碳酸氢铵为造孔剂的空间占位法制备多孔钛材料
      因为碳酸氢铵在较低温度加热会分解因此作为造孔剂用来制备多孔材料,在较低温度下造孔剂分解可以避免造孔剂分解产物与多孔材料发生反应从而造成外来杂质污染基体,因此此造孔剂可以制备得到比较纯净的多孔材料。
       1.2 以尿素为造孔剂的造孔剂法制备多孔钛材料
      另外尿素可以在较高温度分解也被用来作为造孔剂制备多孔材料,有学者通过热重分析得出尿素需要加热到460℃时可以完全脱除,但可以增加保温时间来降低除去尿素的温度。
       1.3 以其它材料为造孔剂的造孔剂法制备多孔钛材料
       水溶性的材料(如糖球和可溶盐等)也可作为造孔剂。
       2. 其他常见制备多孔钛材料方法
       2.1 3D打印制备多孔钛材料
       除了上面的造孔剂法用来制备多孔材料现在比较热门方法还有3D打印,选择性激光熔炼(SLM)作为3D打印的一种方法是通过3D造型软件设计所需试件的模型,然后利用选择性激光烧结。
       2.2 有机海绵浸渍烧结技术制备多孔钛材料
       有机海绵浸渍烧结是以有机海绵为载体,将有机海绵浸入由金属调制成的料浆中,使有机海绵充分吸收料浆后,将其取出烘干,然后高温烧结。这种方法制备的材料孔隙率较高,但过程相对复杂。
       2.3 金属注射成型制备多孔钛材料
      金属粉末注射成型是先将金属粉末与有机粘结剂混合, 再加热保持熔融状态, 注入准备好的模具内进行固化成形, 然后脱脂去除成形坯中的粘结剂, 最后烧结。该法能够生产小件多孔钛,具有很好的设计灵活性,结合了粉末冶金的特性(如低成本、简单、选择成分的灵活性)和注塑的特性(如制造复杂零件和快速生产)。
      2.4 渗铸结合酸蚀制备多孔钛材料
     Wang等人将钛液注入缠绕的钼丝中,然后在蚀刻钼丝,制备的多孔钛材料孔隙率为 32 ~47%,模量为 23 ~62 GPa,强度为76 ~192 MPa。