鈦合金由于具有低導熱率和低彈性模量,給其機加工帶來一定困難。用鍛造方法進行材料加工,雖性能優良,但是浪費大,成本高,且難以生產形狀復雜的產品;鑄造法可獲得復雜形狀的近凈形產品,但是也存在成分偏析、縮孔等缺陷,材料性能較低。粉末冶金是一種少切削或無切削的加工方法,生產的產品性能均勻,可以有效降低鈦合金的生產成本,并且在生產多孔材料、小型或形狀復雜的零部件方面有其獨到優勢。因此,目前鈦基生物醫學材料的研發以粉末冶金方法為主,并且開發出一些新技術。
(1)放電等離子燒結工藝。這是近年來發展起來的一種快速燒結新技術,它融等離子活化、熱壓為一體,具有升溫速度快、燒結時間短、冷卻迅速、外加壓力和燒結氣氛可控、節能環保等特點。鈦合金表面容易形成牢固的TiO2氧化膜,所以用傳統的粉末冶金方法難以燒結,燒結溫度一般要高達1300℃,而放電等離子燒結法可以在較低溫度下將鈦合金較快燒結致密。
(2)粉末注射成型技術。這是將粉末冶金和塑膠注射成形結合起來的一種新技術,能夠批量生產形狀復雜、性能均勻的零部件。例如,采用粉末注射技術成型的Ti-6Al-4V和Ti-6Al-7Nb等醫學植入合金,其屈服強度分別高達880MPa和815MPa,最大延伸率為14.5%和8%,顯示出優異性能。微注射成型是粉末注射成型技術的一個新發展,采用微注射成型技術可以制備形狀復雜和精細的醫學植入材料。據報道,采用微注射成型技術,使用粒度為11微米的預合金粉制造NiTi合金,在注射、脫脂、燒結后,不經后續加工,致密度就能達到97%,并且展現出較好的形狀記憶效應。
(3)Ti合金-生物陶瓷復合材料的研發。生物陶瓷以羰基磷灰石為代表,由于其與人體骨骼成分和晶體結構相似,具有很好的生物活性和骨引導作用而被用作植入材料,但其強度低,脆性大,不能用在承載部位。鈦及鈦合金具有較好力學性能和耐腐蝕性能,但其畢竟是生物惰性材料,植入人體后與周圍組織只是機械連接,易發生松動和脫落。因此,如果以鈦為基體、表面為生物陶瓷組成復合材料,則能充分利用兩種材料的優點。實驗結果表明,Ti合金-羰基磷灰石復合材料比純鈦有更好的生物相容性和骨結合能力。有報道,羰基磷灰石質量分數為5%的鈦基復合材料具有優異的耐腐蝕性、壓縮強度、摩擦磨損性和生物相容性,低的彈性模量,顯示出良好的應用前景。由于放電等離子燒結技術能降低燒結溫度,加快燒結速度,故適合用來制備Ti合金-生物陶瓷復合材料。









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