[发明专利]一种制备多孔钛及钛合金块体材料的方法

说明书

技术领域：

本发明涉及多孔材料制备领域，具体为一种制备多孔钛或钛合金块体材料的方法。

背景技术：

多孔钛及钛合金材料由于具有比重小、能量吸收性好、比表面积大、吸声性好、渗透性强等优点而被广泛应用于医疗、航天等领域。在医疗领域，多孔钛及钛合金因具有比其致密块体材料更低的弹性模量，可达到与人体骨模量相匹配的程度，可有效避免“应力屏蔽”效应；多孔材料内部存在的大量孔隙更有利于周围细胞的长入和新骨的生长、治疗药物的输送、营养交换等，从而促进植入物与人体自然骨组织的重建以及生物整合和均匀化过程，延长植入体在人体内的寿命[Long M，Rack HJ，Biomaterials 1998，19：1621；Wen CE，Mabuchi M，Yamada Y，Shimojima K，Chino Y，Asahina T，Scripta Materialia 2001，45：1147；Guden M，Celik E，Hizal A，Altindis M，Cetiner S，Journal of Biomedical Materials Research Part B：Applied Biomaterials 2008.]。在航空航天领域，多孔钛及其合金具有极佳的防震和能量吸收特性，这对航天器防御空间碎片具有重要意义。与多孔铝等其它多孔金属材料相比，多孔钛及钛合金强度、能量吸收率更高[Murray NGD，Dunand DC，Composites Science and Technology 2003，63：2311]、工作温度范围更广、抗腐蚀能力更强，是一种及其重要的功能材料。

目前，用于制备多孔金属材料的方法主要包括液态金属发泡法、粉末冶金法、熔体发泡法、金属空心球法、金属粉末纤维烧结法、金属沉积法[刘培生，多孔材料引论，清华大学出版社：北京，2004]。对于钛及钛合金来说，其熔点很高，在温度较高时活性大，使用发泡技术制备多孔材料需要特殊的发泡模具，发泡剂、发泡温度及发泡条件很难控制；金属空心球法、金属粉末纤维烧结法、金属沉积法等其制备成本高，工艺复杂，很难适用于大规模工业化生产。因此，在这些方法中，粉末冶金法是目前仍是制备多孔钛及钛合金最常用、最主要的方法。

通过粉末冶金法制备多孔材料主要包括粉末成型及烧结两部分过程。以粉末成型方法的种类来划分，粉末冶金法制备包括多孔材料主要包括模压成型、等静压成型、粉浆浇注和增塑挤压等方法[刘培生，多孔材料引论，清华大学出版社：北京，2004]。这些方法中，模压成型、增塑挤压法需要制备高硬度的特殊模具来保证粉末成型；等静压成型、粉浆浇注等方法则需要特殊的设备、复杂的工艺过程来完成粉末成型及烧结。此外，采用这些方法制备大尺寸块体多孔材料仍很困难。以上所述表明，目前发展的粉末冶金法制备多孔材料的方法仍存在成本高、工艺复杂等缺点，无法适用于大规模的工业化生产。由于多孔钛及钛合金材料具有比其它种类金属多孔材料(如多孔铝)更加优异的性能，在医疗、航天等国防领域具有非常广阔的应用前景，因此研究新的制备多孔钛及钛合金块体材料的方法，使其适用于工业规模的批量生产，更好的应用于医疗、航天等领域，具有重要的意义。

发明内容：

本发明的目的是提供一种制备多孔钛或钛合金块体材料的方法，解决现有技术中存在的成本高、工艺复杂、无法适用于大规模的工业化生产等问题。采用该方法可制备大尺寸不同孔隙率、孔径大小的多孔钛或钛合金材料，工艺简单，成本低，适合工业规模大批量生产，获得的多孔材料具有高强度、低模量、高抗冲击能力、高阻尼特性，在医疗及航空航天领域具有非常广阔的应用前景。

本发明的技术方案：

本发明提供一种制备多孔钛及钛合金块体材料的方法，其制备过程包括钛或钛合金粉末、造孔剂的制备，粉末轧制成型及多孔块体的烧结，具体步骤如下：

(1)钛或钛合金粉末、造孔剂的制备

钛或钛合金粉末采用“电极感应熔化气体雾化(EIGA)”方法制备，制备设备为现有的EIGA50/500装置。

本发明中，钛或钛合金粉末形状主要为球形，直径为10μm～500μm，其中不添加造孔剂的多孔材料粉末直径为100μm～500μm，添加造孔剂多孔材料所用粉末直径范围为10μm～100μm。

本发明中，造孔剂为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，采用球磨机将市购PMMA颗粒(粒度0.5mm～5mm)，球磨成100μm～1000μm，备用。

(2)钛或钛合金粉末轧制成型