[发明专利]一种梯度多孔金属的共凝胶注模成形方法

说明书

本发明涉及一种梯度多孔合金的共凝胶注模成形方法；属于粉末冶金制备技术领域。其制备方法包括：制备得到按质量比单体：交联剂＝(5～15):1且质量百分浓度为5～40％的预混液；然后配取金属粉末，并将金属粉末和预混液混合制备成原料粉末体积浓度为A1、A2……Ai的系列浆料；接着按金属粉末浓度从大到小的顺序将所得一系列从不同的注入口注入模具中，固化、微波烧结，得到梯度多孔合金。本发明制备出平均孔径及孔隙率可以分别从650μm到8μm、68％到17％相对连续变化或按设计进行变化的无明显界面的梯度多孔材料或复杂制品。本发明工艺简单、可控，成本低，生产效率高，可实现近净成形，适用于工业化量产。

技术领域

本发明涉及一种梯度多孔合金的共凝胶注模成形方法，特别涉及了一种结合共凝胶注模成形技术和微波烧结的方法快速制备梯度多孔合金的方法；属于粉末冶金制备技术领域。

技术背景

多孔镍钛合金由于具有强度高、耐蚀性好、生物相容性优良和一定的形状记忆效果等特点，加之多孔结构有利于骨的生成和血液营养成份的流动，从而成为骨科植入材料的最佳选择。传统的制备方法有压制烧结法、自蔓延高温合成法、热等静压、粉末注射成形及激光/ 电子束选择烧结法等。但这些方法要么需要昂贵的设备，成本高；要么不能直接制备类似骨的大型复杂件，而且由于多孔材料具有本征脆性，也不宜通过后继机加工方法制备复杂件。此外，从骨的结构来看，作为人体的支架，需承担着支持、保护、造血、贮钙、代谢等功能，其孔隙结构应具有非均质多微孔连通梯度分布的基本结构，不同部位其孔隙率、孔隙形状及大小均不同，并发挥着不同的功能。单一均匀孔隙结构无法很好地满足骨所承担的所有功能。为了解决这一矛盾，传统的方法就是采用添加不同造孔剂的压坯复合烧结得到具有双层或多层孔隙结构的材料，但这种材料具有较明显的界面，会出现界面应力从而有损骨的寿命和使用，因而降低了它的性能、限制了它的使用；而且这种方法无法直接获得复杂零件。

凝胶注模成形技术是基于高分子原位聚合的原理而发展起来的一种新型近净成形技术，它具有坯体强度高、脱脂快、模具材料广泛且成本低等特点，特别适合低成本制备大型复杂零部件，目前已广泛应用于氧化铝、氮化硅、碳化硅、碳化钛、钛及钛合金、铜及铜合金、不锈钢等陶瓷和金属领域的生产和研究中。但目前该技术只采用单一浆料制备孔隙均匀的多孔材料，需要对其工艺进行改进以适应梯度多孔材料的近净成形制备。

微波烧结是一种新的材料致密化技术，它具有整体加热、加热均匀、升温快、选择性加热、无污染、能量利用率高及易于控制等一系列优点，已广泛应用于陶瓷领域，近几年也加强了其在金属领域中应用研究。但由于金属对微波的反射，及微波加热的集肤效应，制约了微波技术在粉末金属致密材料的制备应用，但对于多孔金属粉末材料的制备无疑可以充分发挥微波烧结这些特点，因而可望有很大的应用前景。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术之不足而提供一种工艺设备简单、成本低且易于实现的批量制备无界面梯度多孔镍钛合金或制品的共凝胶注模成形制备方法。

本发明一种梯度多孔金属的共凝胶注模成形方法，包括下述步骤：

步骤A

按质量比，单体：交联剂＝(5～15):1配取单体、交联剂，并将配取的单体、交联剂作为溶质，将所述溶质溶于有机溶剂中，得到质量百分浓度为5～40％的预混液；

步骤B

设计原料粉末体积浓度为A1、A2……Ai的系列浆料；按设计的浓度配取金属粉末、预混液；并按所配取金属粉末质量的0.5～3％配取分散剂；将所配取的金属粉末、预混液、分散剂混合均匀后，得到原料粉末体积浓度为A1、A2……Ai的系列浆料；所述i为正整数且大于等于2；所述A1、A2……Ai的取值为40％～55％；

步骤C