專(zhuān)利名稱：有機(jī)泡沫浸漿燒結(jié)法制備宏觀網(wǎng)狀多孔鉭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及多孔鉭材料，尤其涉及一種宏觀類(lèi)網(wǎng)狀多孔鉭的制備方法。
背景技術(shù)：
鉭為第VB族第6周期元素，原于序數(shù)為73，相對(duì)原子質(zhì)量為180.95，體積密度為16.6 g/cm3,熔點(diǎn)接近 3000°C (2980i20"C)，僅次于鎢和錸，屬于稀有難熔金屬([l]夏鳳金，劉培生，周茂奇.多孔鉭的制備 方法[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2008， 1: 83-85.)。鉭質(zhì)地堅(jiān)硬，硬度可達(dá)HV120，同時(shí)具有良好的延展性。其熱 膨脹系數(shù)很小，每升高一攝氏度只膨脹百萬(wàn)分之六點(diǎn)六左右。另外，鉭還具有極高的抗腐蝕性、耐磨性以 及良好的生物相容性^特點(diǎn)。以上這些特點(diǎn)使得金屬鉭在化工、冶金、電子、電氣、醫(yī)學(xué)^領(lǐng)域獲得廣泛 的應(yīng)用，可ffl于化學(xué)反應(yīng)裝置、真空爐、電容器、核反應(yīng)堆、航空航大器、導(dǎo)彈以及外科植入材料等方面 ([l]夏風(fēng)金，劉培生，周茂奇.多孔鉭的制備方法[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2008， 1: 83-85; [2]應(yīng)明.多孔 鉭及在人工關(guān)節(jié)中的應(yīng)用[J].生物骨科材料與臨床研究，2006, 3(2): 1-3.)。例如，以多孔鉭作為陽(yáng)極的電 容器具有封裝小、電容值大、壽命長(zhǎng)、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)([3]何季麟.鉭鈮電子材料新進(jìn)展[J].中國(guó)有色金 屬學(xué)報(bào)，2004, 5: 291-300.),而合適的機(jī)械強(qiáng)度、彈性模量、耐蝕性以及良好的生物相容性等特點(diǎn)，乂使 得多孔鉭適用于人體關(guān)節(jié)的替代植入([2]應(yīng)明.多孔鉭及在人工關(guān)節(jié)中的應(yīng)用[J].生物骨科材料與臨床研 究,2006, 3(2): 1-3; [4]吳全興.金屬性生物材料[J].稀有金屬快報(bào),2002， 5: 17-19.)。文獻(xiàn)([2]應(yīng)明.多 孔鉭及在人工關(guān)節(jié)中的應(yīng)用[J].生物骨科材料勾臨床研究，2006, 3(2): 1-3; [5] Bobyn J D， Stackpool G J, Hacking S A, et al. Characteristics of bone ingrowth and interface mechanics of a new porous tantalum biomaterial [J]. J Bone Joint Surg B， 1999, 81(5):卯7-914; [6] Bobyn J D， Poggie R E, Krygier J J， et al. Clinical validation of a structural porous tantalum biomaterial for adult reconstruction [J]. J Bone Joint Su屯A， 2004， 86(S2): 123-129; [7] Welldon K J， A汰ins G J， Howie D W, et al. Primary human osteoblasts grow into porous tantalum and maintain an osteoblastic phenotype [J]. Journal of Biomedical materials Research A, 2008， 84(3): 691-701; [8] Patil N， Lee K， Goodman S B. Porous Tantalum in Hip and Knee Reconstructive Surgery [J]. Journal of Biomedical Materials Research B， 2009,的(l): 242-251.)介紹的多孔鉭制備方法是，先熱解聚氨酯泡沫得 到碳網(wǎng)絡(luò)骨架，再將金屬鉭通過(guò)化學(xué)蒸氣沉積的方式覆蓋到碳骨架上，從而獲得二維網(wǎng)狀多孔鉭產(chǎn)品。本 發(fā)明則是采用有機(jī)泡沫浸漿干燥燒結(jié)工藝，制備出了宏觀類(lèi)網(wǎng)狀多孔鉭材料，其孔隙組成主要是尺度在毫 米量級(jí)的宏孔(肉眼可視的宏觀孔隙)，即宏孔構(gòu)成多孔體的主孔。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種孔率高、孔隙相互連通的泡沫狀多孔鉭材料及其制備方法。制備方法釆用 有機(jī)泡沫基體浸漿干燥燒結(jié)工藝，選用髙純度鉭粉和無(wú)毒黏結(jié)劑配制料漿，選用聚氨酯泡沫為有機(jī)基體。
本發(fā)明的泡沫態(tài)多孔鉭材料，在一定程度上"翻版"了有機(jī)泡沫塑料的形態(tài)，其特征在于通過(guò)有機(jī) 泡沫基體浸漿干燥，在真空環(huán)境下熱分解有機(jī)物并實(shí)現(xiàn)鉭粉燒結(jié)，最后形成孔率為70 /^85%的類(lèi)網(wǎng)狀結(jié) 構(gòu)多孔體，其孔隙組成主要是尺度在0.5~2.0111111的宏孔(肉眼可視的宏觀孔隙)，孔隙之間相互連通。多孔體中，在以宏孔為主孔的孔棱和孔壁上，存在著火量尺寸小于和遠(yuǎn)小于主孔的小孔和微孔。
本發(fā)明使用的無(wú)毒黏結(jié)劑由甲基纖維素與去離子水配制，兩者的質(zhì)量配比為1:5 1:15;本發(fā)明提供的 有機(jī)基體浸漿后的干燥工藝條件，為干燥箱中120'C烘干2 h以上，以確保除去多孔坯體中絕人多數(shù)水份 并使坯體全部硬化。
考慮到金屬鉭的布溫氧化，本:l:藝規(guī)定燒結(jié)爐應(yīng)連續(xù)抽真空以使真空度保持在10々Pa的水平。 本發(fā)明制備的多孔鉭結(jié)構(gòu)具有K述特征和優(yōu)點(diǎn)
1) 本發(fā)明的泡沫態(tài)多孔鉭.吊.宏觀類(lèi)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，孔隙之間相互連通，孔率高(可高于70%)。
2) 本發(fā)明的泡沫態(tài)多孔鉭在一定程度上"翻版"了浸漿工藝中所用有機(jī)泡沫基體的結(jié)構(gòu)形態(tài)，只是 增加了一些主孔的孔壁，且這種孔壁上擁有大量貫通性的微孔。有機(jī)泡沫材料的制造」:藝成熟、可調(diào)性強(qiáng)、 孔結(jié)構(gòu)可控性好，品種豐富。因此，在本工藝選用多孔基體時(shí)，可供選擇性強(qiáng)，較易獲得所需結(jié)構(gòu)指標(biāo)的 備用體。
3) 本發(fā)明的制備方法操作方便，設(shè)備簡(jiǎn)單，實(shí)用性強(qiáng)。


圖1本發(fā)明多孔鉭的低倍光學(xué)照片，顯示了多孔結(jié)構(gòu)中肉眼可視的類(lèi)網(wǎng)狀宏觀形貌，其中的孔隙之間 是相互連通的。
圖2本發(fā)明多孔鉭宏觀形貌的低倍掃描電子顯微照片，顯示了多孔體主孔的孔棱和孔壁上存在著火楚
尺寸小T和遠(yuǎn)小Ti孔的小孔和微孔。
圖3本發(fā)明多孔鉭結(jié)構(gòu)體中的主孔孔棱和孔壁上火量微孔的存在形態(tài)，這些微孔進(jìn)一步保障了多孔體
中所有孔隙的連通性。
圖4本發(fā)明多孔鉭結(jié)構(gòu)中的顆粒組合形態(tài)，顯示上述微孔是由構(gòu)成主孔孔棱和孔壁的晶粒橋架而成。 圖5本發(fā)明多孔鉭結(jié)構(gòu)中的晶粒結(jié)合態(tài)，顯示了多孔體中晶粒的燒結(jié)和結(jié)合狀況。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例稱取一定量的甲基纖維素，按"甲基纖維素常溫去離子水=1 g : 8 ml"的比例加入常溫去 離子水，攪拌下配制成漿糊狀的均勻乳狀黏結(jié)劑待用。選用粒度為300目以下的高純度鉭粉，將75g鉭粉 與25 ml的上述黏結(jié)劑配制成料漿，攪拌均勻.然后用聚氨酯通孔泡沫塊體進(jìn)行浸漿處理，將處理過(guò)的將 處理過(guò)的多孔體置丁-干燥箱中，于120TC烘干4h。烘干后的多孔體變硬，再放到真空爐中，先在室溫下抽 真空至10'2 Pa的水平，再用30 min的時(shí)間升溫至1201,保溫3 h,持續(xù)抽真空使壓力為l(T2Pa的量級(jí)。 然后以130 rain的時(shí)間將爐溫由120匸升至1500^,接著以h的時(shí)間將爐溫由1500"C提髙到600C在 160(TC保溫3h，完成后關(guān)閉加熱開(kāi)關(guān)使系統(tǒng)隨爐冷卻。整個(gè)過(guò)程保持真空狀態(tài)，直至爐體冷卻至100TC, 才停真空泵并出爐取樣，所得塊體多孔鉭的宏觀形貌呈肉眼可視的類(lèi)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)(參見(jiàn)圖1),電鏡分析其孔 隙形態(tài)主要分兩類(lèi)(圖2—), —類(lèi)是構(gòu)成多孔體宏觀類(lèi)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的尺度為0.5-2.0 mm的主孔，另一類(lèi)是 存在于構(gòu)成主孔孔壁和孔棱之上尺寸為幾個(gè)微米量級(jí)的微孔，孔隙之間相互連通。體積稱重法測(cè)得其孔率 為8Qo/c左右。
權(quán)利要求
1.一種泡沫態(tài)多孔鉭材料，其特征在于該產(chǎn)品為宏觀類(lèi)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，孔率高于70％，孔隙有兩類(lèi)一是構(gòu)成宏觀類(lèi)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)且尺寸為0.5～2.0mm的主孔，二是主孔孔壁和孔棱上尺寸小于和遠(yuǎn)小于主孔的小孔和微孔。孔隙之間相互連通。
2. 權(quán)利要求1所述的泡沫態(tài)多孔鉭材料的制備方法，采用有機(jī)泡沫基體浸漿干燥燒結(jié)法， 其特征在于所用有機(jī)泡沫為聚氨酯泡沫體，漿料由鉭粉、甲基纖維素和水組成，其中鉭粉 粒度為300目以下，鉭粉純度髙于99%，用水調(diào)節(jié)黏度，有機(jī)泡沫基體浸漿后先經(jīng)100~120 'C烘干2h以上，使其水分揮發(fā)并獲得具有良好自支持硬質(zhì)結(jié)構(gòu)的預(yù)制體，然后置于真空爐 中燒結(jié)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于鉭粉無(wú)需預(yù)處理，料漿配制用水為去 離子7jC，其中甲基纖維素與去離子水的質(zhì)量比為1:5 1:15之間。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于燒結(jié)爐的真空度保持在l(^Pa的水平 即可，升溫速度為5~15'C/min，然后在1600 1800r保溫2~5 h,隨爐冷卻。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種宏觀類(lèi)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的泡沫態(tài)多孔鉭材料，其孔隙分兩類(lèi)，一是構(gòu)成宏觀類(lèi)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)且尺寸為0.5～2.0mm的主孔，二是主孔孔壁和孔棱上尺寸小于和遠(yuǎn)小于主孔的小孔和微孔。主孔呈宏觀上的通孔和半通孔結(jié)構(gòu)，并且兩類(lèi)孔隙相互連通，孔率高于70％。這種高孔率多孔鉭的制備方法是以有機(jī)泡沫材料為基體，采用浸漿干燥燒結(jié)法制備而成，燒結(jié)溫度在1600～1800℃之間。其中料漿由鉭粉和無(wú)毒性有機(jī)黏結(jié)劑組成，黏度用去離子水調(diào)節(jié)。
文檔編號(hào)C22C27/02GK101660076SQ20091020481
公開(kāi)日2010年3月3日 申請(qǐng)日期2009年10月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月14日
發(fā)明者劉培生, 光 崔, 軍 羅, 陳一鳴 申請(qǐng)人:北京師范大學(xué)