一種多孔金屬材料燒結(jié)所用胚體的制備方法
【專利摘要】一種多孔金屬材料的燒結(jié)胚體的制備方法，其特征在于：在孔隙連通的多孔支架上涂覆一層粘性膠體，將金屬干粉加壓均勻噴吹擠壓附著在所述涂覆粘性膠體的多孔支架上。采用本發(fā)明方法制得的燒結(jié)胚體制備的多孔金屬材料，其材料分布均勻、同時(shí)孔隙連通性好，可實(shí)現(xiàn)100%的三維連通。燒結(jié)前不需要進(jìn)行真空干燥等步驟，大大節(jié)約成本。
【專利說明】一種多孔金屬材料燒結(jié)所用胚體的制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種胚體的制備方法，尤其涉及一種多孔金屬材料制備中燒結(jié)所用胚 體的制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 多孔金屬材料應(yīng)用廣泛，如可作為醫(yī)用植入材料具有治療骨組織創(chuàng)傷和股骨組織 壞死等重要而特殊的用途，現(xiàn)常見的這類材料有多孔金屬不銹鋼、多孔金屬鈦等。作為醫(yī)用 多孔植入材料，其孔隙最好全部連通與均勻分布，或根據(jù)需要孔隙部分連通與均勻分布，使 之既與人體的骨組織生長(zhǎng)相一致，又減輕了材料本身的重量，以適合人體植入使用。
[0003] 多孔金屬材料基本上是以粉末燒結(jié)法為主要的加工方法，具體是采用將金屬粉末 配制成漿料在有機(jī)泡沫體支架(孔隙連通的海綿體多孔支架）上浸漬制得燒結(jié)胚體，然后干 燥、燒結(jié)。但采用現(xiàn)有方法制得的燒結(jié)胚體用于燒結(jié)制備多孔金屬材料過程中稍微控制不 好就易導(dǎo)致制得的多孔金屬材料均勻性及孔隙連通性不理想、產(chǎn)品合格率不高。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種多孔金屬材料燒結(jié)所用胚體的制備方法，采用該方法 制得的燒結(jié)胚體制備得到的多孔金屬材料材質(zhì)均勻、孔隙連通性好。
[0005] 本發(fā)明目的通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)： 一種多孔金屬材料燒結(jié)所用胚體的制備方法，其特征在于：在孔隙連通的多孔支架上 涂覆一層粘性膠體，將金屬干粉加壓噴吹擠壓附著在所述涂覆粘性膠體的多孔支架上。該 方法制備的燒結(jié)胚體經(jīng)燒結(jié)后制得的多孔金屬材料均勻性、孔隙連通性好。
[0006] 上述多孔支架優(yōu)選采用孔隙三維連通的多孔支架，這樣使制得的多孔材料分布更 均勻、力學(xué)性能等更理想，如聚氨酯海綿體等。
[0007] 上述粘性膠體為纖維素衍生物-醇-水形成的膠體、聚維酮-水形成的膠體、明 膠-水形成的膠體、淀粉-水形成的膠體、聚乙二醇-水形成的膠體、蔗糖-水形成膠體溶 液、海藻酸鈉-水形成的膠體。
[0008] 上述纖維素衍生物包括甲基纖維素、羥丙纖維素、羥丙甲纖維素、羥甲基纖維素 納、乙基纖維素等。
[0009] 上述金屬干粉根據(jù)制備需要可以是鈦粉、鈮粉、銅粉、鉭粉、鐵粉等金屬粉末。 為了進(jìn)一步提高金屬干粉在上述多孔支架上的附著緊密度，將上述金屬干粉加壓噴吹 采用的壓力為130_175Mpa ;更進(jìn)一步優(yōu)選地，控制金屬干粉的流速為220-350cm3/分鐘。 [0010] 本發(fā)明具有如下有益效果： 采用本發(fā)明方法制得的燒結(jié)胚體制備的多孔金屬材料，其材料分布均勻、同時(shí)孔隙連 通性好，可實(shí)現(xiàn)100%的三維連通。制備工藝簡(jiǎn)單，燒結(jié)前不需要進(jìn)行真空干燥等步驟，大大 節(jié)約成本。

【具體實(shí)施方式】 toon] 下面通過實(shí)例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行具體描述。有必要在此指出的是，以下實(shí)例只用于對(duì) 本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說明，不能理解為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，該領(lǐng)域的技術(shù)熟練人員可 以根據(jù)上述
【發(fā)明內(nèi)容】
對(duì)本發(fā)明做出一些非本質(zhì)的改進(jìn)和調(diào)整。
[0012] 實(shí)施例1 一種多孔金屬材料的燒結(jié)胚體的制備方法，在10X 10X 25mm多孔聚氨酯泡沫(平均孔 徑為0. 56mm，密度0. 030g/cm3,硬度60°)上涂覆一層淀粉-水膠體；將鉭粉加壓均勻噴吹擠 壓附著在所述涂覆粘性膠體的多孔聚氨酯泡沫上得到燒結(jié)胚體；將上述金屬干粉加壓噴吹 采用的壓力為130_145Mpa ;控制金屬干粉的流速為220-250cm3/分鐘。
[0013] 將上述制得的燒結(jié)胚體進(jìn)行脫脂、燒結(jié)等工藝如下： 脫脂處理：真空度低于IX l(T3Pa，溫度800°C，保溫時(shí)間2h。真空燒結(jié)：在真空爐中燒 結(jié)，燒結(jié)溫度2100°C，保溫4小時(shí)，真空度1 X 10_4Pa，燒結(jié)過程充氬氣保護(hù)，取出產(chǎn)品后去除 表面灰塵及污物，制得的樣品再進(jìn)行常規(guī)的后處理得多孔鉭成品，成品率高達(dá)95%。
[0014] 發(fā)明人按 GB/T5163-2006、GB/T5249-1985、GB/T6886-2001 等標(biāo)準(zhǔn)對(duì)上述多孔鉭 成品的多孔材料密度、孔隙度、孔徑及各種力學(xué)性能進(jìn)行檢測(cè)：該多孔鉭具有完全三維連通 分布，其孔隙分布均勻且連通，密度5. Og/cm3,孔隙度66%，孔隙平均直徑220 μ m.且力學(xué)性 能優(yōu)異：彈性模量4. 5GPa，屈服強(qiáng)度70MPa，抗壓強(qiáng)度85MPa，硬度140MPa，塑性變形量11%， 抗拉強(qiáng)度65MPa。
[0015] 實(shí)施例2 一種多孔金屬材料的燒結(jié)胚體的制備方法，在10X 10X 25mm多孔聚氨酯泡沫(平均孔 徑為0. 56mm，密度0. 030g/cm3,硬度60°)上涂覆一層羥丙纖維素-醇-水形成的膠體；將鈮 粉加壓均勻噴吹擠壓附著在所述涂覆粘性膠體的多孔聚氨酯泡沫上得到燒結(jié)胚體；將上述 金屬干粉加壓噴吹采用的壓力為150_160Mpa ;控制金屬干粉的流速為340-350cm3/分鐘。
[0016] 將上述制得的燒結(jié)胚體進(jìn)行脫脂、燒結(jié)等工藝如下： 將得到燒結(jié)胚體置于鎢器中放入非氧化氣氛爐中以一定的升溫速率升溫至800°c，保 護(hù)氣氛為99. 999%氬氣進(jìn)行脫脂處理，其在升溫之前先通入氬氣至少0. 5h以排除爐內(nèi)空 氣，控溫過程：以l°C/min的速率從室溫升至400°C，保溫0. 5h，氬氣通入速率0. 5L/min ;以 0. 5°C /min的速率從400°C升至800°C，保溫2h，氬氣通入速率lL/min ;再關(guān)閉電源，脫脂后 的樣品隨爐冷卻，氬氣通入速率lL/min，直至冷卻至室溫時(shí)關(guān)閉氬氣； 對(duì)于脫脂處理后的樣品隨鎢器置于高真空高溫?zé)Y(jié)爐內(nèi)以一定的升溫速率升溫至 1800°C進(jìn)行真空燒結(jié)，在升溫之前燒結(jié)爐的真空度至少要達(dá)到1 X 10_3Pa，以10?15°C /min 的速率從室溫升至900°C，保溫0. 5h，真空度為1 X 10_4Pa ;以10°C /min的速率升至1300°C， 保溫0. 5h，真空度為lX10_4Pa?lX10_3Pa ;以6°C /min的速率升至1800°C，保溫2h，真 空度為1 X l(T3Pa ;燒結(jié)完畢，真空度為1 X 10_4Pa?1 X 10_3Pa ;以15°C /min的速率冷卻至 1300°C，保溫lh ;以20°C /min的速率冷卻至800°C，保溫1. 5h，然后隨爐冷卻； 對(duì)于真空燒結(jié)冷卻后的樣品隨剛玉容器置于真空退火爐中以一定的升溫速率升溫 至1000°C進(jìn)行去應(yīng)力退火處理，在升溫之前退火爐內(nèi)的真空度至少要達(dá)到1 X l(T3Pa，以 22°C /min的速率從室溫升至1000°C，保溫4h，真空度為1 X 10_4Pa?1 X 10_3Pa ;再以15°C / min的速率冷卻至800°C，保溫1.5h，真空度為lXl(T4Pa?lXl(T3Pa ;以16°C /min的速 率冷卻至600°C，保溫lh，真空度為1 X 10_4Pa ;以20°C /min的速率冷卻至室溫，真空度為 lXl(T4Pa。最后進(jìn)行常規(guī)后處理制得多孔鈮。
[0017] 采用上述方法制得的多孔鈮成品具有孔隙完全三維連通分布的結(jié)構(gòu)，鈮粉顆粒相 互間具有燒結(jié)頸結(jié)構(gòu)。且該多孔鈮成品微觀結(jié)構(gòu)中鈮粉顆粒間形成的燒結(jié)頸結(jié)構(gòu)超過80%。
[0018] 發(fā)明人按 GB/T5163-2006、GB/T5249-1985、GB/T6886-2001 等標(biāo)準(zhǔn)對(duì)上述多孔鈮 成品的多孔材料密度、孔隙度、孔徑及各種力學(xué)性能進(jìn)行檢測(cè)：該多孔鈮為具有完全三維連 通分布的孔隙結(jié)構(gòu)，其孔隙分布均勻且連通，其雜質(zhì)含量低于〇. 15%的成品，其孔隙分布均 勻且連通，密度2. 05g/cm3,孔隙度77. 2%，孔隙平均直徑270 μ m，彈性模量2. 5GPa，屈服強(qiáng) 度65MPa，抗壓強(qiáng)度70MPa，硬度140MPa，塑性變形量12. 4%，抗拉強(qiáng)度57MPa，斷后延展率 11. 7% ;按金屬彎曲強(qiáng)度測(cè)量的方法進(jìn)行抗彎測(cè)試時(shí)，該多孔鈮微觀結(jié)構(gòu)中燒結(jié)頸的斷裂率 小于40%，顆粒內(nèi)部的斷裂率大于60%。
[0019] 實(shí)施例3 一種多孔金屬材料的燒結(jié)胚體的制備方法，在10X 10X 25mm多孔聚氨酯泡沫(平均孔 徑為0. 56mm，密度0. 030g/cm3,硬度60°)上涂覆一層聚維酮Κ3(Γ水形成的膠體；將鉭粉加 壓均勻噴吹擠壓附著在所述涂覆粘性膠體的多孔聚氨酯泡沫上得到燒結(jié)胚體；將上述金屬 干粉加壓噴吹采用的壓力為165-175Mpa ;控制金屬干粉的流速為280-300cm3/分鐘。
[0020] 將上述制得的燒結(jié)胚體進(jìn)行脫脂、燒結(jié)等工藝如下： 脫脂處理：在惰性氣體保護(hù)氣氛下或真空度低于1 X l(T3Pa，溫度400°C?800°C，并保 溫時(shí)間1. 5?3小時(shí)； 真空燒結(jié)：真空度lXl(T4Pa?lX10_3Pa，溫度1700?1800°C，保溫時(shí)間3?5小時(shí)， 燒結(jié)過程保溫時(shí)充氬氣或其它惰性氣體保護(hù)，以得到多孔材料； 真空退火：經(jīng)過真空燒結(jié)后繼續(xù)保持溫度處于900?1100°C，保溫時(shí)間1?3小時(shí)，真 空度低于1 X l〇_3Pa，以進(jìn)行去應(yīng)力退火處理；制得的樣品再進(jìn)行常規(guī)的后處理得多孔鉭成 品。
[0021] 發(fā)明人按 GB/T5163-2006、GB/T5249-1985、GB/T6886-2001 等標(biāo)準(zhǔn)對(duì)上述多孔鉭 成品的多孔材料密度、孔隙度、孔徑及各種力學(xué)性能進(jìn)行檢測(cè)：該多孔鉭為具有三維連通分 布的孔隙結(jié)構(gòu)，其孔隙分布均勻且連通，其雜質(zhì)含量低于〇. 3%的成品，其孔隙分布均勻且 連通，密度2. 0?4. 2g/cm3,孔隙度介于51. 0?77. 7%，孔隙平均直徑200?500 μ m ;彈性 模量0. 8?2. OGPa，屈服強(qiáng)度35?60MPa，抗壓強(qiáng)度35?65MPa，硬度100?200MPa，塑性 變形量9. 4%?17. 3%，抗拉強(qiáng)度20?45 MPa，斷后延展率9. 3%?14. 7% ;按金屬彎曲強(qiáng)度 測(cè)量的方法進(jìn)行抗彎測(cè)試時(shí)，該多孔鈮微觀結(jié)構(gòu)中燒結(jié)頸的斷裂率小于45%，顆粒內(nèi)部的斷 裂率大于55%。
[0022] 實(shí)施例4 一種多孔金屬材料的燒結(jié)胚體的制備方法，在10X 10X 25mm多孔聚氨酯泡沫(平均孔 徑為0. 56mm，密度0. 030g/cm3,硬度60°)上涂覆一層明膠-水形成的膠體；將鈮粉加壓均勻 噴吹擠壓附著在所述涂覆粘性膠體的多孔聚氨酯泡沫上得到燒結(jié)胚體；將上述金屬干粉加 壓噴吹采用的壓力為140_155Mpa ;控制金屬干粉的流速為240-250cm3/分鐘。
[0023] 將上述制得的燒結(jié)胚體進(jìn)行脫脂、燒結(jié)等工藝如下： 脫脂處理：真空度IX ΚΓ4 Pa?IX 10_3Pa，溫度500°C，保溫時(shí)間2h。真空燒結(jié)：在真 空爐中燒結(jié)，燒結(jié)溫度1750°C，保溫4小時(shí)，真空度1 X 10_4Pa，燒結(jié)過程充氬氣保護(hù)，冷卻出 爐，去除產(chǎn)品表面灰塵及污物，制得的樣品再進(jìn)行常規(guī)的后處理得多孔鈮成品。
[0024] 發(fā)明人按 GB/T5163-2006、GB/T5249-1985、GB/T6886-2001 等標(biāo)準(zhǔn)對(duì)上述多孔鈮 成品的多孔材料密度、孔隙度、孔徑及各種力學(xué)性能進(jìn)行檢測(cè)：該多孔鈮為具有三維連通分 布的孔隙結(jié)構(gòu)，其孔隙分布均勻且連通，其雜質(zhì)含量低于〇. 5%的成品，其孔隙分布均勻且 連通，密度2. 2g/cm3,孔隙度74%，孔隙平均直徑400 μ m，彈性模量1. 5GPa，屈服強(qiáng)度50MPa， 抗壓強(qiáng)度60MPa，硬度lOOMPa，塑性變形量17. 3%，抗拉強(qiáng)度42MPa，斷后延展率14. 6% ;按金 屬彎曲強(qiáng)度測(cè)量的方法進(jìn)行抗彎測(cè)試時(shí)，該多孔鈮微觀結(jié)構(gòu)中燒結(jié)頸的斷裂率小于43%，顆 粒內(nèi)部的斷裂率大于57%。 實(shí)施例5 一種多孔金屬材料的燒結(jié)胚體的制備方法，在10X 10X 25mm多孔聚氨酯泡沫(平均孔 徑為0. 56mm，密度0. 030g/cm3,硬度60°)上涂覆一層PEG4000-水形成的膠體；將鉭粉加壓 均勻噴吹擠壓附著在所述涂覆粘性膠體的多孔聚氨酯泡沫上得到燒結(jié)胚體；將上述金屬干 粉加壓噴吹采用的壓力為158-165Mpa ;控制金屬干粉的流速為270-280cm3/分鐘。
[0025] 將上述制得的燒結(jié)胚體進(jìn)行脫脂、燒結(jié)等工藝如下： 脫脂處理：真空度低于lXl(T3Pa，溫度700°C，保溫時(shí)間1. 5h。真空燒結(jié)：在真空爐中 燒結(jié)，燒結(jié)溫度1700°C，保溫3. 5小時(shí)，真空度lX10_3Pa，燒結(jié)過程充氬氣保護(hù)，冷卻出爐， 去除產(chǎn)品表面灰塵及污物，制得的樣品再進(jìn)行常規(guī)的后處理得多孔鉭成品。
[0026] 發(fā)明人按 GB/T5163-2006、GB/T5249-1985、GB/T6886-2001 等標(biāo)準(zhǔn)對(duì)上述多孔鉭 成品的多孔材料密度、孔隙度、孔徑及各種力學(xué)性能進(jìn)行檢測(cè)：該多孔鉭為具有三維連通分 布的孔隙結(jié)構(gòu)，其孔隙分布均勻且連通，其雜質(zhì)含量低于〇. 3%的成品，其孔隙分布均勻且 連通，密度4. 2g/cm3,孔隙度51%，孔隙平均直徑300 μ m，彈性模量1. OGPa，屈服強(qiáng)度50MPa， 抗壓強(qiáng)度40MPa，硬度150MPa，塑性變形量17. 2%，抗拉強(qiáng)度35MPa，斷后延展率14. 5% ;按金 屬彎曲強(qiáng)度測(cè)量的方法進(jìn)行抗彎測(cè)試時(shí)，該多孔鉭微觀結(jié)構(gòu)中燒結(jié)頸的斷裂率小于35%，顆 粒內(nèi)部的斷裂率大于65%。
[0027] 實(shí)施例6 一種多孔金屬材料的燒結(jié)胚體的制備方法，在10X 10X 25mm多孔聚氨酯泡沫(平均孔 徑為0. 56mm，密度0. 030g/cm3,硬度60°)上涂覆一層蔗糖-水形成的膠體；將鈮粉加壓均勻 噴吹擠壓附著在所述涂覆粘性膠體的多孔聚氨酯泡沫上得到燒結(jié)胚體；將上述金屬干粉加 壓噴吹采用的壓力為168-173Mpa ;控制金屬干粉的流速為320-330cm3/分鐘。
[0028] 將上述制得的燒結(jié)胚體進(jìn)行脫脂、燒結(jié)等工藝如下： 脫脂處理：真空度低于IX l(T3Pa，溫度800°C，保溫時(shí)間6h。真空燒結(jié)：在真空爐中燒 結(jié)，燒結(jié)溫度1800°C，保溫4小時(shí)，真空度1 X 10_4Pa，燒結(jié)過程充氬氣保護(hù)，取出產(chǎn)品后去除 表面灰塵及污物，制得的樣品再進(jìn)行常規(guī)的后處理得多孔鈮成品。
[0029] 發(fā)明人按 GB/T5163-2006、GB/T5249-1985、GB/T6886-2001 等標(biāo)準(zhǔn)對(duì)上述多孔鈮 成品的多孔材料密度、孔隙度、孔徑及各種力學(xué)性能進(jìn)行檢測(cè)：該多孔鈮為具有三維連通分 布的孔隙結(jié)構(gòu)，其孔隙分布均勻且連通，其雜質(zhì)含量低于〇. 3%的成品，其孔隙分布均勻且 連通，密度3g/cm3,孔隙度65%，孔隙平均直徑200 μ m，彈性模量1. 5GPa，屈服強(qiáng)度50MPa，抗
【權(quán)利要求】
1. 一種多孔金屬材料燒結(jié)所用胚體的制備方法，其特征在于：在孔隙連通的多孔支架 上涂覆一層粘性膠體，將金屬干粉加壓均勻噴吹擠壓附著在所述涂覆粘性膠體的多孔支架 上。
2. 如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于：所述多孔支架采用孔隙三維連通的多 孔支架。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的制備方法，其特征在于：所述多孔支架為聚氨酯海綿體。
4. 如權(quán)利要求1-3任一所述的制備方法，其特征在于：所述粘性膠體為纖維素衍生 物-醇-水形成的膠體、聚維酮-水形成的膠體、明膠-水形成的膠體、淀粉-水形成的膠 體、聚乙二醇-水形成的膠體、蔗糖-水形成膠體溶液或/和海藻酸鈉-水形成的膠體。
5. 如權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于：所述纖維素衍生物包括甲基纖維素、羥 丙纖維素、羥丙甲纖維素、羥甲基纖維素鈉或乙基纖維素。
6. 如權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的制備方法，其特征在于：將所述金屬干粉加壓噴吹采 用的壓力為130-175Mpa ;控制所述金屬干粉的流速為220-350cm3/分鐘。
【文檔編號(hào)】B22F3/11GK104099489SQ201310126342
【公開日】2014年10月15日 申請(qǐng)日期:2013年4月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年4月12日
【發(fā)明者】葉雷 申請(qǐng)人:重慶潤(rùn)澤醫(yī)藥有限公司