鈦及鈦合金由于具有低密度,高強(qiáng)度,良好的生物相容性及較好的耐腐蝕性,被廣泛應(yīng)用于醫(yī)療領(lǐng)域。鈦及鈦合金被應(yīng)用于骨修復(fù)領(lǐng)域時(shí),其與骨之間楊氏模量的巨大差異將導(dǎo)致“應(yīng)力屏蔽”效應(yīng),進(jìn)一步引起骨吸收和植入物松動,導(dǎo)致植入物失效。多孔化為降低鈦合金模量的有效途徑之一,并且由于人體松質(zhì)骨的孔結(jié)構(gòu)多為層狀結(jié)構(gòu),因此制備出高強(qiáng)度的層狀多孔鈦及鈦合金成為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)之一。本文通過定向冷凍干燥法制備了層狀多孔Ti6A14V合金,研究了固含量、冷凍溫度對多孔材料孔形貌、收縮率、孔隙率、孔尺寸以及壓縮力學(xué)性能的影響;在此基礎(chǔ)上,制備了多孔Ti6A14V合金/無機(jī)SiC纖維復(fù)合材料,探究了不同無機(jī)SiC纖維添加量對多孔復(fù)合材料壓縮力學(xué)性能的影響。研究結(jié)果如下:（1）研究Ti6A14V合金粉末固含量、冷凍溫度對多孔材料層狀孔結(jié)構(gòu)的影響規(guī)律。結(jié)果表明,隨著Ti6A14V合金粉末固含量的增加,多孔材料的孔隙率降低,結(jié)構(gòu)波長入有所升高,并且對于同一固含量的多孔材料,沿冷凍方向孔尺寸呈梯度分布,越遠(yuǎn)離冷源,結(jié)構(gòu)波長入越大。隨著冷凍溫度的降低,多孔Ti6A14V合金的孔隙率和結(jié)構(gòu)波長λ隨之降低。（2）探究了層狀結(jié)構(gòu)對多孔... 

【文章來源】：西安理工大學(xué)陜西省

【文章頁數(shù)】：68 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【圖文】：

全髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)植入替代物[3]

西安理工大學(xué)工程碩士專業(yè)學(xué)位論文4合金相比非常有利，成為目前十分熱門的植入物材料[18]。圖1-2生物醫(yī)用合金的彈性模量Fig.1-2Modulusofelasticityofbiomedicalalloy1.3醫(yī)用多孔鈦及鈦合金的研究進(jìn)展嘗試將鈦及鈦合金用于植入物材料的歷史可以追溯到20世紀(jì)30年代末，當(dāng)時(shí)發(fā)現(xiàn)鈦在貓的股骨中像其他植入材料(不銹鋼和CoCrMo合金)一樣具有良好的耐受性。商業(yè)上純的Ti和Ti6Al4V(TC4)是最常用于植入物應(yīng)用的鈦材料。雖然Ti-6Al-4V剛開始的研發(fā)是為了滿足航空航天應(yīng)用的需求，但由于其在生物方面優(yōu)異的性能使其進(jìn)入生物醫(yī)學(xué)行業(yè)。除了植入物應(yīng)用之外，鈦合金還用于保健品，例如輪椅、假肢、假腿等，因?yàn)樗鼈兙哂袃?yōu)異的相容性和非過敏性。1.3.1醫(yī)用鈦及鈦合金的力學(xué)性能鈦及鈦合金具有低密度，高強(qiáng)度，優(yōu)異的耐腐蝕性和良好的生物相容性[3;19;20]。鈦合金的強(qiáng)度非常接近316LSS，其密度卻比鋼低55%，因此，當(dāng)使用比強(qiáng)度進(jìn)行比較時(shí)，鈦合金的性能優(yōu)于任何其他植入材料。鈦及鈦合金在生物醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用范圍廣泛，包括用于正畸外科的牙科植入物和部件，用于髖部、膝部、脊柱、肩部、肘部等人體的關(guān)節(jié)置換部件，諸如釘子、螺釘和螺母等骨固定材料，用于起搏器和人造心臟瓣膜的外殼裝置，外科手術(shù)高速血液離心機(jī)中的儀器和部件[21]。純鈦具有較差的剪切強(qiáng)度，因此不太適合于骨螺釘、板和類似應(yīng)用。純鈦在其自身之間或與其他金屬之間摩擦?xí)r也會受到嚴(yán)重磨損。然而材料的機(jī)械、磨損和腐蝕性質(zhì)在很大程度上取決于其微觀結(jié)構(gòu)，鈦合金可根據(jù)合金化和熱機(jī)械加工實(shí)現(xiàn)廣泛的微觀結(jié)構(gòu)，具有一定優(yōu)勢。這使得鈦合金非常適合根據(jù)特定要求定制其性能。1.3.2醫(yī)用多孔鈦及鈦合金的制備方法鈦及鈦合金優(yōu)異的性能使它們成為具有廣闊前景的骨植入材料之一[

效途徑之一[27;28]。目前，多孔鈦及鈦合金的制備工藝主要有聚合物模板復(fù)制法[29]、造孔劑法[30-32]、3D打印[33]和冷凍干燥法[34]等。采用模板復(fù)制法和造孔劑法制備層狀結(jié)構(gòu)的多孔鈦合金時(shí)存在較大的難度；3D打印可以制備出層狀孔結(jié)構(gòu)，但制備的孔徑偏大且層狀孔多為規(guī)整結(jié)構(gòu)。冷凍干燥法是獲得多孔陶瓷的常用方法，其原理為：溶劑定向生長排出漿料中的溶質(zhì)顆粒，并使其堆積在結(jié)晶的溶劑之間，隨后在低壓條件下干燥處理，使溶劑完全升華后形成多孔坯體，最后將多孔坯體進(jìn)行燒結(jié)，得到以冰晶結(jié)構(gòu)為模板的多孔材料。如圖1-3(a)(b)所示，為采用冷凍干燥法制備的具有隨機(jī)取向的Al2O3層狀多孔結(jié)構(gòu)，且這種結(jié)構(gòu)與自然骨的孔結(jié)構(gòu)(圖1-3(c))更為相似。圖1-3冷凍干燥法制備的層狀孔結(jié)構(gòu)與自然骨的孔結(jié)構(gòu)。(a)(b)Al2O3孔結(jié)構(gòu)[35];(c)為自然骨形貌Fig.1-3Layeredporestructureandnaturalboneporestructurepreparedbyfreeze-casting.(a)(b)Al2O3porestructure[35];(c)Naturalmorphology1.4冷凍干燥制備多孔鈦及鈦合金概述開發(fā)一種具有高孔隙率和高強(qiáng)度的層狀多孔鈦及鈦合金是目前研究的熱點(diǎn)，而冷凍干燥法所制備出的材料具有片層取向隨機(jī)、孔壁雹通孔率高和層間距廣泛等特點(diǎn)，并且所獲得的隨機(jī)取向的孔結(jié)構(gòu)更接近自然骨的層狀結(jié)構(gòu)，故引起國內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注。1.4.1冷凍干燥原理冷凍干燥工藝首先應(yīng)用于制備多孔陶瓷，是獲取具有層狀結(jié)構(gòu)的多孔陶瓷的典型方法[36]。其原理為：首先將液體懸浮漿料(水基和非水基)冷凍，使?jié){料中的溶劑轉(zhuǎn)變?yōu)樘厥庑螒B(tài)的“冰晶”，并將固體粉末顆粒排擠到晶間位置，隨后在低壓下將溶劑從固態(tài)升華到氣態(tài)排出，以去除凝固相溶劑，得到疏松的多孔材料的預(yù)制體，最后將預(yù)制體進(jìn)行致密化燒結(jié)，從而制備出多孔材


本文編號：2908033