一种利用放电等离子烧结制备钛铌钽锆生物医用钛合金的方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN102312128A*(12)发明专利申请(10)申请公布号CN102312128A(43)申请公布日2012.01.11(21)申请号201110292979.0(22)申请日2011.09.30(71)申请人昆明理工大学地址650093云南省昆明市五华区学府路253号(72)发明人张玉勤黄海广蒋业华周荣(51)Int.Cl.C22C14/00(2006.01)C22C1/04(2006.01)权利要求书1页说明书5页附图2页(54)发明名称一种利用放电等离子烧结制备钛铌钽锆生物医用钛合金的方法(57)摘要本发明涉及一种利用放电等离子烧结制备钛铌钽锆生物医用钛合金的方法，属于生物医用材料制备技术领域。将Ti、Nb、Ta、Zr金属粉末按照化学成分配比进行称取，球磨机混粉后装入石墨模具中，再置入放电等离子烧结炉中，施加10～40MPa的轴向压力，采用真空度2～6Pa的真空条件下进行烧结，升温速度为50～100℃/min，烧结温度为950～1100℃，达到烧结温度后保温5～10min，然后随炉冷却至室温，退模即可得钛铌锆锡生物医用钛合金材料。利用本发明方法制备的钛铌锆锡生物医用钛合金具有成分和组织均匀、致密度高（98%以上）、弹性模量低（41～50GPa）等优点，同时本发明方法工艺简单、操作方便、成本低廉，易于实现工业化生产。CN10238ACCNN110231212802312130A权利要求书1/1页1.一种利用放电等离子烧结制备钛铌钽锆生物医用钛合金的方法，其特征在于工艺步骤如下：（1）按Ti44.9～61.4%、Nb29～35%、Ta5～13%、Zr4.6～7.1%的质量百分比，分别称取纯度为99.9%、平均粒度为1～45μm的Ti、Nb、Ta、Zr金属粉末；（2）将步骤（1）称取的金属粉末放入球磨机球磨罐中，抽真空至6-10Pa，然后进行球磨混粉6～24小时，得到混合金属粉末；（3）将混好的金属粉末装入柱形石墨模具中，再置入放电等离子烧结炉中，并通过石墨模具两端的冲头施加10～40MPa的轴向压力，系统抽真空至2～6Pa后进行烧结，以50～100℃/min的升温速度，加热至950～1100℃的烧结温度后保温5～10min，然后随炉自然冷却至室温，退模即得到钛铌钽锆生物医用钛合金材料。2CCNN110231212802312130A说明书1/5页一种利用放电等离子烧结制备钛铌钽锆生物医用钛合金的方法技术领域[0001]本发明涉及一种制备钛铌钽锆生物医用钛合金的方法，特别是一种利用放电等离子烧结制备钛铌钽锆生物医用钛合金的方法，属于生物医用材料制备技术领域。背景技术[0002]在人造植入生物医用金属材料中，钛合金凭借其良好的生物相容性、力学特性（高比强度、低弹性模量等）及耐磨耐腐蚀性能，成为人工关节（髋、膝、肩、踝、肘、腕、指关节等）、骨创伤产品（髓内钉、钢板、螺钉等）、脊柱矫形内固定系统、牙种植体、人工心脏瓣膜、介入性心血管支架等医用内植入产品的理想材料，在上述领域得到了广泛的应用。[0003]为了实现在人体内的长期与无排斥反应的植入和替代，生物医用钛合金材料的研究经历了不断的发展和改进历程，从传统的纯钛、钛铝钒合金（Ti-6Al-4V）、钛铝铌合金（Ti-6Al-7Nb）直到目前的新型β型医用钛合金。当前国内外研究人员获得β型医用钛合金的主要手段是在纯钛（Ti）中加入铌（Nb）、钽（Ta）、锆（Zr）等β稳定和强化元素，上述元素的加入不仅能显著降低材料的弹性模量、提高合金的强度和耐磨耐蚀性能，而且由于添加元素无毒且在植入机体中不会产生过敏反应，从而具有良好的生物相容性，成为当前最具有应用前景的新型生物医用钛合金人体替代和修复用关键材料之一。根据综述文献M.Geetha,A.K.Singh,R.Asokamani,A.K.Gogia.Tibasedbiomaterials,theultimatechoicefororthopaedicimplants–Areview.ProgressinMaterialsScience,2009,Vol.54,pp397-425.报道，钛铌钽锆系生物医用钛合金弹性模量值最低可达55GPa，已经非常接近人体天然骨头的弹性模量，同时合金中含有的Ti、Nb、Ta、Zr四种元素无毒且具有良好的生物相容性，综合性能优于目前在临床上使用最多的Ti-6Al-4V医用钛合金。[0004]目前制备钛铌钽锆生物医用钛合金主要采用真空熔炼法，由于在合金中添加了Nb、Ta、Zr难熔金属元素，其熔点、密度都远大于Ti元素，并且存在塑性差、变形困难等特点，因而使用真空熔炼法在制备合金过程中会无法完全避免成分偏析、组织不均匀及疏松、缩孔等缺陷，导致材料的力学和耐磨耐蚀性能等出现