放电等离子烧结制备羟基磷灰石和TC4复合材料性能研究

发布时间：2017-04-27 23:07

  本文关键词：放电等离子烧结制备羟基磷灰石和TC4复合材料性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着人们对于植入材料的要求越来越高,TC4合金逐渐受到重视。但是,TC4合金和人体硬组织的弹性模量不匹配且其耐磨性能较差,限制了其发展。羟基磷灰石是人和动物骨组织的主要无机组成部分,具有优异的生物相容性。但是羟基磷灰石较差的力学性能让其应用范围大大缩小。本文主要结合两种材料的优异性能,通过机械合金化使羟基磷灰石均匀包覆在TC4表面对其进行表面改性,同时改变烧结温度和羟基磷灰石的含量,尝试制备出低弹性模量和耐磨性较好的TC4/HA复合材料。本文主要制备了两种成分组成的复合材料:TC4+5%HA和TC4+10%HA。机械合金化的包覆情况表明,在球磨4个小时后羟基磷灰石的包覆情况最好,两种粉体的尺寸没有明显变化,球磨过程中没有发生任何反应。烧结温度为600℃-450℃时,所制备的TC4/HA复合材料烧结程度良好。烧结过程中没有出现新相,即没有发生任何反应。经过真空度曲线的检测得出的结果和XRD相分析的结果一样,都证明了羟基磷灰石在烧结过程中没有发生反应,且收缩率曲线也表明了羟基磷灰石和烧结温度对复合材料的致密度有很大影响。对TC4/HA复合材料的力学性能检测可知,TC4/HA复合材料的显微硬度相差不大,说明羟基磷灰石分布比较均匀达到预期结果。随着TC4/HA复合材料致密度降低其压缩强度和弹性模量也相应减小。TC4/HA复合材料的最低压缩强度和最低弹性模量分别为192.26MPa、8.718GPa。TC4/HA复合材料的压缩曲线没有屈服阶段,在压缩过程中直接脆性断裂。对TC4/HA复合材料进行电化学检测可知,TC4/HA复合材料的击穿电压大于植入材料所要求的500mV,保证了其植入的安全性,通过塔菲尔和交流阻抗分析可知TC4/HA复合材料的最低自腐蚀电位和极化电阻值,分别为-1.1062V、1.150×103ohm。同时模拟出复合材料的等效电路图是R(RC)型。通过对TC4/HA复合材料的磨损形貌分析可知其磨损机理是磨粒磨损和氧化磨损两种方式。通过摩擦系数和磨损体积的检查可知,TC4+10%HA烧结温度为600℃时复合材料的摩擦系数最小为0.1254,此时的磨损体积也是最小的为60.422mm3,因此其耐磨性能最好。
【关键词】：TC4 HA 复合材料 烧结
【学位授予单位】：长春工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB333;R318.08
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 绪论8-22
• 1.1 生物医用材料的概念8
• 1.2 人体硬组织8-11
• 1.2.1 人体骨骼9
• 1.2.2 牙釉质9
• 1.2.3 人体硬组织的力学性能9-11
• 1.3 生物医用材料11-14
• 1.3.1 金属生物医用材料11-12
• 1.3.2 生物医用陶瓷材料12
• 1.3.3 生物医用高分子材料12-13
• 1.3.4 生物医用复合材料13-14
• 1.4 Ti/HA生物复合材料的制备方法14-18
• 1.4.1 等离子体技术14
• 1.4.2 磁控溅射14
• 1.4.3 离子注入与沉积14-15
• 1.4.4 溶胶-凝胶15
• 1.4.5 电泳沉积15-16
• 1.4.6 粉末冶金16
• 1.4.7 微弧氧化16-17
• 1.4.8 涂覆-烧结法17
• 1.4.9 生物矿化法17-18
• 1.5 粉体表面改性18-19
• 1.5.1 化学包覆18
• 1.5.2 物理涂覆18
• 1.5.3 机械力化学18-19
• 1.6 现代粉末冶金技术19-20
• 1.6.1 机械合金化19
• 1.6.2 放电等离子烧结19-20
• 1.7 生物医用材料的发展趋势20
• 1.8 本课题的研究内容20-22
• 第二章 实验材料和实验方法22-25
• 2.1 实验用原材料22
• 2.2 实验方法22-23
• 2.2.1 实验流程22-23
• 2.2.2 高能球磨机23
• 2.2.3 放电等离子烧结机23
• 2.3 测试方法23-25
• 2.3.1 密度的测试23
• 2.3.2 显微组织及相分析23
• 2.3.3 维氏硬度23-24
• 2.3.4 压缩强度24
• 2.3.5 电化学检测24
• 2.3.6 摩擦磨损24-25
• 第三章 TC4/HA复合材料的制备25-34
• 3.1 复合材料成分设计25
• 3.2 机械合金化25-27
• 3.2.1 球磨形貌25-26
• 3.2.2 球磨后粉体的相组成26-27
• 3.3 放电等离子烧结27-33
• 3.3.1 烧结参数27-28
• 3.3.2 烧结曲线28-29
• 3.3.3 烧结结果29-33
• 3.4 本章小结33-34
• 第四章 TC4/HA复合材料的性能34-49
• 4.1 TC4/HA复合材料显微硬度34-35
• 4.2 TC4/HA复合材料的密度35
• 4.3 TC4/HA复合材料压缩性能35-37
• 4.4 TC4/HA复合材料的电化学性能37-42
• 4.5 TC4/HA复合材料的磨损性能42-47
• 4.6 本章小结47-49
• 结论49-50
• 致谢50-51
• 参考文献51-57
• 作者简介57
• 攻读硕士学位期间研究成果57

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本文编号：331607