生物医用钛合金注射成形研究

发布时间：2022-02-18 10:21

　　钛及钛合金因其高比强度、低弹性模量、极佳的耐蚀性和生物相容性成为最有前景的生物医用材料。粉末注射成形较其他加工方式能够以较高的材料利用率实现形状复杂结构生物医用钛合金构件的大批量、近-净成形生产,但常用的蜡基注射料难以满足微型钛合金医疗构件的生产要求。本文以成形性好且粘结剂脱除高的水溶性钛合金注射料开发为基础,对高性能生物医用钛合金小/微型构件注射成形生产工艺开展研究。以热力学计算和微观形貌分析,确定了粘结剂体系为热力学不相容而工艺相容的特性,为利用两步脱粘工艺进行粘结剂脱除提供了理论依据。根据混合料粘度、强度和流变特性以及微观形貌分析确定了的聚乙二醇（PEG）:聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）:硬脂酸（SA）=86:12:2的最佳粘结剂组分;对不同装载量的混合料性能进行表征,确定了66%为混合料的最佳粉末装载量。开展了脱粘机制和脱粘工艺研究,利用菲克扩散定律建立PEG组分溶解脱除的数学模型,确定了不同厚度试样中PEG组分脱除率与脱粘时间的关系。以热脱粘后试样氧碳含量作为评价标准,研究了热脱粘工艺参数对脱粘效率的影响,优选出适当的脱粘工艺参数,实现了试样中粘结剂的低残余脱除。通过实验研究了... 

【文章来源】：钢铁研究总院北京市

【文章页数】：122 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 生物材料的基本性能要求
        1.2.1 生物医用金属材料的力学性能
        1.2.2 生物医用金属材料的耐蚀性和耐磨性
        1.2.3 生物医用金属材料的生物相容性
        1.2.4 生物医用金属材料的骨整合特性
    1.3 常用的生物医用金属材料种类
        1.3.1 生物医用材料中合金元素的选择
        1.3.2 常用的生物医用材料及其特点
    1.4 钛合金
        1.4.1 钛合金的分类和特点
        1.4.2 显微组织与力学性能
        1.4.3 钛合金的生物相容性
        1.4.4 钛合金的临床应用
    1.5 钛及钛合金的制备方法
        1.5.1 钛及钛合金传统制备方法
        1.5.2 钛及钛合金注射成形
    1.6 钛及钛合金注射成形的研究进展
        1.6.1 钛合金注射成形研究进展
        1.6.2 生物医用钛合金注射成形研究进展
        1.6.3 微注射成形研究进展
        1.6.4 注射成形烧结模拟的研究进展
    1.7 问题的提出及本文研究内容
第二章 实验与研究方法
    2.1 实验中所需原料和试剂
    2.2 实验仪器及设备
    2.3 基本工艺过程
    2.4 原材料及试样特性的测量与表征
        2.4.1 原材料性能测试
        2.4.2 试样中杂质元素含量分析
        2.4.3 注射料性能测试设备
        2.4.4 烧结试样性能测试
第三章 钛合金注射料开发
    3.1 引言
    3.2 实验过程
    3.3 粘结剂的组分计算
    3.4 注射料最优粉末装载量
    3.5 注射料的制备和性能
    3.6 小结
第四章 钛合金注射料脱粘过程研究
    4.1 引言
    4.2 实验内容
    4.3 溶剂脱粘
        4.3.1 溶剂脱粘的数学模型
        4.3.2 结果与讨论
    4.4 热脱粘
        4.4.1 脱粘工艺参数的制定
        4.4.2 热脱粘过程工艺参数对脱粘过程的影响
    4.5 小结
第五章 钛合金注射成形烧结工艺研究
    5.1 引言
    5.2 实验内容
    5.3 工艺参数对试样性能的影响
        5.3.1 烧结工艺参数对相对密度的影响
        5.3.2 烧结工艺对烧结件杂质元素含量的影响
        5.3.3 吸氧剂与承烧板对氧含量的影响
        5.3.4 烧结气氛的影响
    5.4 Ti6Al4V合金注射成形烧结工艺研究
    5.5 小结
第六章 钛合金注射成形烧结过程模拟
    6.1 引言
    6.2 烧结过程模型及参数标定
        6.2.1 烧结动力学模型
        6.2.2 模型参数标定
        6.2.3 模型参数标定计算
        6.2.4 粘稠度参数的标定计算
    6.3 烧结过程有限元模拟
    6.4 本章小结
第七章 注射成形纯钛生物医疗应用实例开发
    7.1 引言
    7.2 应用实例来源
    7.3 产品建模与模具制造
        7.3.1 产品建模
        7.3.2 计算机模拟辅助模具设计与制造
        7.3.3 计算机模拟辅助参数优化
        7.3.4 试样成形
    7.4 试样脱粘和烧结
        7.4.1 水脱粘
        7.4.2 热脱粘和烧结
    7.5 听骨假体传声性能测试
    7.6 小结
第八章 结论、创新点与展望
    8.1 结论
    8.2 创新点
    8.3 展望
参考文献
发表论文和参加科研情况
致谢


【参考文献】：
期刊论文
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[2]生物医用材料现状和发展趋势分析[J]. 姜闻博.  信息记录材料. 2018(03)
[3]新型生物医用钛合金组织与性能研究进展[J]. 麻西群,于振涛,牛金龙,余森,张亚峰,皇甫强.  生物医学工程与临床. 2013(06)
[4]注射成形钛合金粉末流变特性(英文)[J]. 王家惠,史庆南,吴承玲,席健.  Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2013(09)
[5]国外生物医用钛合金的发展现状[J]. 朱康平,祝建雯,曲恒磊.  稀有金属材料与工程. 2012(11)
[6]催化脱脂型粘结剂组分的相容性[J]. 刘文胜,龙路平,马运柱.  中国有色金属学报. 2012(07)
[7]生物医用钛合金发展和研究现状[J]. 吴义舟,郭爱红.  材料开发与应用. 2010(02)
[8]微注射成形制品质量影响因素分析[J]. 卢振,张凯锋.  机械工程学报. 2009(12)
[9]微注射成型工艺的实验研究[J]. 庄俭,吴大鸣,赵中里,张洪波.  化工学报. 2009(04)
[10]注射成型工艺参数对微结构零件复制度的影响[J]. 蒋炳炎,申瑞霞,沈龙江,胡建良.  光学精密工程. 2008(02)



本文编号：3630663