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多孔钽的制备及其工艺和性能的研究

作　者: 节云峰
导　师: 阮建明
学　校: 中南大学
专　业: 材料学
关键词: 多孔钽泡沫浸渍孔隙度力学性能烧结颈
分类号: TG146.416
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

金属钽具有优良的生物相容性和生物活性,近年来被广泛的予以重视和大量研究。然而,致密的钽材料由于比重大,弹性模量高等缺点,无法直接植入人体中。故设计和制造一类既具有优良的生物相容性和生物活性,又具有较好的力学性能且与人体骨微观结构相似的多孔钽金属材料的研究将成为研究热点。本论文的核心目标是采用有机泡沫浸渍的方法制备多孔钽。首先,应用不同浓度的聚乙烯醇溶液,使用不同孔径的有机泡沫作为模板来得到不同浸渍量的多孔钽坯体,从而获得最佳孔隙率的多孔钽。其次,使用高温高真空对多孔钽坯体进行烧结,通过采用不同的烧结温度、不同进行对比试验,优化多孔钽的力学性能,降低多孔钽中的碳、氧杂质含量。最后,利用流体静力学法测量多孔钽的孔隙度；采用电子万能试验机测试多孔钽的抗压强度、弯曲强度以及弹性模量；通过SEM、立式显微镜对多孔钽的孔隙形貌、微观组织结构及断面进行了分析和观察；采用CS-444型碳硫仪和TC-436型氮氧仪对多孔钽样品的碳、氧含量进行检测。研究结果表明：聚乙烯醇(PVA)的浓度对多孔钽的孔隙率有影响,随着浓度的增加,泡沫的浸渍量先增加后降低,而多孔钽的孔隙率则是先降低后增加；PVA的浓度为6%,浸渍量为448g能够得到最佳孔隙率；泡沫浸渍法制备出多孔钽具有与有机泡沫相似的三维连通孔隙结构。多孔钽随着孔隙率的增加,抗压强度、弯曲强度都在降低,弹性模量也逐渐变小,抵抗变形的能力变差；孔隙率约为60%的多孔钽的抗压强度为77.5MPa、弯曲强度为94.12MPa、弹性模量为2.8GPa,与人体骨小梁的力学性能相一致。随着烧结温度的提高,钽粉粒度的减小,烧结颈直径增大,力学性能随之提高；金属钽的断裂主要是解理断裂,断面呈现出河流花样,塑性变形所吸收的能量很低。碳和氧的含量随着烧结温度的升高和真空度的增加而呈递减趋势；碳、氧杂质元素在金属钽中形成间隙固溶体,使多孔钽的力学性能变差。

多孔钽的制备及其工艺和性能的研究

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