CN102825252A - 一种粉末冶金制造钛基医学材料的方法 - Google Patents

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Abstract

一种粉末冶金制造钛基医学材料的方法，涉及一种粉末冶金成形工艺，所述方法包括以下过程：将钛粉或钛合金粉与合金粉末混匀后，压制成块体，利用CAD/CAM即计算机辅助设计与制造系统，在钛粉或钛合金粉的块体中精确的设计和加工出制品的形状，经过烧结制备出近净成形的钛及钛合金制品。可以提高钛合金材料的利用率，降低生产成本。本发明生产出高产量、低成本近成形制品，这种方法基本上不需要进一步加工或精整，可以很好地控制尺寸，且制品的稳定性极好，而且均匀性和机械性能可以完全得到保证。

Description

一种粉末冶金制造钛基医学材料的方法
技术领域
本发明涉及一种粉末冶金成形工艺，特别是涉及一种粉末冶金制造钛基医学材料的方法。
背景技术
钛及钛合金具有优异的性能, 在国防和民用领域均得到了广泛的应用。随着国民经济, 特别是航空航天、汽车制造、兵器及舰船等行业的高速发展,对钛材的需求量日益增加。由于钛的提取、熔炼和加工困难, 钛锭的生产成本约为同质量钢锭的30倍, 铝锭的6倍, 而再加工成航空航天用零部件费用更大。因此, 降低钛及钛合金成本是进一步扩大钛的应用领域和用量的重要途径。
但是钛合金材料生产成本高, 采用近净成形工艺可以提高钛合金材料的利用率, 降低生产成本。当前钛行业的研究焦点是开发新工艺、新技术，降低钛材的生产成本。
粉末冶金( P /M) 技术是一种生产近成形零部件的高产量、低成本方法，这种方法基本上不需要进一步加工或精整，可以很好地控制尺寸，且零部件的稳定性极好，而且均匀性和机械性能可以完全得到保证。采用先进的粉末冶金技术制备Ti 粉末冶金零件，不仅可以极大地降低成本，而且有助于Ti 及其合金在航空航天、汽车制造、兵器及舰船工业中的推广。
目前，主要粉末成形技术有混合元素法( BE) 、金属注射成形( MIM) 和温压成形技术。
钛注射成形
元素粉末混合法是将元素粉末按合金的成分配比混合, 制得合金粉。为了提高该合金粉末的成形性, 可在氢化脱氢纯钛粉中混入一定比例的气体雾化粉。此方法制备合金粉末价格相对低廉。
预合金化粉制备方法中气体雾化法是能够进行批量生产的廉价方法。该方法是将棒状的钛合金端部在高频感应炉中加热熔化, 并向熔融的合金液喷射高速流动的惰性气体, 从而得到与原合金组成相同的球形粉末的一种方法。元素粉末混合法生产的合金粉末价格低廉, 容易成形, 且工艺成熟,因此, 有着更为广泛的市场前景。
钛及钛合金注射成形技术的主要阻碍有：（1）低氧球形钛粉末的价格高；（2）粘结剂的选择和去除工艺；(3) 间隙元素的去除等
温压成形。
2001 年德国的Fraunhofer 研究所率先开发出了流动温压工艺，该技术以粉末冶金温压工艺为基础，并结合了金属注射成形的优点，通过加入适量的微粉和提高润滑剂( 或粘结剂) 含量，提高了混合粉末的流动性、填充性能和成形能力，从而可用于制造复杂几何形状( 如侧凹、螺纹孔等) 的零件，具有非常广阔的发展前景。
流动温压技术既克服了传统粉末冶金技术在成形复杂几何零件中的不足, 又避免了金属注射成形技术的高成本, 是一项极有发展潜力的新技术, 具有广阔的应用前景。流动温压技术的优点主要在于( 1) 可以成形传统粉末冶金技术难以完成的复杂零件；( 2) 压坯的密度高, 而且由于粉末的良好流动性, 压坯密度更加均匀；( 3) 具有良好烧结性能的粉末均可采用流动温压技术；( 4) 与传统粉末冶金成形及注射成形相比，流动温压技术既简化了生产工艺，又大大降低了制造成本。
     但流动温压技术的模具加工困难，并且需要加热，模具易于变形，不适合单件制品，特别不适合用于人体的器官的单件精确加工。同时钛的切削性及磨削性等机械加工性能差，因此机加工时间长，加工刀具寿命也短。近年来，牙科修补越来越多地采用牙科CAD/CAM 技术。由于上述原因，钛几乎不能应用于牙科CAD/CAM。
因此，采用CAD/CAM 技术，经过粉末冶金的方法，直接制备近净成形的钛基医用材料，可大大降低钛基医用材料的生产成本。
发明内容
本发明的目的在于提供一种粉末冶金制造钛基医学材料的方法。将钛粉或钛合金粉与各种合金粉末混合后，压制成形，使用CAD/CAM系统在压制成形的钛粉或钛合金粉中精确加工出制品的形状，经过烧结制备出近净成形的医用钛及钛合金制品。实现医用钛合金的近净成形，有效降低医用钛合金的成本。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种粉末冶金制造钛基医学材料的方法，其所述方法包括以下过程：将钛粉或钛合金粉与合金粉末混匀后，压制成块体，利用 CAD/CAM即计算机辅助设计与制造系统，在钛粉或钛合金粉的块体中精确的设计和加工出制品的形状，经过烧结制备出近净成形的钛及钛合金制品。
所述的一种粉末冶金制造钛基医学材料的方法，其所述方法应根据所需制品的使用形状，按照制品从素坯到成品收缩情况，采用CAD/CAM技术，在压制成形的钛粉或钛合金粉的块体中精确的设计和加工出制品的形状。
所述的一种粉末冶金制造钛基医学材料的方法，其所述钛及钛合金制品包括钛及钛合金牙齿、钛及钛合金关节、钛合金头骨及适合单件生产的制品。
本发明的优点与效果是：
本发明可省去模具的制备，实现无模具生产近净成形的钛及钛合金制品，生产出高产量、低成本近成形制品，这种方法基本上不需要进一步加工或精整，可以很好地控制尺寸，且制品的稳定性极好，而且均匀性和机械性能可以完全得到保证。
附图说明
图1为一种粉末冶金制造钛基医学材料的方法工艺流程图之一；
图2为一种粉末冶金制造钛基医学材料的方法工艺流程图之二；
图3为一种粉末冶金制造钛基医学材料的方法工艺流程图之三。
具体实施方式
下面结合附图所示实施例对本发明进行详细说明。
图1为一种粉末冶金制造钛基医学材料的方法工艺流程图之一：
选用粒度为0.01-50μm的钛粉及钛合金粉，加入分散剂，把钛粉、合金粉和分散剂在乙醇中机械球磨混合均匀，经等静压压制成块体，块体成型的压力在为1-150MPa，然后根据患者牙齿的尺寸和形状，按照制品从素坯到成品收缩情况，运用Mimics10.01软件，采用CAD/CAM技术，在压制成形的钛合金块体中精确加工出钛合金牙齿制品的形状，升温速率为2-20℃/min，经过真空烧结、热处理等工序，制造出与患者相匹配的钛及钛基合金牙齿。
图2为一种粉末冶金制造钛基医学材料的方法工艺流程图之二：
选用粒度为0.01-50μm的钛粉和合金粉，加入分散剂，把钛粉、合金粉和分散剂在氢气中机械球磨混合均匀，经等静压压制成块体，块体成型的压力在为1-150MPa，然后根据患者关节的尺寸和形状，按照制品从素坯到成品收缩情况，运用Mimics10.01软件，采用CAD/CAM技术，在压制成形的钛合金块体中精确加工出钛合金关节制品的形状，升温速率为2-20℃/min，经过燃烧合成、热处理等工序，制造出与患者相匹配的钛合金关节。
图3为一种粉末冶金制造钛基医学材料的方法工艺流程图之三：
选用粒度为0.01-50μm的钛粉和合金粉，加入分散剂，把钛粉、合金粉和分散剂在氢气中机械球磨混合均匀，经等静压压制成块体，块体成型的压力在为1-150MPa，然后根据患者头骨的尺寸和形状，按照制品从素坯到成品收缩情况，运用Mimics10.01软件，采用CAD/CAM技术，在压制成形的钛合金块体中精确加工出钛合金头骨制品的形状，升温速率为2-20℃/min，经过燃烧合成、热处理等工序，制造出与患者相匹配的钛合金头骨。

Claims (3)

1.一种粉末冶金制造钛基医学材料的方法，其特征在于，所述方法包括以下过程：将钛粉或钛合金粉与合金粉末混匀后，压制成块体，利用 CAD/CAM即计算机辅助设计与制造系统，在钛粉或钛合金粉的块体中精确的设计和加工出制品的形状，经过烧结制备出近净成形的钛及钛合金制品。
2.根据权利要求1所述的一种粉末冶金制造钛基医学材料的方法，其特征在于，所述方法应根据所需制品的使用形状，按照制品从素坯到成品收缩情况，采用CAD/CAM技术，在压制成形的钛粉或钛合金粉的块体中精确的设计和加工出制品的形状。
3.根据权利要求1所述的一种粉末冶金制造钛基医学材料的方法，其特征在于，所述钛及钛合金制品包括钛及钛合金牙齿、钛及钛合金关节、钛合金头骨及适合单件生产的制品。
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