CN104212993A - 一种多孔钛合金材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种多孔钛合金材料的制备方法，属于多孔材料的制备技术领域。本发明所述方法可以根据自己的需求来设计多孔钛合金材料。根据实际需求，通过早期的三维数字模型设计步骤，来控制孔隙分布、孔径大小，从而改善因孔隙数目、大小分布不均而引起多孔钛合金力学性能不稳定的问题。使其真正实现按需生产，合理利用，杜绝浪费。本发明从根本上解决了现有多孔材料的制备方法存在的孔径尺寸难控制、工艺复杂、发泡过程困难、成本高的特点。本发明除了通过早期三维数字模型的设计来控制多孔钛合金的性能外，它还可以通过后期凝胶注模过程来控制多孔钛合金的力学性能和物理性能。
Description
技术领域
一种多孔钛合金材料的制备方法，属于多孔材料的制备技术领域。
背景技术
随着社会经济的发展及人均生活水平的提高，人类对医疗康复事业格外重视。生物医用材料及其制品的社会需求也越来越大。目前临床上广泛使用的骨折内固定器材多由不锈钢及钛合金制造。其中，在合金中，钛及钛合金材料具有重量轻、比强度高，较高的弹性模量。当把它直接作为植入体植入到机体中时，在外界应力的作用下，因植入体与机体之间的力学性能差别太大，则会影响机体组织的愈合。为了解决这一问题，人们做出了进一步的研究。
考虑到人骨的多孔特性，且多孔金属在强度、重量及弹性模量等方面具有最合理的组合，使其与人体硬组织更加匹配，避免产生应力屏蔽，使植入物的固定更加安全可靠，因此把医用钛合金材料制成多孔材料，使得钛合金材料表面有具有一定的孔隙率及孔径，有利于诱导骨组织的长入及便于生物体营养成分的传输，从而提高了医用金属材料的生物力学相容性和生物活性相容性，提高了机体组织的愈合能力。因此制备高强度，低弹性模量及高孔隙率的多孔钛合金成为当今医用材料研究的热点。
多孔结构的钛种植体为骨组织长入孔隙，实现生物固定创造了结构条件，但影响骨整合的因素较多，其中孔径、孔隙度、连通性等孔结构参数是影响骨整合的重要因素之一。许多学者研究了骨组织在具有不同孔径的多孔材料上的生长情况，并且一致认为最适宜骨长入的孔径为100-400μm。体外细胞试验发现三维多孔支架平均孔径大小影响细胞的增殖，而对增殖和基质矿化影响不大。大孔径的连通孔结构有利于骨组织的分化，而狭窄孔径的多孔钛妨碍组织分化。三维连通结构可以使得骨组织长入植入物的内部孔隙，从而使骨组织和植入物获得牢固的生理性骨骼固定。多孔钛的孔隙率在一定范围（30％-90％）内越高就越有利于组织的长入，但随着孔隙率的升高，多孔钛的力学性能锐减以至于无法满足硬组织替换材料的承力需求，因此多孔钛的难题就在于制备高强度高孔隙率的多孔钛。
多孔钛合金材料的制备方法很多，主要有粉末冶金、注射成形、浆料发泡法、钛珠钎焊、凝胶注模、快速成形法和钛丝缠绕法等方法。其中，粉末冶金压制法制备多孔金属材料的生产工艺简单、成本低并且能够得到组织结构均匀的多孔金属材料，但是难以获得复杂形状制件，孔隙度较低，并且模具成本较高、小规模生产成本高；浆料发泡法可获得较高孔隙度，缺点是难于控制气泡大小，故难以获得孔径分布均匀的多孔材料，并且难以获得复杂形状。凝胶注模成型技术的特点之一是可以通过改变料浆的固相含量来控制材料的孔隙度和力学性能，容易获得复杂形状、大尺寸制件，并且模具成本低廉。因此，将凝胶注模成型技术应用于多孔钛材料的成型，可以实现高孔隙度、高开孔率、孔洞宏观分布均匀的复杂形状大件医用多孔钛植入材料的生产。对水基丙烯酰胺体系凝胶注模成型多孔钛材料的关键工艺进行了研究，最终通过控制凝胶注模成型及烧结各项工艺参数，制得孔隙、力学性能与自然骨基本匹配的复杂形状多孔钛材料。
申请号为200610046258.0的 发明专利公布了一种涉及医用多孔钛植入体和以钛丝或钛合金制备生物医用多孔钛植入体方法，其孔结构完全为开孔结构，孔隙度为大于40%最大可以达到80%。梁芳慧等采用钛珠钎焊法制备了钛合金钎焊表面三维连通多孔层，其孔径均大于100μm最大可达300μm能够满足骨细胞长入的要求。李艳等采用凝胶注模成形工艺制备了大尺寸、复杂形状医用三维连通多孔钛植入材料，孔隙度为46.5％、开孔隙度为40.7％，抗压强度为158.6MPa、弹性模量为8.5GPa，与自然骨基本匹配，适合作为人造骨替代材料。Marco A采用快速成形工艺制备了三维连通孔径为600μm的多孔钛合金。这种多孔钛合金有助于骨生长。但这种材料的力学性能是否能满足人工关节的需要，还需进一步验证。
发明内容
本发明的目在于提供一种最新的生物医用多孔钛合金材料的制备方法；本发明根据需求通过早期的CAD设计步骤，控制孔隙分布、孔径大小，从而改善因孔隙数目、大小分布不均而引起多孔钛合金力学性能不稳定的问题；使其真正实现按需生产，合理利用，杜绝浪费。
本发明所述多孔钛合金材料的制备方法，具体包括以下步骤：
（1）设计钛合金多孔结构的三维数字模型和浇注模具的三维数字模型，采用快速成形技术加工得到钛合金多孔结构的三维数字模具和浇注模具的三维数字模具，其中，多孔钛合金塑料模具的孔隙与孔隙之间的距离为0.5~5mm、孔径为0.1~1mm，孔隙率为20%~80%；浇注模具的三维数字模型尺寸结构如下：侧面壁厚为2~6mm，上下壁厚为2~4mm，浇注口直径Φ为0.8mm；
（2）按单体丙烯酰胺、交联剂N，N’—亚甲基双丙烯酰胺、分散剂柠檬酸铵的质量比40:2:1~70:5:1的比例将单体丙烯酰胺、交联剂N，N’—亚甲基双丙烯酰胺、分散剂柠檬酸铵加入蒸馏水中，搅拌混合后制备成均匀透明的预混液；
（3）将金属混合粉料与预混液按质量比为3:7~7:3的比例混合，然后放到球磨机上球磨0.5h~3h后得到低粘度浆料；
（4）在浆料中加入氨水调节pH值为7~10，然后加入引发剂过磷酸铵水溶液，搅拌均匀后注入塑料浇注模具，然后在30~50℃下保温5min~30min固化成形，其中，引发剂过磷酸铵水溶液的质量百分比为10%~16%，过磷酸铵水溶液的加入量为浆料总体积的1%~4%。
（5）将固化成形后的固态样品在30~50℃的烘干箱里干燥2~6h，然后在常温下干燥15~28h，再升温至20~50℃继绫干燥，直到坯体的含水量小于10Wt%；
（6）将步骤（5）中得到的胚体在真空烧结炉中进行烧结，烧结温度为1000~1400℃，保温时间为3~6h，最后随炉冷却得到多孔钛合金，其中，室温~300℃时，升温速率为4~6℃/min，300℃~800℃时，升温速率为5~10℃/min，800℃~烧结温度时，升温速率为5~10℃/min。
本发明金属原料粉末可以根据自己所制备的钛合金选用不同的金属粉料，如：制备TC4时选用铝粉、钛粉、钒粉；制备Ti-5Al-2.5Sn钛合金时，选用钛粉、铝粉、锡粉；制备Ti-2Al-2.5Zr钛合金是，选用钛粉、铝粉、锆粉等等。
本发明的有益效果：
（1）多孔钛合金的孔隙尺寸及分布除了可以通过发泡剂的含量、烧结工艺等参数控制以外，还可以通过早期的CAD结构模型设计来调节孔隙大小，还能使孔隙分布更均匀；
（2）本发明的可控性高，有利于控制，可以用于多种多孔钛合金制备，应用范围较广。
附图说明
图1 凝胶注模法制备mm级三维连通多孔钛合金的工艺流程图；
图2 多孔钛合金三维数字模型；
图3 多孔钛合金二维结构；
图4 凝胶注模制备多孔钛合金结构。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步描述，但本发明的保护范围并不限于所述内容。
实施例1
本实施例所述方法用于制备TC4(Ti-6Al-4V)多孔钛合金材料，如图1所示，具体包括以下步骤：
（1）采用CAD设计钛合金多孔结构的三维数字模型和浇注模具的三维数字模型，采用快速成形技术加工得到钛合金多孔结构模具（如图2~3所示）和浇注模具，其中，多孔钛合金塑料模具为直径Φ为10mm、高度H为3mm的圆柱体，而孔隙与孔隙之间的距离为0.5mm、孔径为0.1mm，孔隙率为80%；浇注模具的三维数字模型尺寸结构如下：直径Φ为20mm，高H为8mm，侧面壁厚为2mm，上下壁厚为2mm，浇注口直径Φ为0.5mm；所述钛合金多孔结构模具位于浇注模具的内部（如图4所示）；
（2）按单体丙烯酰胺、交联剂N，N’—亚甲基双丙烯酰胺、分散剂柠檬酸铵的质量比40:2:1的比例将单体丙烯酰胺、交联剂N，N’—亚甲基双丙烯酰胺、分散剂柠檬酸铵加入蒸馏水中，搅拌混合后制备成均匀透明的预混液；
（3）本实施例中所采用的金属粉末为钛粉、铝粉、钒粉，三种粉末加入的摩尔比为1:6:4，三种金属原料粉末混合均匀后，混合均匀的金属原料粉末与预混液的按质量比为3:7的比例混合，然后放到球磨机上球磨0.5h后得到低粘度浆料；
（4）在浆料中加入氨水调节pH值为7，然后加入引发剂过磷酸铵水溶液，搅拌均匀后注入塑料浇注模具，然后在30℃下保温5min固化成形，其中，引发剂过磷酸铵水溶液的质量百分比为10%，过磷酸铵水溶液的加入量为浆料总体积的1%；
（5）将固化成形后的固态样品在30℃的烘干箱里干燥2h，然后在常温下干燥15h，再升温至20℃继绫干燥，直到坯体的含水量小于10Wt%；
（6）将步骤（5）中得到的胚体在真空烧结炉中进行烧结，烧结温度为1000℃，保温时间为6h，最后随炉冷却得到多孔钛合金其中，其中，室温~300℃时，升温速率为4℃/min，300℃~800℃时，升温速率为5℃/min，800℃~1000℃，升温速率为5℃/min，最后随炉冷却得到mm级三维连通多孔TC4钛合金。
本实施例所述方法制备得到的多孔TC4钛合金的孔隙率为72%，压缩强度为18.74MPa，孔径大小为90μm。
实施例2
本实施例所述方法用于制备多孔钛合金材料，具体包括以下步骤：
（1）采用CAD设计钛合金多孔结构的三维数字模型和浇注模具的三维数字模型，采用快速成形技术加工得到钛合金多孔结构模具和浇注模具，其中，多孔钛合金塑料模具为直径Φ为500mm、高度H为450mm的圆柱体，而孔隙与孔隙之间的距离为5mm、孔径为0.5mm，孔隙率为60%；浇注模具的三维数字模型尺寸结构如下：直径Φ为700mm，高H为680mm，侧面壁厚为20mm，上下壁厚为18mm，浇注口直径Φ为20mm；所述钛合金多孔结构模具位于浇注模具的内部（如图4所示）；
（2）按单体丙烯酰胺、交联剂N，N’—亚甲基双丙烯酰胺、分散剂柠檬酸铵的质量比30:4:1的比例将单体丙烯酰胺、交联剂N，N’—亚甲基双丙烯酰胺、分散剂柠檬酸铵加入蒸馏水中，搅拌混合后制备成均匀透明的预混液；
（3）本实施例中所采用的金属粉末为钛粉、铝粉、锡粉，三种粉末加入的摩尔比为1:5:2.5，三种金属原料粉末混合均匀后，混合均匀的金属原料粉末与预混液的按质量比为3:7的比例混合，然后放到球磨机上球磨上球磨3h后得到低粘度浆料；
（4）在浆料中加入氨水调节pH值为10，然后加入引发剂过磷酸铵水溶液，搅拌均匀后注入塑料浇注模具，然后在20℃下保温15min固化成形，其中，引发剂过磷酸铵水溶液的质量百分比为12%，过磷酸铵水溶液的加入量为浆料总体积的3%；
（5）将固化成形后的固态样品在40℃的烘干箱里干燥5h，然后在常温下干燥20h，再升温至30℃继绫干燥，直到坯体的含水量小于10Wt%；
（6）将步骤（5）中得到的胚体在真空烧结炉中进行烧结，烧结温度为1200℃，保温时间为3~6h，最后随炉冷却得到多孔钛合金其中，其中，室温~300℃时，升温速率为6℃/min，300℃~800℃时，升温速率为8℃/min，800℃~1200℃时，升温速率为8℃/min，最后随炉冷却得到mm级三维连通多孔Ti-5Al-2.5Sn钛合金。
本实施例所述方法制备得到的Ti-5Al-2.5Sn钛合金的孔隙率为57.3%，压缩强度为29.4MPa，孔径大小为445μm。
实施例3
本实施例所述方法用于制备多孔钛合金材料，具体包括以下步骤：
（1）采用CAD设计钛合金多孔结构的三维数字模型和浇注模具的三维数字模型，采用快速成形技术加工得到钛合金多孔结构模具和浇注模具，其中，多孔钛合金塑料模具为直径Φ为240mm、高度H为220mm的圆柱体，而孔隙与孔隙之间的距离为3mm、孔径为1mm，孔隙率为20%；浇注模具的三维数字模型尺寸结构如下：直径Φ为260mm，高H为236mm，侧面壁厚为10mm，上下壁厚为8mm，浇注口直径Φ为10mm；所述钛合金多孔结构模具位于浇注模具的内部（如图4所示）；
（2）按单体丙烯酰胺、交联剂N，N’—亚甲基双丙烯酰胺、分散剂柠檬酸铵的质量比70:5:1的比例将单体丙烯酰胺、交联剂N，N’—亚甲基双丙烯酰胺、分散剂柠檬酸铵加入蒸馏水中，搅拌混合后制备成均匀透明的预混液；
（3）本实施例中所采用的金属粉末为钛粉、铌粉、锆粉，三种粉末加入的摩尔比为1:1:1，三种金属原料粉末混合均匀后，混合均匀的金属原料粉末与预混液的按质量比为3:7的比例混合，然后放到球磨机上球磨2h后得到低粘度浆料；
（4）在浆料中加入氨水调节pH值为8，然后加入引发剂过磷酸铵水溶液，搅拌均匀后注入塑料浇注模具，然后在50℃下保温30min固化成形，其中，引发剂过磷酸铵水溶液的质量百分比为16%，过磷酸铵水溶液的加入量为浆料总体积的4%；
（5）将固化成形后的固态样品在50℃的烘干箱里干燥6h，然后在常温下干燥28h，再升温至50℃继绫干燥，直到坯体的含水量小于10Wt%；
（6）将步骤（5）中得到的胚体在真空烧结炉中进行烧结，烧结温度为1400℃，保温时间为3h，最后随炉冷却得到多孔钛合金其中，其中，室温~300℃时，升温速率为5℃/min，300℃~800℃时，升温速率为10℃/min，800℃~烧结温度时，升温速率为10℃/min，最后随炉冷却得到mm级三维连通多孔Ti-Ni-Zr钛合金。
本实施例所述方法制备得到的多孔Ti-Ni-Zr钛合金的孔隙率为18.8%，压缩强度为93.4MPa，孔径大小为920μm。
实施例4
本实施例所述方法用于制备多孔钛合金材料，具体包括以下步骤：
（1）使用CAD设计钛合金多孔结构的三维数字模型和浇注模具的三维数字模型，采用快速成形技术加工得到钛合金多孔结构模具和浇注模具，其中，多孔钛合金塑料模具为直径Φ为20mm，高度H为10mm的圆柱体，而孔隙与孔隙之间的距离1mm，孔径为0.3mm左右，孔隙率为40%；浇注模具的结构尺寸：直径Φ为30mm，高H为18mm，侧面壁厚为4.6mm，上下壁厚为2.5mm，浇注口直径Φ为0.8mm；钛合金多孔结构模具位于浇注模具的内部（如图4所示）；
（2）按单体丙烯酰胺、交联剂N，N’—亚甲基双丙烯酰胺、分散剂柠檬酸铵的质量比45:5:2的比例将单体丙烯酰胺、交联剂N，N’—亚甲基双丙烯酰胺、分散剂柠檬酸铵加入蒸馏水中，搅拌混合后制备成均匀透明的预混液；
（3）本实施例中所采用的金属粉末为钛粉、铝粉、锆粉，三种粉末加入的摩尔比为1:2:2.5，三种金属原料粉末混合均匀后，金属混合原料粉末与预混液按质量比为5:5的比例混合，然后在球磨机上球磨2h后得到低粘度浆料；
（4）球磨好的浆料需加入氨水调节料浆的pH为8，搅拌均匀后注入塑料模中，浆料在40℃的保温环境下，在引发剂作用下发生凝胶反应而固化成形；
（5）将成形并有一定弹性的固态样品先放在40℃的烘干箱里干燥4h，然后在常温下干燥25h，再升温至50℃继绫干燥，直到坯体的含水率小于10Wt%；
将干燥好的坯体放在真空烧结炉烧结，烧结的温度为1400℃，其中，室温~300℃时，升温速率为5℃/min，300℃~800℃时，升温速率为8℃/min，800℃~1400℃时，升温速率为5℃/min，并在1400℃时保温4h。
最后随炉冷却等到mm级三维连通多孔Ti-2Al-2.5Zr钛合金。
本实施例获得的多孔Ti-2Al-2.5Zr钛合金孔隙率为35%，压缩强度为45MPa，孔径为260μm。
实施例5
本实施例所述方法用于制备多孔钛合金材料，具体包括以下步骤：
（1）使用CAD设计钛合金多孔结构的三维数字模型和浇注模具的三维数字模型，采用快速成形技术加工得到钛合金多孔结构模具和浇注模具，其中尺寸结构如下：塑料模具为直径Φ为20mm，高度H为10mm的圆柱体，而孔隙与孔隙之间的距离1mm，孔径为0.3mm左右，孔隙率为50%；浇注模具的结构尺寸：直径Φ为30mm，高H为18mm，侧面壁厚为4.6mm，上下壁厚为2.5mm，浇注口直径Φ为0.8mm，钛合金多孔结构模具位于浇注模具的内部（如图4所示）；
（2）按单体丙烯酰胺、交联剂N，N’—亚甲基双丙烯酰胺、分散剂柠檬酸铵的质量比45:5:2的比例将单体丙烯酰胺、交联剂N，N’—亚甲基双丙烯酰胺、分散剂柠檬酸铵加入蒸馏水中，搅拌混合后制备成均匀透明的预混液；
（3）本实施例中所采用的金属粉末为钛粉、钼粉、镍粉，三种粉末加入的摩尔比为1:1:1，三种金属原料粉末混合均匀后，金属混合原料粉末与预混液按质量比为5:5的比例混合，然后在球磨机上球磨2h后得到低粘度浆料；
（4）球磨好的浆料需加入氨水调节料浆的pH为9，搅拌均匀后注入塑料模具中，浆料在40℃的保温环境下，在引发剂作用下发生凝胶反应而固化成形；
（5）将成形并有一定弹性的固态样品先放在40℃的烘干箱里干燥4h，然后在常温下干燥24h，再升温至50℃继绫干燥，直到坯体的含水率小于10Wt%；
（6）将干燥好的坯体放在真空烧结炉烧结，烧结的温度为1400℃，其中，室温~300℃时，升温速率为5℃/min，300℃~800℃时，升温速率为8℃/min，800℃~1400℃时，升温速率为5℃/min，并在1400℃时保温4h。
（7）最后随炉冷却等到mm级三维连通多孔Ti-Mo-Ni钛合金。
本实施例获得的多孔Ti-Mo-Ni钛合金孔隙率为46%，压缩强度为38MPa，孔径大小为230μm。
Claims (7)
1.一种多孔钛合金材料的制备方法，其特性在于，具体包括以下步骤：
（1）设计钛合金多孔结构的三维数字模型和浇注模具的三维数字模型，采用快速成形技术加工得到钛合金多孔结构模具和浇注模具；
（2）将单体丙烯酰胺、交联剂N，N’—亚甲基双丙烯酰胺、分散剂柠檬酸铵加入蒸馏水中，搅拌混合后制备成均匀透明的预混液；
（3）将金属原料粉末混合均匀后加入到已制备好的预混液中，然后在球磨机上球磨0.5h~3h后得到低粘度浆料；
（4）在浆料中加入氨水调节pH值为7~10，然后加入引发剂过磷酸铵水溶液，搅拌均匀后注入浇注模具，然后在30~50℃下保温5min~30min固化成形；
（5）将固化成形后的固态样品在30~50℃的烘干箱里干燥2~6h，然后在常温下干燥15~28h，再升温至20~50℃继绫干燥，直到坯体的含水量小于10Wt%；
（6）将步骤（5）中得到的坯体在真空烧结炉中进行烧结，其中，烧结温度为1000~1400℃，保温时间为3~6h，最后随炉冷却得到多孔钛合金材料。
2.根据权利要求1所述多孔钛合金材料的制备方法，其特性在于：步骤（1）中所述多孔钛合金塑料模具的孔隙与孔隙之间的距离为0.5~5mm、孔径为0.1~1mm，孔隙率为20%~80%。
3.根据权利要求1所述多孔钛合金材料的制备方法，其特性在于：步骤（1）中所述浇注模具的三维数字模型尺寸结构如下：侧面壁厚为2~20mm，上下壁厚为2~18mm，浇注口直径Φ为0.5~20mm。
4.根据权利要求1所述多孔钛合金材料的制备方法，其特性在于：步骤（2）所述的单体丙烯酰胺、交联剂N，N’—亚甲基双丙烯酰胺、分散剂柠檬酸铵的质量比40:2:1~70:5:1。
5.根据权利要求1所述多孔钛合金材料的制备方法，其特性在于：步骤（3）所述金属原料粉末与预混液的质量比为3:7~7:3。
6.根据权利要求1所述多孔钛合金材料的制备方法，其特性在于：步骤（4）中引发剂过磷酸铵水溶液的质量百分比为10%~16%，过磷酸铵水溶液的加入量为浆料总体积的1%~4%。
7.根据权利要求1所述多孔钛合金材料的制备方法，其特性在于：步骤（6）中所述烧结过程中，室温~300℃时，升温速率为4~6℃/min，300℃~800℃时，升温速率为5~10℃/min，800℃~烧结温度时，升温速率为5~10℃/min。
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|---|---|
| CN (1) | CN104212993A (zh) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104513914A (zh) * | 2014-12-23 | 2015-04-15 | 沈阳铸造研究所 | 一种超低间隙相高韧性铸造钛合金及熔铸方法 |
| CN106421904A (zh) * | 2016-09-19 | 2017-02-22 | 西安交通大学 | 一种凝胶注模3d打印及电解还原制备多孔植入物的方法 |
| CN109172050A (zh) * | 2018-09-21 | 2019-01-11 | 广州市健齿生物科技有限公司 | 一种生物实验内部可填充复合物的多孔钛片及其制备方法 |
| CN109807330A (zh) * | 2019-03-04 | 2019-05-28 | 昆明理工大学 | 一种由三氧化二钛制备多孔钛的方法 |
| CN111440961A (zh) * | 2020-05-12 | 2020-07-24 | 广东省新材料研究所 | 活性元素掺杂的多孔钛材料及其制备方法与应用 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6248286B1 (en) * | 1999-12-03 | 2001-06-19 | Ut-Battelle, Llc | Method of making a functionally graded material |
| CN1669538A (zh) * | 2005-04-08 | 2005-09-21 | 卢建熙 | 一种仿生物结构的人工骨、制备方法及其应用 |
| CN1817511A (zh) * | 2006-03-21 | 2006-08-16 | 北京科技大学 | 一种复杂形状多孔钛的凝胶注模成型方法 |
| CN101279106A (zh) * | 2008-05-21 | 2008-10-08 | 北京科技大学 | 一种多孔钛钴合金医用植入物的凝胶注模制备方法 |
| CN101991876A (zh) * | 2009-08-14 | 2011-03-30 | 机械科学研究总院先进制造技术研究中心 | 一种具有自抗菌作用的人工假体制造方法 |
| CN102242288A (zh) * | 2011-06-20 | 2011-11-16 | 烟台工程职业技术学院 | 一种多孔钛的制备方法 |
-
2014
- 2014-07-24 CN CN201410352405.1A patent/CN104212993A/zh active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6248286B1 (en) * | 1999-12-03 | 2001-06-19 | Ut-Battelle, Llc | Method of making a functionally graded material |
| CN1669538A (zh) * | 2005-04-08 | 2005-09-21 | 卢建熙 | 一种仿生物结构的人工骨、制备方法及其应用 |
| CN1817511A (zh) * | 2006-03-21 | 2006-08-16 | 北京科技大学 | 一种复杂形状多孔钛的凝胶注模成型方法 |
| CN101279106A (zh) * | 2008-05-21 | 2008-10-08 | 北京科技大学 | 一种多孔钛钴合金医用植入物的凝胶注模制备方法 |
| CN101991876A (zh) * | 2009-08-14 | 2011-03-30 | 机械科学研究总院先进制造技术研究中心 | 一种具有自抗菌作用的人工假体制造方法 |
| CN102242288A (zh) * | 2011-06-20 | 2011-11-16 | 烟台工程职业技术学院 | 一种多孔钛的制备方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 胡海波等: "《单体浓度对多孔钛凝胶固化过程及性能的影响》", 《稀有金属与硬质合金》 * |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104513914A (zh) * | 2014-12-23 | 2015-04-15 | 沈阳铸造研究所 | 一种超低间隙相高韧性铸造钛合金及熔铸方法 |
| CN104513914B (zh) * | 2014-12-23 | 2017-01-04 | 沈阳铸造研究所 | 一种超低间隙相高韧性铸造钛合金及熔铸方法 |
| CN106421904A (zh) * | 2016-09-19 | 2017-02-22 | 西安交通大学 | 一种凝胶注模3d打印及电解还原制备多孔植入物的方法 |
| CN106421904B (zh) * | 2016-09-19 | 2019-07-23 | 西安交通大学 | 一种凝胶注模3d打印及电解还原制备多孔植入物的方法 |
| CN109172050A (zh) * | 2018-09-21 | 2019-01-11 | 广州市健齿生物科技有限公司 | 一种生物实验内部可填充复合物的多孔钛片及其制备方法 |
| CN109807330A (zh) * | 2019-03-04 | 2019-05-28 | 昆明理工大学 | 一种由三氧化二钛制备多孔钛的方法 |
| CN109807330B (zh) * | 2019-03-04 | 2021-01-29 | 昆明理工大学 | 一种由三氧化二钛制备多孔钛的方法 |
| CN111440961A (zh) * | 2020-05-12 | 2020-07-24 | 广东省新材料研究所 | 活性元素掺杂的多孔钛材料及其制备方法与应用 |
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