CN105397090A - 一种多孔镍钛/羟基磷灰石复合材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种多孔镍钛/羟基磷灰石复合材料的制备方法,属于生物医用材料制备技术领域。本发明所述方法将镍、钛金属粉末混合均匀得到镍钛混合粉末,再将获得的镍钛混合粉末与羟基磷灰石粉末混粉得到镍钛/羟基磷灰石粉末,然后与碳酸氢铵造孔剂粉末混合后经机械压制成块体压坯,再置入放电等离子烧结炉中烧结,烧结完成后随炉冷却至室温即得到多孔镍钛/羟基磷灰石超弹性复合材料。本发明所述方法制备的多孔镍钛/羟基磷灰石复合材料具有孔隙参量可控,弹性模量低,力学适配性好等优点,而且还赋予了其良好的生物活性及骨结合能力,使其与人体骨的结构和功能更为接近,具有较好的生物适配性;该材料特别适用于整形美容医疗器械、骨髓腔植入体等。

Description

一种多孔镍钛/羟基磷灰石复合材料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种多孔镍钛/羟基磷灰石复合材料的制备方法,属于生物医用材料制备技术领域。
背景技术
近年来,在人造植入生物医用金属材料中,作为智能材料的多孔NiTi形状记忆合金的开发,因其具有形状记忆效应、超弹性及与人骨弹性模量更为匹配的力学性能的综合特性,可以有效的解决目前镍钛(NiTi)形状记忆合金临床应用中存在的应力屏蔽与力学适配问题,为NiTi合金在医疗方面开辟了崭新的应用前景。但是,多孔NiTi形状记忆合金缺乏生物活性,没有主动修复功能。在植入人体后,植入体与难以与机体组织形成强有力的化学骨性结合,长期使用会产生松动现象,导致植入失败,对病人造成了极大的痛苦。基于以上存在的问题,通常需要对生物医用多孔NiTi进行改性,赋予其一定的生物活性,从而改善和提高其植入效果。
羟基磷灰石(HA),是人骨的主要组成部分,具有优异的可降解吸收性和成骨诱导性。目前采用较多的方法是利用等离子喷涂法、溶胶-凝胶法、电泳沉积法等在多孔NiTi表面制备HA活性涂层,赋予植入体材料良好的骨结合能力以使其能同组织形成一定的骨性结合。然而,对于具有优异的互连多孔结构的NiTi合金,使用上述方法制备的HA涂层往往无法均匀的深入至孔隙内部,若将上述材料植入人体后,体液易沿着涂层与基体机械结合的缝隙渗透到界面处,造成界面腐蚀涂层剥落。针对当前存在的问题,本发明提出生物医用多孔NiTi合金和生物活性陶瓷复合化的思路,在多孔NiTi合金中添加HA生物活性陶瓷制备成复合材料。利用多孔NiTi良好的力学、超弹性及形状记忆性,结合HA陶瓷优良的生物活性,使得种植体不仅具有多孔NiTi的高强度、超弹性及形状记忆性,又具有良好的生物活性和骨结合能力,使其与人体骨的功能更为接近。
同时,本专利还提出采用放电等离子快速烧结(SparkPlasmaSintering,SPS)技术作为该复合材料的制备方法,利用SPS技术升降温速度快(100℃min-1以上),烧结时间短(从升温到保温结束一般在15min左右)、烧结温度低,制备过程洁净等优点,实现对多孔NiTi-HA超弹性复合材料组织与结构的调控与优化,制备出成分纯净、孔隙参量可控、力学性能与人体骨组织匹配,生物相容性和成骨活性优异的多孔NiTi-HA超弹性复合材料,可作为良好的人造医用支架或整形矫正材料,实现在临床上的应用。
发明内容
本发明的目的在于针对现有NiTi类医用材料和制备技术存在的不足,提供一种成分纯净、组织均匀、孔隙参量可控、力学性能和超弹性与人体骨组织匹配,生物相容性和成骨活性优异的多孔NiTi-HA超弹性复合材料的制备方法,具体包括以下步骤:
(1)制备Ni-Ti金属粉末:将将粒度为25~75μm的Ni金属粉末和粒度为25~45μm的Ti金属粉末混合均匀后得到Ni-Ti金属粉末,在Ni-Ti金属粉末中Ni的质量百分比为58.80%~54.08%,Ti的质量百分比为41.20~45.92%;
(2)制备Ni-Ti-HA粉末:将步骤(1)中的得到的Ni-Ti金属粉末和粒度为100~150nm的HA粉末混合均匀后得到Ni-Ti-HA粉末,Ni-Ti-HA粉末中,Ni-Ti混合金属粉末的质量百分比为70%~90%,HA的质量百分比为30%~10%
(3)添加成孔因子:将步骤(2)中的得到的Ni-Ti-HA粉末与NH4HCO3粉末在混料机内混合120~240min,得到混合粉末,在混合粉末中Ni-Ti-HA粉末的质量百分比为95%~75%、NH4HCO3粉末的质量百分比为5%~25%,平均粒度为100~700μm;
(4)制备高密度复合材料块体:将步骤(3)得到的混合粉末装入不锈钢模具中,在单向压力下冷等静压成型,退模后得到复合材料块体压坯;
(5)制备多孔镍钛/羟基磷灰石复合材料:将步骤(4)中块体压坯装入石墨模具中,然后置于放电等离子烧结炉中,系统真空抽至2~6Pa后进行烧结,烧结完成后自然冷却至室温,退模即得到多孔镍钛/羟基磷灰石复合材料。
优选的,本发明步骤(1)中制备合金原料粉体通过球磨的方法制备得到,球磨机混粉过程的真空度为6~10Pa,球磨时间为10~24小时。
优选的,本发明步骤(1)中Ni金属粉末纯度大于等于99.9%,Ti金属粉末纯度大于等于99.7%。
优选的,本发明步骤(3)中制备Ni-Ti-HA粉末通过球磨的方法制备得到,球磨机混粉过程的真空度为6~10Pa,球磨时间为6~8小时。
优选的,本发明步骤(4)所述的单向压力为300~500MPa。
优选的,本发明步骤(5)中所述的烧结过程中,按梯级加热方式,将坯料以80~100℃/min的升温速度加热至第一级梯度温度750~850℃后保温5~8min,然后以50~80℃/min的升温速度加热至第二级梯度温度900~1100℃后保温15~20min。
与现有技术相比,本发明的优点在于:
(1)材料成分纯净、无污染,生物相容性好:由于在制备过程中不添加任何粘结剂和模板剂,且选择的NH4HCO3造孔剂在较低的温度下就完全挥发,因而制备的多孔NiTi-HA超弹性复合材料无任何杂质残留。
(2)孔隙参量可控,成骨活性好:所制备的多孔NiTi-HA超弹性复合材料孔隙率为28.6%~55.6%、孔隙尺寸为100~700μm,其独特的孔隙结构和粗糙的内外表面将有利于成骨细胞的粘附、增殖。同时,生物活性高的HA均匀分布在多孔NiTi基体中,可诱导新骨组织长入多孔结构内部,增加了骨组织与植入体之间的结合强度,成骨量增加,提高了材料的成骨活性,使植入体与骨之间形成稳定的生物固定。
(3)力学性能和超弹性与人工骨匹配,力学相容性好:所制备的多孔NiTi-HA复合材料强度为25~321MPa、弹性模量为5.1~19.7GPa,与人工骨(弹性模量≤20GPa,抗压强度100~230MPa)相匹配。同时,当应变量在4%范围内,材料形状可恢复超过50%以上,二者的结合减轻和消除了“应力-屏蔽”效应,避免了植入体的松动或断裂,提高了材料的力学相容性。
(4)采用本发明方法制备的多孔NiTi-HA超弹性复合材料可作为理想的人造骨组织修复或替换材料,适用于制造整形美容医疗器械、骨髓腔植入体等。同时本发明方法工艺简单、操作方便、成本低廉,易于实现工业化生产。
附图说明
图1为本发明不同HA含量下多孔NiTi-HA超弹性复合材料XRD线衍射图谱;
图2为本发明多孔NiTi-HA超弹性复合材料孔隙SEM形貌图和EDS成分分布图;
图3为本发明不同HA含量下多孔NiTi-HA超弹性复合材料与人骨的力学性能对比图;
图4为本发明一个实施例中多孔NiTi-10%HA超弹性复合材料与人体模拟体液共培养7天后的孔隙SEM形貌图;
图5为本发明一个实施例中多孔NiTi-30%HA超弹性复合材料与人体模拟体液共培养7天后的孔隙SEM形貌图;
图6为本发明图4的细节放大图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明,但本发明的保护范围并不限于所述内容。
实施例1
本实施例所述多孔镍钛/羟基磷灰石复合材料的制备方法,具体包括以下步骤:
(1)称量:按Ni为58.8%、Ti为41.20%的质量百分比,分别称取纯度为99.9%,粒度为45μm的Ti金属粉末和纯度为99.5%,粒度为75μm的Ni金属粉末;
(2)制备合金原料粉体:将步骤(1)称取的金属粉末放入球磨机球磨罐中,抽真空至6Pa,然后进行球磨混粉10小时,得到混合Ni-Ti金属粉末;
(3)称量:按步骤(2)得到的混合Ni-Ti金属粉末90%、HA10%的质量百分比,分别称取混合Ni-Ti金属粉末和纯度为99.5%、平均粒度为100nm的HA粉末;
(4)制备复合原料粉体:将步骤(3)称取的粉末放入球磨机球磨罐中,抽真空至10Pa,然后进行球磨混粉6小时,得到混合Ni-Ti-HA粉末;
(5)称量:按步骤(4)得到的混合Ni-Ti-HA粉末80%、NH4HCO320%的质量百分比,分别称取混合金属粉末和纯度为分析纯、平均粒度为500μm的NH4HCO3粉末;
(6)添加成孔因子:将步骤(5)称取的粉末放入混料机内混合120min,得到混合粉末;
(7)制备高密度复合材料块体:将步骤(6)得到的混合粉末放入不锈钢模具中,通过压头施加300MPa单向压力,冷等静压成型后退模得到复合材料块体压坯。
(8)获得多孔NiTi-HA超弹性复合材料:将步骤(7)中得到的块体压坯装入石墨模具中,然后置于放电等离子烧结炉中,系统真空抽至6Pa后进行烧结,按梯级加热方式,将坯料以80℃/min的升温速度加热至第一级梯度温度750℃后保温5min,然后以80℃/min的升温速度加热至第二级梯度温度1000℃后保温15min,烧结过程中持续抽真空使得NH4HCO3完全分解挥发后再随炉冷却至室温,退模即得到生物活性增强的多孔NiTi-HA超弹性复合材料。
按本例中相同的工艺条件,按步骤(2)得到的混合Ni-Ti金属粉末80%、HA20%的质量分数,混合Ni-Ti金属粉末70%、HA30%质量分数,分别称取混合Ni-Ti金属粉末和HA粉末,并按步骤(4)-(8)得到多孔NiTi-HA超弹性复合材料,连同本例按混合Ni-Ti金属粉末90%、HA10%的质量分数称取烧结得到的多孔NiTi-HA超弹性复合材料,利用X射线衍射仪(XRD)进行分析(如图1所示)。从图中可以看出,多孔NiTi-HA超弹性复合材料的主相除了具有形状记忆效应和超弹性为NiTi奥氏体相(B2)、NiTi马氏体相(B19')外,还存在具有生物活性的β-TCP,CaTiO3和Ti2O相,无纯钛和纯镍相,表明材料在烧结中扩散充分,化合反应完全。
利用扫描电镜(SEM)中的背散射电子(BSED)结合能谱(EDS)观察到本例中多孔NiTi-10%HA超弹性复合材料的显微形貌和元素分布,如图2所示。从图中可以看出,大孔与小孔并存于多孔NiTi-10%HA中,部分大孔之间互相连通,这有利于体液与营养物质的传输。此外,Ni、Ti等元素分布较均匀,少量Ca、P等元素趋向于分布在空隙处,增加了孔隙对成骨细胞的诱导和吸附作用。参考ASTME9-89a标准,在力学试验机上进行了压缩弹性模量和抗压强度的测试,结果如图3所示,弹性模量值在5.6~8.1GPa,抗压强度值在57~227MPa,与人体密质骨力学性能(弹性模量2~20GPa,抗压强度130~200MPa)相匹配,可较好解决植入体与骨间的应力屏蔽问题。
将上述复合材料与人体模拟体液共培养7天后,仅添加10%羟基磷灰石的多孔NiTi-10%HA复合材料表面出现单层的类骨磷酸盐,当添加30%羟基磷灰石时,复合材料的表面的类骨磷酸盐大量的沉积,表现出优异的生物活性,如图4,5,6所示;利用MTT法(细胞毒性测试)检测材料对细胞的凋零和毒性影响,发现该复合材料对成年兔骨髓间充质干细胞得细胞毒性为0级,满足植入材料的使用要求。将该材料植入饲养30天后的雄性成年兔后腿股骨中,在同一环境下饲养7周后对其植入处的硬组织进行切片染色处理并在显微镜下观察,结果表明植入体表面孔隙处被少量的显微组织占据,复合材料表面的HA活性陶瓷已部分降解消失,附近可见新生骨组织,部分骨组织甚至向孔壁延伸,表现出良好的成骨诱导活性。
实施例2
本实施例所述多孔镍钛/羟基磷灰石复合材料的制备方法,具体包括以下步骤:
(1)称量:按Ni为56%、Ti为44%的质量百分比,分别称取纯度为99.9%,粒度为40μm的Ti金属粉末和纯度为99.5%,粒度为65μm的Ni金属粉末;
(2)制备合金原料粉体:将步骤(1)称取的金属粉末放入球磨机球磨罐中,抽真空至7Pa,然后进行球磨混粉12小时,得到混合Ni-Ti金属粉末;
(3)称量:按步骤(2)得到的混合Ni-Ti金属粉末90%、HA10%的质量百分比,分别称取混合Ni-Ti金属粉末和纯度为99.5%、平均粒度为120nm的HA粉末;
(4)制备复合原料粉体:将步骤(3)称取的粉末放入球磨机球磨罐中,抽真空至8Pa,然后进行球磨混粉6小时,得到混合Ni-Ti-HA粉末;
(5)称量:按步骤(4)得到的混合Ni-Ti-HA粉末75%、NH4HCO325%的质量百分比,分别称取混合金属粉末和纯度为分析纯、平均粒度为500μm的NH4HCO3粉末;
(6)添加成孔因子:将步骤(5)称取的粉末放入混料机内混合120min,得到混合粉末;
(7)制备高密度复合材料块体:将步骤(6)得到的混合粉末放入不锈钢模具中,通过压头施加400MPa单向压力,冷等静压成型后退模得到复合材料块体压坯。
(8)获得多孔NiTi-HA超弹性复合材料:将步骤(7)中得到的块体压坯装入石墨模具中,然后置于放电等离子烧结炉中,系统真空抽至5Pa后进行烧结,按梯级加热方式,将坯料以90℃/min的升温速度加热至第一级梯度温度800℃后保温6min,然后以70℃/min的升温速度加热至第二级梯度温度900℃后保温20min,烧结过程中持续抽真空使得NH4HCO3完全分解挥发后再随炉冷却至室温,退模即得到生物活性增强的多孔NiTi-HA超弹性复合材料。
按本例中相同的工艺条件,将混合后的粉末经冷等静压成型后,第一级梯度烧结过程相同,在950℃、1000℃、1050℃、1100℃温度下进行第二级梯度烧结,连同本例在900℃烧结得到的生物医用多孔NiTi-HA超弹性复合材料,用相对密度法进行测量,并通过计算获得多孔NiTi-HA超弹性复合材料的孔隙率,参考ASTME9-89a标准,通过力学压缩实验获得多孔NiTi-HA超弹性复合材料的弹性模量和抗压强度,结果表明,当造孔剂NH4HCO3的添加量一致时,多孔NiTi-HA复合材料随着烧结温度的升高从53%轻微降低到47%,但弹性模量(7.9~13.5GPa)和抗压强度(220~305MPa)随着烧结温度的升高而升高,其力学性能与人体骨组织相匹配,同时能够满足临床上对材料孔隙尺度的要求;将上述复合材料与人体模拟体液共培养14天后,复合材料表面发现有大量的类骨磷酸盐沉积,表现出良好的生物活性;利用MTT法(细胞毒性测试)检测材料对细胞的凋零和毒性影响,发现该复合材料对成年兔骨髓间充质干细胞得细胞毒性为0级,满足植入材料的使用要求。
实施例3
本实施例所述多孔镍钛/羟基磷灰石复合材料的制备方法,具体包括以下步骤:
(1)称量:按Ni57%、Ti43%的质量百分比,分别称取纯度为99.9%,粒度为30μm的Ti金属粉末和纯度为99.5%,粒度为55μm的Ni金属粉末;
(2)制备合金原料粉体:将步骤(1)称取的金属粉末放入球磨机球磨罐中,抽真空至8Pa,然后进行球磨混粉16小时,得到混合Ni-Ti金属粉末;
(3)称量:按步骤(2)得到的混合Ni-Ti金属粉末80%、HA20%的质量百分比,分别称取混合Ni-Ti金属粉末和纯度为99.5%、平均粒度为130nm的HA粉末;
(4)制备复合原料粉体:将步骤(3)称取的粉末放入球磨机球磨罐中,抽真空至8Pa,然后进行球磨混粉8小时,得到混合Ni-Ti-HA粉末;
(5)称量:按步骤(4)得到的混合Ni-Ti-HA粉末95%、NH4HCO35%的质量百分比,分别称取混合金属粉末和纯度为分析纯、平均粒度为300μm的NH4HCO3粉末;
(6)添加成孔因子:将步骤(5)称取的粉末放入混料机内混合240min,得到混合粉末;
(7)制备高密度复合材料块体:将步骤(6)得到的混合粉末放入不锈钢模具中,通过压头施加450MPa单向压力,冷等静压成型后退模得到复合材料块体压坯。
(8)获得多孔NiTi-HA超弹性复合材料:将步骤(7)中得到的块体压坯装入石墨模具中,然后置于放电等离子烧结炉中,系统真空抽至4Pa后进行烧结,按梯级加热方式,将坯料以80℃/min的升温速度加热至第一级梯度温度850℃后保温7min,然后以60℃/min的升温速度加热至第二级梯度温度1000℃后保温18min,烧结过程中持续抽真空使得NH4HCO3完全分解挥发后再随炉冷却至室温,退模即得到生物活性增强的多孔NiTi-HA超弹性复合材料。
按本例中相同的工艺条件,分别按混合Ni-Ti-HA粉末85%、NH4HCO315%,混合Ni-Ti-HA粉末75%、NH4HCO325%的质量分数称取后混合。将混合后的粉末,一级梯度烧结过程相同,在1000℃二级梯度温度下进行烧结,连同本例按混合Ni-Ti-HA粉末95%、NH4HCO35%的质量百分比称取烧结得到的多孔NiTi-HA超弹性复合材料,利用相对密度法进行测量、并通过计算获得多孔NiTi-HA超弹性复合材料的孔隙率,参考ASTME9-89a标准通过力学压缩实验获得多孔NiTi-HA超弹性复合材料的抗压强度和弹性模量,结果表明孔隙率从28.6%~55.6%范围内实现可控,抗压强度(321~26MPa)和弹性模量(19.7~5.1GPa)随造孔剂NH4HCO3添加比例的增加而减小,能够满足临床上对材料孔隙尺度的要求,同时也与人体骨的力学性能相匹配。将上述复合材料与人体模拟体液共培养21天后,复合材料表面发现有大量的类骨磷酸盐沉积,表现出良好的生物活性。利用MTT法(细胞毒性测试)检测材料对细胞的凋零和毒性影响,发现该复合材料对成年兔骨髓间充质干细胞得细胞毒性为0级,满足植入材料的使用要求。
实施例4
本实施例所述多孔镍钛/羟基磷灰石复合材料的制备方法,具体包括以下步骤:
(1)称量:按Ni54.08%、Ti45.92%的质量百分比,分别称取纯度为99.9%,粒度为25μm的Ti金属粉末和纯度为99.5%,粒度为25μm的Ni金属粉末;
(2)制备合金原料粉体:将步骤(1)称取的金属粉末放入球磨机球磨罐中,抽真空至9Pa,然后进行球磨混粉24小时,得到混合Ni-Ti金属粉末;
(3)称量:按步骤(2)得到的混合Ni-Ti金属粉末70%、HA30%的质量百分比,分别称取混合Ni-Ti金属粉末和纯度为99.5%、平均粒度为150nm的HA粉末;
(4)制备复合原料粉体:将步骤(3)称取的粉末放入球磨机球磨罐中,抽真空至6Pa,然后进行球磨混粉7小时,得到混合Ni-Ti-HA粉末;
(5)称量:按步骤(4)得到的混合Ni-Ti-HA粉末85%、NH4HCO315%的质量百分比,分别称取混合金属粉末和纯度为分析纯、平均粒度为100μm的NH4HCO3粉末;
(6)添加成孔因子:将步骤(5)称取的粉末放入混料机内混合180min,得到混合粉末;
(7)制备高密度复合材料块体:将步骤(6)得到的混合粉末放入不锈钢模具中,通过压头施加500MPa单向压力,冷等静压成型后退模得到复合材料块体压坯。
(8)获得多孔NiTi-HA超弹性复合材料:将步骤(7)中得到的块体压坯装入石墨模具中,然后置于放电等离子烧结炉中,系统真空抽至2Pa后进行烧结,按梯级加热方式,将坯料以100℃/min的升温速度加热至第一级梯度温度800℃后保温8min,然后以50℃/min的升温速度加热至第二级梯度温度1100℃后保温16min,烧结过程中持续抽真空使得NH4HCO3完全分解挥发后再随炉冷却至室温,退模即得到生物活性增强的多孔NiTi-HA超弹性复合材料。
筛分平均粒度为300μm、500μm的NH4HCO3造孔剂粉末。然后按本例中相同的工艺条件以混合Ni-Ti-HA粉末85%、NH4HCO315%的质量百分比分别称取原料粉末,将混合后的粉末,在1100℃温度下进行二级梯度烧结,连同本例平均粒度为100μm的NH4HCO3造孔剂得到的多孔NiTi-HA超弹性复合材料,参考ASTME9-89a标准通过力学压缩实验获得多孔NiTi-HA超弹性复合材料的抗压强度和弹性模量,结果表明试样大孔孔径从100~700μm范围内实现可控,抗压强度(169~28MPa)和弹性模量(12.6~5.8GPa)随造孔剂粒径的增加而减小,能够满足临床上对材料孔隙尺度的要求,同时也与人体骨的力学性能相匹配。将上述复合材料与人体模拟体液共培养28天后,复合材料表面发现有大量的类骨磷酸盐沉积,表现出良好的生物活性。利用MTT法(细胞毒性测试)检测材料对细胞的凋零和毒性影响,发现该复合材料对成年兔骨髓间充质干细胞得细胞毒性为0级,满足植入材料的使用要求。
上述结果表明,利用本发明方法制备的多孔NiTi-HA超弹性复合材料具有以下优点:(1)材料成分纯净、无污染,生物相容性好。(2)所制备的多孔NiTi-HA超弹性复合材料强度为26~321MPa、弹性模量为5.1~19.7GPa,与人工骨(弹性模量≤20GPa,抗压强度100~230MPa)相匹配。同时,当应变量在4%范围内,材料形状恢复50%以上,二者的结合减轻和消除了“应力-屏蔽”效应,避免了植入体的松动或断裂;(3)孔隙参量可控,成骨活性好。所制备的多孔NiTi-HA复合材料孔隙率为28.6~55.6%、孔隙尺寸为100~700μm。同时,HA生物活性陶瓷均匀分布在多孔NiTi中,随着HA在体内降解的同时,可诱导新骨组织长入多孔结构内部,增加了骨组织与植入体之间的结合强度,成骨量增加,提高了材料的成骨活性,使植入体与骨之间形成稳定的生物固定。因此,采用本发明方法制备的生物医用多孔NiTi-HA超弹性复合材料可作为良好的人造医用支架或整形矫正材料。同时本发明方法工艺简单、操作方便、成本低廉,易于实现工业化生产。

Claims (6)

1.一种多孔镍钛/羟基磷灰石复合材料的制备方法,其特征在于,具体包括以下步骤:
(1)制备Ni-Ti金属粉末:将将粒度为25~75μm的Ni金属粉末和粒度为25~45μm的Ti金属粉末混合均匀后得到Ni-Ti金属粉末,在Ni-Ti金属粉末中Ni的质量百分比为58.80%~54.08%,Ti的质量百分比为41.20~45.92%;
(2)制备Ni-Ti-HA粉末:将步骤(1)中的得到的Ni-Ti金属粉末和粒度为100~150nm、纯度为99.5%的羟基磷灰石粉末混合均匀后得到Ni-Ti-HA粉末,Ni-Ti-HA粉末中,Ni-Ti混合金属粉末的质量百分比为70%~90%,HA的质量百分比为30%~10%;
(3)添加成孔因子:将步骤(2)中的得到的Ni-Ti-HA粉末与平均粒度为100~700μm的NH4HCO3粉末在混料机内混合120~240min,得到混合粉末,在混合粉末中Ni-Ti-HA粉末的质量百分比为95%~75%、NH4HCO3粉末的质量百分比为5%~25%;
(4)制备高密度复合材料块体:将步骤(3)得到的混合粉末装入不锈钢模具中,在单向压力下冷等静压成型,退模后得到复合材料块体压坯;
(5)制备多孔镍钛/羟基磷灰石复合材料:将步骤(4)中块体压坯装入石墨模具中,然后置于放电等离子烧结炉中,系统真空抽至2~6Pa后进行烧结,烧结完成后自然冷却至室温,退模即得到多孔镍钛/羟基磷灰石复合材料。
2.根据权利要求1所述的多孔镍钛/羟基磷灰石复合材料的制备方法,其特征在于:步骤(1)中制备合金原料粉体通过球磨的方法制备得到,球磨机混粉过程的真空度为6~10Pa,球磨时间为10~24小时。
3.根据权利要求1所述的多孔镍钛/羟基磷灰石复合材料的制备方法,其特征在于:步骤(1)中Ni金属粉末纯度大于等于99.9%,Ti金属粉末纯度大于等于99.7%。
4.根据权利要求1所述的多孔镍钛/羟基磷灰石复合材料的制备方法,其特征在于:步骤(3)中制备Ni-Ti-HA粉末通过球磨的方法制备得到,球磨机混粉过程的真空度为6~10Pa,球磨时间为6~8小时。
5.根据权利要求1所述的多孔镍钛/羟基磷灰石复合材料的制备方法,其特征在于:步骤(4)所述的单向压力为300~500MPa。
6.根据权利要求1所述的多孔镍钛/羟基磷灰石复合材料的制备方法,其特征在于:
步骤(5)中所述的烧结过程中,按梯级加热方式,将坯料以80~100℃/min的升温速度加热至第一级梯度温度750~850℃后保温5~8min,然后以50~80℃/min的升温速度加热至第二级梯度温度900~1100℃后保温15~20min。
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