JPH09165632A - 改良された耐摩耗性と低い摩擦特性とを有する焼結チタン−グラファイト複合材料およびその製造方法 - Google Patents
改良された耐摩耗性と低い摩擦特性とを有する焼結チタン−グラファイト複合材料およびその製造方法Info
- Publication number
- JPH09165632A JPH09165632A JP8264937A JP26493796A JPH09165632A JP H09165632 A JPH09165632 A JP H09165632A JP 8264937 A JP8264937 A JP 8264937A JP 26493796 A JP26493796 A JP 26493796A JP H09165632 A JPH09165632 A JP H09165632A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- graphite
- composite material
- titanium
- sintering
- producing
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C1/00—Making non-ferrous alloys
- C22C1/04—Making non-ferrous alloys by powder metallurgy
- C22C1/05—Mixtures of metal powder with non-metallic powder
- C22C1/051—Making hard metals based on borides, carbides, nitrides, oxides or silicides; Preparation of the powder mixture used as the starting material therefor
- C22C1/053—Making hard metals based on borides, carbides, nitrides, oxides or silicides; Preparation of the powder mixture used as the starting material therefor with in situ formation of hard compounds
- C22C1/055—Making hard metals based on borides, carbides, nitrides, oxides or silicides; Preparation of the powder mixture used as the starting material therefor with in situ formation of hard compounds using carbon
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
- A61L27/00—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
- A61L27/02—Inorganic materials
- A61L27/04—Metals or alloys
- A61L27/06—Titanium or titanium alloys
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
- A61L27/00—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
- A61L27/02—Inorganic materials
- A61L27/08—Carbon ; Graphite
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
- A61L27/00—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
- A61L27/50—Materials characterised by their function or physical properties, e.g. injectable or lubricating compositions, shape-memory materials, surface modified materials
- A61L27/56—Porous materials, e.g. foams or sponges
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
- A61F2310/00—Prostheses classified in A61F2/28 or A61F2/30 - A61F2/44 being constructed from or coated with a particular material
- A61F2310/00005—The prosthesis being constructed from a particular material
- A61F2310/00011—Metals or alloys
- A61F2310/00023—Titanium or titanium-based alloys, e.g. Ti-Ni alloys
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
- A61F2310/00—Prostheses classified in A61F2/28 or A61F2/30 - A61F2/44 being constructed from or coated with a particular material
- A61F2310/00005—The prosthesis being constructed from a particular material
- A61F2310/00161—Carbon; Graphite
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S264/00—Plastic and nonmetallic article shaping or treating: processes
- Y10S264/36—Processes of making metal-ceramics
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Public Health (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- Dermatology (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
- Transplantation (AREA)
- Epidemiology (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
- Materials For Medical Uses (AREA)
- Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】移植用途のための改良された耐摩耗性を有する
焼結チタン−グラファイトにおいて、改良された耐摩耗
性と低い摩擦特性とを有する焼結チタン−グラファイト
を製造する方法を提供する。 【解決手段】３相構造を有し、制御された気孔率および
グラファイトの潤滑膜を備えるチタン−グラファイト複
合材料を製造する方法は、グラファイトの百分率を４〜
８％で変動させ得る、チタンとグラファイトとの粉末の
混合物を、約 800℃〜1600℃の温度で、約１／２〜２時
間、0.17〜 0.62MPaの成形圧力の下で焼結する工程を含
む。この複合材料は、その生体適合性、強度、および改
良された耐摩耗性により、生物医学工学的分野および他
の工学的分野に用途を有する。
焼結チタン−グラファイトにおいて、改良された耐摩耗
性と低い摩擦特性とを有する焼結チタン−グラファイト
を製造する方法を提供する。 【解決手段】３相構造を有し、制御された気孔率および
グラファイトの潤滑膜を備えるチタン−グラファイト複
合材料を製造する方法は、グラファイトの百分率を４〜
８％で変動させ得る、チタンとグラファイトとの粉末の
混合物を、約 800℃〜1600℃の温度で、約１／２〜２時
間、0.17〜 0.62MPaの成形圧力の下で焼結する工程を含
む。この複合材料は、その生体適合性、強度、および改
良された耐摩耗性により、生物医学工学的分野および他
の工学的分野に用途を有する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、３相構造を有す
る焼結チタン−グラファイト複合材料に関し、一層詳細
には、多孔質となり得る構造を有し、生物医学的用途お
よび他の工業的用途に適切なグラファイト潤滑膜を備
え、耐久性があり、低摩擦特性を有する複合材料および
それを製造するための粉末冶金プロセスに関する。
る焼結チタン−グラファイト複合材料に関し、一層詳細
には、多孔質となり得る構造を有し、生物医学的用途お
よび他の工業的用途に適切なグラファイト潤滑膜を備
え、耐久性があり、低摩擦特性を有する複合材料および
それを製造するための粉末冶金プロセスに関する。
【０００２】
【従来の技術】多くの用途において、特に準宇宙空間材
料、超音速航空飛行材料、耐火性材料、および生体適合
材料の用途において、温度、負荷、および逆行的な環境
の最適条件の下で機能するように設計された材料を開発
するために、材料の製造加工における新しい概念が必要
とされている。アルミニウムやその合金、チタンやその
合金、およびスチールのような従来の材料は、高い強
度、温度耐性、および高いモジュラスの必要な組み合わ
せの幾分かを実際に備えているが、例えば摩耗性能を改
善するためのチタン表面における窒化のような、ある種
の特性を増強するための更なる加工が必要な場合が多
い。従来の方法は、しばしば高価であり、必要な材料特
性を開発するためには、多大の労力が要求される。
料、超音速航空飛行材料、耐火性材料、および生体適合
材料の用途において、温度、負荷、および逆行的な環境
の最適条件の下で機能するように設計された材料を開発
するために、材料の製造加工における新しい概念が必要
とされている。アルミニウムやその合金、チタンやその
合金、およびスチールのような従来の材料は、高い強
度、温度耐性、および高いモジュラスの必要な組み合わ
せの幾分かを実際に備えているが、例えば摩耗性能を改
善するためのチタン表面における窒化のような、ある種
の特性を増強するための更なる加工が必要な場合が多
い。従来の方法は、しばしば高価であり、必要な材料特
性を開発するためには、多大の労力が要求される。
【０００３】粉末冶金技術の主要な利点の１つは、材料
の製造に必要なコストが低い点である。この技術は古く
からあるが、油を含浸した多孔質ブロンズベアリングの
ような応用に用途が見出されている。粉末冶金技術によ
って合金を製造するには２つの方式がある。第１の方式
は、合金の粉末を焼結するものであり、この場合は、他
の方法と比較して、最終製品は有意にコストを節約する
ものとなることが認められる場合が多い。第２の方式
は、２以上の異なる粉末を焼結するものであり、この場
合は、焼結工程を制御することによって、粉末間の内部
拡散が制限され、最終製品は、特別の注文に応じたもの
となる。
の製造に必要なコストが低い点である。この技術は古く
からあるが、油を含浸した多孔質ブロンズベアリングの
ような応用に用途が見出されている。粉末冶金技術によ
って合金を製造するには２つの方式がある。第１の方式
は、合金の粉末を焼結するものであり、この場合は、他
の方法と比較して、最終製品は有意にコストを節約する
ものとなることが認められる場合が多い。第２の方式
は、２以上の異なる粉末を焼結するものであり、この場
合は、焼結工程を制御することによって、粉末間の内部
拡散が制限され、最終製品は、特別の注文に応じたもの
となる。
【０００４】二元粉末の焼結の動力学および他の観点
は、多くの研究者によって解明されている（Kuczynski
G. C., Sintering and Related Phenomena, Proceeding
s of the International Conference, 1965 年６月, pp
685-712（文献１））。しかしながら、この場合の目的
は、主として粉末間の完全な均質化状態を達成すること
とされており、いずれの元素も塊質とは別個の状態のま
まとされることはない。例えば、鉄−ニッケルの系では
（Fedorchenko I. M. とIvanova I. I., Sintering-New
Developments, Proceedings of the 4th Internationa
l Round Table Conference on Sintering, 1977 年９
月, pp 110-120（文献２））、析出した鉄中のニッケル
の存在があるにも拘わらず、その目的は、鉄とニッケル
との均質な材料を製造するというものであった。
は、多くの研究者によって解明されている（Kuczynski
G. C., Sintering and Related Phenomena, Proceeding
s of the International Conference, 1965 年６月, pp
685-712（文献１））。しかしながら、この場合の目的
は、主として粉末間の完全な均質化状態を達成すること
とされており、いずれの元素も塊質とは別個の状態のま
まとされることはない。例えば、鉄−ニッケルの系では
（Fedorchenko I. M. とIvanova I. I., Sintering-New
Developments, Proceedings of the 4th Internationa
l Round Table Conference on Sintering, 1977 年９
月, pp 110-120（文献２））、析出した鉄中のニッケル
の存在があるにも拘わらず、その目的は、鉄とニッケル
との均質な材料を製造するというものであった。
【０００５】互いに組み合わせたチタン、炭化チタン、
またはグラファイトの粉末は、以前から研究されている
（Lin Y., Zee R. H. とChin B. A., Metallurgical Tr
ansactions A, vol 22A, 1991 年４月, pp 859-865（文
献３）、Deevi S. C., Ceramisc International, vol 1
7, 1991 年, pp 41-48（文献４）、Miracle D. B., Lip
sitt H. A., Mah T.とMendiratta M. G., J Am. Ceram.
Soc., vol 166 (8),1982年, pp 592-596（文献
５））。しかしながら、これらは３相からなる複合材料
の製造に関するものではない。このような試みは、概し
て、このような材料間における拡散の化学量論的性状を
理解するためになされたものである。例えば、文献４に
おいては、炭化チタンの製造に帰着する完全な均質化を
導き得る化学量論的割合を評価する目的で、純チタンお
よびグラファイトの粉末が使用されている。炭化チタン
は、優れた摩耗特性を備えた良く知られた耐火金属であ
る（Pimbert-Michaus S.とChabrol C., Materials Scie
nce and Engineering A115, 1989年, pp 209-216（文献
６））。このセラミック粉末の冶金学的展開を図るため
に、前述したような試みが行われている。
またはグラファイトの粉末は、以前から研究されている
（Lin Y., Zee R. H. とChin B. A., Metallurgical Tr
ansactions A, vol 22A, 1991 年４月, pp 859-865（文
献３）、Deevi S. C., Ceramisc International, vol 1
7, 1991 年, pp 41-48（文献４）、Miracle D. B., Lip
sitt H. A., Mah T.とMendiratta M. G., J Am. Ceram.
Soc., vol 166 (8),1982年, pp 592-596（文献
５））。しかしながら、これらは３相からなる複合材料
の製造に関するものではない。このような試みは、概し
て、このような材料間における拡散の化学量論的性状を
理解するためになされたものである。例えば、文献４に
おいては、炭化チタンの製造に帰着する完全な均質化を
導き得る化学量論的割合を評価する目的で、純チタンお
よびグラファイトの粉末が使用されている。炭化チタン
は、優れた摩耗特性を備えた良く知られた耐火金属であ
る（Pimbert-Michaus S.とChabrol C., Materials Scie
nce and Engineering A115, 1989年, pp 209-216（文献
６））。このセラミック粉末の冶金学的展開を図るため
に、前述したような試みが行われている。
【０００６】しかしながら、生体適合材料のようなある
種の用途では、生体適合性および機械的強度を維持しな
がら、なお良好な耐摩耗性および摩擦特性を有する相を
有し得る複合材料が求められている。例として、幾つか
の従来技術が特許を受けている。このような技術では、
機械的強度および摩耗耐性を改良するために、焼結材料
が特に設計されている。例えば、この種の好適な従来技
術として、特開昭５５−１８５０８号および特開昭５６
−２５９４６号を挙げることができる。
種の用途では、生体適合性および機械的強度を維持しな
がら、なお良好な耐摩耗性および摩擦特性を有する相を
有し得る複合材料が求められている。例として、幾つか
の従来技術が特許を受けている。このような技術では、
機械的強度および摩耗耐性を改良するために、焼結材料
が特に設計されている。例えば、この種の好適な従来技
術として、特開昭５５−１８５０８号および特開昭５６
−２５９４６号を挙げることができる。
【０００７】異なる種類の粉末を使用する場合、種々の
粉末の材料移動によって形成される成形体は、異なる相
を有する粉末冶金系に帰着する。混合粉末は、主として
改良された切削工具の開発において、多年に渡って使用
されてきた（German RM., Powder Metallurgical Scien
ce, Metal Powder Industries Federation, Princeton,
New York, 1984 年）。
粉末の材料移動によって形成される成形体は、異なる相
を有する粉末冶金系に帰着する。混合粉末は、主として
改良された切削工具の開発において、多年に渡って使用
されてきた（German RM., Powder Metallurgical Scien
ce, Metal Powder Industries Federation, Princeton,
New York, 1984 年）。
【０００８】主要な利点は、「目的に適合した」特性を
有する成分を製造することができる点である。
有する成分を製造することができる点である。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】この発明は、所望に応
じて種々の程度の気孔率および耐摩耗性を有する、焼結
チタン−炭化チタン−グラファイト複合材料およびそれ
を製造するための、粉末冶金技術によるプロセスを提供
することを主たる目的とする。
じて種々の程度の気孔率および耐摩耗性を有する、焼結
チタン−炭化チタン−グラファイト複合材料およびそれ
を製造するための、粉末冶金技術によるプロセスを提供
することを主たる目的とする。
【００１０】また、この発明は、生物医学工学的用途に
おける補綴術で使用するための、多孔質で耐久性のある
生体適合性材料を提供することを他の目的とする。さら
に、この発明は、その密度、強度、および摩耗特性を、
他の工業的に用途に適合するよう合わせることのできる
チタン−グラファイト複合材料を提供することを更なる
目的とする。
おける補綴術で使用するための、多孔質で耐久性のある
生体適合性材料を提供することを他の目的とする。さら
に、この発明は、その密度、強度、および摩耗特性を、
他の工業的に用途に適合するよう合わせることのできる
チタン−グラファイト複合材料を提供することを更なる
目的とする。
【００１１】この発明の他の目的、特徴、および利点
は、この発明の実施の形態およびこの発明の実施の形態
から示唆される内容から一層明らかとなるであろう。
は、この発明の実施の形態およびこの発明の実施の形態
から示唆される内容から一層明らかとなるであろう。
【００１２】
【課題を解決するための手段】耐摩耗性のチタン複合材
料の開発は、純チタンとグラファイトとの粉末を焼結す
ることにより達成することができる。この系では、焼結
工程を制御することにより、塊質の機械的強度を与える
純チタンと、硬質の耐摩耗相を与える炭化チタンと、良
く知られた潤滑性を有すると共に複合材料の耐摩耗性お
よび摩擦特性を増強する遊離のグラファイトという要素
を含む、３相からなる複合材料を製造することが可能と
なる。
料の開発は、純チタンとグラファイトとの粉末を焼結す
ることにより達成することができる。この系では、焼結
工程を制御することにより、塊質の機械的強度を与える
純チタンと、硬質の耐摩耗相を与える炭化チタンと、良
く知られた潤滑性を有すると共に複合材料の耐摩耗性お
よび摩擦特性を増強する遊離のグラファイトという要素
を含む、３相からなる複合材料を製造することが可能と
なる。
【００１３】
【発明の実施の形態】この発明では、以下に記載するプ
ロセス条件下で、純チタンとグラファイトとの粉末を混
合し、成形し、焼結して、高い耐摩耗性と低い摩擦特性
とを備えた所定範囲の３相チタン−グラファイト複合材
料を製造した。
ロセス条件下で、純チタンとグラファイトとの粉末を混
合し、成形し、焼結して、高い耐摩耗性と低い摩擦特性
とを備えた所定範囲の３相チタン−グラファイト複合材
料を製造した。
【００１４】グラファイトは炭素の同素体であり、良く
知られた潤滑特性を有する。
知られた潤滑特性を有する。
【００１５】グラファイトを使用する根本的理由は、硬
質で耐摩耗性の炭化チタン相を作製するためである。焼
結温度を制御することにより、炭素原子がチタンへと移
行し、炭化チタンを形成する。炭化チタンは硬質の材料
であるが、破断性および引張り強度の点で機械的特性が
貧弱である。この理由から、嵩要素として純チタンを保
持させるのが有益である。この目的を達成するために、
処理方法を制御することにより、炭素原子の完全な溶解
を回避するものとする。
質で耐摩耗性の炭化チタン相を作製するためである。焼
結温度を制御することにより、炭素原子がチタンへと移
行し、炭化チタンを形成する。炭化チタンは硬質の材料
であるが、破断性および引張り強度の点で機械的特性が
貧弱である。この理由から、嵩要素として純チタンを保
持させるのが有益である。この目的を達成するために、
処理方法を制御することにより、炭素原子の完全な溶解
を回避するものとする。
【００１６】臀部や膝の補綴のような生物医学的な用途
においては、骨の一体化を可能とする多孔質構造を維持
することが有益である場合が多い。この明細書の以下の
部分で展開し説明する焼結成形体は、整形外科用生体適
合材料におけるもののような典型的な要件を模擬する固
有の気孔を有する。
においては、骨の一体化を可能とする多孔質構造を維持
することが有益である場合が多い。この明細書の以下の
部分で展開し説明する焼結成形体は、整形外科用生体適
合材料におけるもののような典型的な要件を模擬する固
有の気孔を有する。
【００１７】
【実施例】粉末の選択 市販の純チタンおよびグラファイトを成分粉末として使
用した。粉末中に見出される公称元素を表１および表２
に示す。純チタン粉末の平均粒度は 150μｍであり、粒
子の形状は、不規則で薄片状（flaky ）または索状（li
gamental）であった。グラファイト粉末は、 100μｍの
平均粒度を有し、不規則で索状の形状を有していた。
用した。粉末中に見出される公称元素を表１および表２
に示す。純チタン粉末の平均粒度は 150μｍであり、粒
子の形状は、不規則で薄片状（flaky ）または索状（li
gamental）であった。グラファイト粉末は、 100μｍの
平均粒度を有し、不規則で索状の形状を有していた。
【００１８】８重量％および４重量％のグラファイトの
組成を有する成形体を製造した。全重量を10ｇとして粉
末を配合することによりこれを行った。粉末重量の変動
は 0.005ｇ未満とした。チタンおよびグラファイト粉末
の10ｇ分をＹ−コーンブレンダー（Y-Cone blender）中
で 30rpmで１時間配合し、粉末が十分に混合されるのを
確実なものとした。
組成を有する成形体を製造した。全重量を10ｇとして粉
末を配合することによりこれを行った。粉末重量の変動
は 0.005ｇ未満とした。チタンおよびグラファイト粉末
の10ｇ分をＹ−コーンブレンダー（Y-Cone blender）中
で 30rpmで１時間配合し、粉末が十分に混合されるのを
確実なものとした。
【００１９】
【表１】
【００２０】
【表２】
【００２１】成形 ４つの異なる成形圧力、すなわち５、10、14、および18
トンに対して、８％および４％グラファイトの種々の混
合粉末を成形した。油圧プレスによるパンチ・ダイ・セ
ット（punch-die set ）を用いて成形（compaction）を
行った。粒子の配置換えおよび再配置を促進するため
に、２、５、８、10、12、14、16、および18トンの漸次
の工程により成形を実施した。
トンに対して、８％および４％グラファイトの種々の混
合粉末を成形した。油圧プレスによるパンチ・ダイ・セ
ット（punch-die set ）を用いて成形（compaction）を
行った。粒子の配置換えおよび再配置を促進するため
に、２、５、８、10、12、14、16、および18トンの漸次
の工程により成形を実施した。
【００２２】グラファイト−チタン混合粉末の成形挙動
の検討により、成形の際に破断に至る前のグラファイト
の最大許容組成は約８％であることが示された。２回目
の一連の操作で得た４％の成形体を選択し、このような
複合材料の耐摩耗性に対するグラファイトの影響を評価
した。
の検討により、成形の際に破断に至る前のグラファイト
の最大許容組成は約８％であることが示された。２回目
の一連の操作で得た４％の成形体を選択し、このような
複合材料の耐摩耗性に対するグラファイトの影響を評価
した。
【００２３】焼結 真空オーブン（カーボライト（carbolite ））中、10-6
mbarで焼結を行った。成形体をセラミック管（長さ10c
m）に入れ、端部をステンレス鋼のホイルにより封止
し、オーブン内部の元素による汚染を防止するものとし
た。
mbarで焼結を行った。成形体をセラミック管（長さ10c
m）に入れ、端部をステンレス鋼のホイルにより封止
し、オーブン内部の元素による汚染を防止するものとし
た。
【００２４】焼結は、1250℃で２時間行った。加熱サイ
クルは、図１に示すようにして行った。加熱サイクルに
は４つの段階があるものとした。最初に、10℃／分の割
合で600℃まで炉を加熱した後、５℃／分で1250℃まで
加熱した。その後、温度を1250℃で２時間維持した後、
10℃／分の割合で室温へと冷却した。この加熱サイクル
により、異なる様式の加熱速度において生ずる相変化が
防止されると共に、最高温度を超過することも防止され
る。
クルは、図１に示すようにして行った。加熱サイクルに
は４つの段階があるものとした。最初に、10℃／分の割
合で600℃まで炉を加熱した後、５℃／分で1250℃まで
加熱した。その後、温度を1250℃で２時間維持した後、
10℃／分の割合で室温へと冷却した。この加熱サイクル
により、異なる様式の加熱速度において生ずる相変化が
防止されると共に、最高温度を超過することも防止され
る。
【００２５】800℃〜1600℃の範囲の温度で30分を越え
る持続時間として行う焼結を使用して、所望の複合材料
を製造することもできる。
る持続時間として行う焼結を使用して、所望の複合材料
を製造することもできる。
【００２６】焼結の際の環境は、真空、または他のいず
れかの不活性な条件とし、チタンおよびグラファイトの
拡散の際にチタンの酸化が起こらないようにする。
れかの不活性な条件とし、チタンおよびグラファイトの
拡散の際にチタンの酸化が起こらないようにする。
【００２７】焼結の後、成形体（compacts）からバリを
除去し、ウエイト・カム高さ測定（weight cum height
measurements）を行って、次のように成形体の密度を評
価した： 成形体の密度＝成形体の重量／成形体の容積、 相対密度＝成形体の密度／複合材料の相対密度。
除去し、ウエイト・カム高さ測定（weight cum height
measurements）を行って、次のように成形体の密度を評
価した： 成形体の密度＝成形体の重量／成形体の容積、 相対密度＝成形体の密度／複合材料の相対密度。
【００２８】相対密度は混合の規則（rule of mixture
s）から評価し、２つの成分の重量を基準とする密度の
和とする。８％および４％の成形体の密度を表３および
表４に示す。
s）から評価し、２つの成分の重量を基準とする密度の
和とする。８％および４％の成形体の密度を表３および
表４に示す。
【００２９】
【表３】
【００３０】
【表４】
【００３１】５トンの成形体の気孔は大きく、相互に連
結されていた。密度が増加するにつれて、気孔はより小
さくなり、より孤立したものとなった。前記した技術を
使用して多数の成形体を製造したが、気孔の大きさおよ
び密度は、５％以上変動しなかった。
結されていた。密度が増加するにつれて、気孔はより小
さくなり、より孤立したものとなった。前記した技術を
使用して多数の成形体を製造したが、気孔の大きさおよ
び密度は、５％以上変動しなかった。
【００３２】複合材料の耐摩耗性 同一の成形圧力および焼結様式による純チタン成形体の
場合と摩耗速度を比較することにより、チタン−グラフ
ァイトの系における耐摩耗性の顕著な改善が示された。
摩耗試験は、ピン・オン・ディスクのテストリグ（pin-
on-disc test rig）により、50Ｎの負荷をかけて0.2 m/
s の摺動速度で行った。
場合と摩耗速度を比較することにより、チタン−グラフ
ァイトの系における耐摩耗性の顕著な改善が示された。
摩耗試験は、ピン・オン・ディスクのテストリグ（pin-
on-disc test rig）により、50Ｎの負荷をかけて0.2 m/
s の摺動速度で行った。
【００３３】４％グラファイトの成形体の場合、1.5 倍
までの摩耗性の改善が認められた。グラファイトの組成
を８％に増加させることにより、2.5 倍までの耐摩耗性
の増加が示された。これは、純グラファイトからなる潤
滑作用に供せられる膜によって補填された硬質炭化チタ
ン相の存在によるものである。さらに、潤滑性のグラフ
ァイト膜により摩擦係数が減少した。図２および図３
に、複合材料の摩耗および摩擦における典型的な改善を
示す。
までの摩耗性の改善が認められた。グラファイトの組成
を８％に増加させることにより、2.5 倍までの耐摩耗性
の増加が示された。これは、純グラファイトからなる潤
滑作用に供せられる膜によって補填された硬質炭化チタ
ン相の存在によるものである。さらに、潤滑性のグラフ
ァイト膜により摩擦係数が減少した。図２および図３
に、複合材料の摩耗および摩擦における典型的な改善を
示す。
【００３４】
【発明の効果】この発明によれば、所望に応じて種々の
程度の気孔率および耐摩耗性を有する、焼結チタン−炭
化チタン−グラファイト複合材料を製造するための、粉
末冶金技術による方法が提供される。また、この発明に
よれば、生物医学工学的用途における補綴術で使用する
ための、多孔質で耐久性のある生体適合性材料が提供さ
れる。さらに、この発明によれば、その密度、強度、お
よび摩耗特性を、他の工業的に用途に適合するよう合わ
せることのできるチタン−グラファイト複合材料が提供
される。
程度の気孔率および耐摩耗性を有する、焼結チタン−炭
化チタン−グラファイト複合材料を製造するための、粉
末冶金技術による方法が提供される。また、この発明に
よれば、生物医学工学的用途における補綴術で使用する
ための、多孔質で耐久性のある生体適合性材料が提供さ
れる。さらに、この発明によれば、その密度、強度、お
よび摩耗特性を、他の工業的に用途に適合するよう合わ
せることのできるチタン−グラファイト複合材料が提供
される。
【図１】焼結工程の典型的な加熱サイクルを示す図であ
る。
る。
【図２】焼結した純チタンと比較した複合材料の摩耗性
能を示す図である。
能を示す図である。
【図３】種々の８％グラファイト複合材料の摩擦係数を
示す図である。
示す図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ラジェンドラン サンプラン シンガポール国、シンガポール 119260 ケント リッジ クレッセント 10 ナシ ョナル ユニバーシティ オブ シンガポ ール インダストリー アンド テクノロ ジー リレイションズ オフィス内 (72)発明者 ジェイムス チョー ホン ゴー シンガポール国、シンガポール 119260 ケント リッジ クレッセント 10 ナシ ョナル ユニバーシティ オブ シンガポ ール インダストリー アンド テクノロ ジー リレイションズ オフィス内 (72)発明者 カー ヘング ウインストン セア シンガポール国、シンガポール 119260 ケント リッジ クレッセント 10 ナシ ョナル ユニバーシティ オブ シンガポ ール インタストリー アンド テクノロ ジー リレイションズ オフィス内
Claims (6)
- 【請求項１】純チタン、炭化チタン、および遊離のグラ
ファイトを含む３相からなる粉末冶金複合材料であっ
て、製造の際のパラメータを変動させることにより、そ
の密度、耐摩耗性、および潤滑特性を選択し得る粉末冶
金複合材料を製造するに際し、 グラファイトの百分率を４〜８％で変動させ得る、チタ
ンとグラファイトとの粉末の混合物を、約 800℃〜1600
℃の温度で、約半時間〜２時間、0.17〜 0.62GPaの成形
圧力の下で焼結する工程を含むことを特徴とする粉末冶
金複合材料の製造方法。 - 【請求項２】請求項１記載の方法において、焼結工程を
真空中で実施することを特徴とする粉末冶金複合材料の
製造方法。 - 【請求項３】請求項１記載の方法において、焼結工程を
不活性雰囲気中で実施することを特徴とする粉末冶金複
合材料の製造方法。 - 【請求項４】請求項１記載の方法によって製造されたこ
とを特徴とする、チタン−炭化チタン−グラファイト複
合材料。 - 【請求項５】生物医学工学的用途で、整形外科用の、ま
たは他の生体適合材料として使用することを特徴とする
請求項４記載の複合材料。 - 【請求項６】潤滑特性を備えた耐久性金属が所望され
る、工学的または他の工業的用途のいずれかで使用する
ことを特徴とする請求項４記載の複合材料。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SG1995001510A SG49564A1 (en) | 1995-10-07 | 1995-10-07 | Sintered titanium-graphite composite having improved wear resistance and low frictional characteristics |
| SG9501510-3 | 1995-10-07 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09165632A true JPH09165632A (ja) | 1997-06-24 |
Family
ID=20429129
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8264937A Pending JPH09165632A (ja) | 1995-10-07 | 1996-10-04 | 改良された耐摩耗性と低い摩擦特性とを有する焼結チタン−グラファイト複合材料およびその製造方法 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5758253A (ja) |
| JP (1) | JPH09165632A (ja) |
| DE (1) | DE19641023A1 (ja) |
| GB (1) | GB2305938B (ja) |
| SG (1) | SG49564A1 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5734959A (en) * | 1995-10-12 | 1998-03-31 | Zimmer, Inc. | Method of making an orthopaedic implant having a porous surface using an organic binder |
| US7270679B2 (en) * | 2003-05-30 | 2007-09-18 | Warsaw Orthopedic, Inc. | Implants based on engineered metal matrix composite materials having enhanced imaging and wear resistance |
| US7108129B2 (en) * | 2003-10-10 | 2006-09-19 | Enxnet, Inc. | Optical disk storage case with blocking tongue |
| JP4513520B2 (ja) | 2004-11-15 | 2010-07-28 | 三菱マテリアル株式会社 | 圧縮強度に優れたチタン合金スポンジ状焼結体 |
| US11407199B2 (en) * | 2009-04-15 | 2022-08-09 | The Boeing Company | Metal-coated fabrics for fiber-metal laminates |
| CN111187942B (zh) * | 2020-02-27 | 2021-05-04 | 浙江大学 | 一种多孔钛骨钉及凝胶注模法成型并烧结多孔钛骨钉的方法 |
Family Cites Families (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3986212A (en) * | 1975-04-11 | 1976-10-19 | Glasrock Products, Inc. | Composite prosthetic device with porous polymeric coating |
| US4164794A (en) * | 1977-04-14 | 1979-08-21 | Union Carbide Corporation | Prosthetic devices having coatings of selected porous bioengineering thermoplastics |
| DE2759214A1 (de) * | 1977-12-31 | 1979-07-05 | Scheicher Hans | Verfahren zur herstellung von implantaten |
| US5192324A (en) * | 1982-02-18 | 1993-03-09 | Howmedica Inc. | Bone prosthesis with porous coating |
| FR2567153B1 (fr) * | 1984-07-06 | 1991-04-12 | Onera (Off Nat Aerospatiale) | Procede d'elaboration, par metallurgie des poudres, d'alliage a base de titane a faible dimension de grain |
| GB8502021D0 (en) * | 1985-01-26 | 1985-02-27 | Imi Titanium Ltd | Formation of porous bodies |
| US5254509A (en) * | 1987-01-13 | 1993-10-19 | Lanxide Technology Company, Lp | Production of metal carbide articles |
| US4923513A (en) * | 1989-04-21 | 1990-05-08 | Boehringer Mannheim Corporation | Titanium alloy treatment process and resulting article |
| US4931253A (en) * | 1989-08-07 | 1990-06-05 | United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force | Method for producing alpha titanium alloy pm articles |
| WO1991019584A1 (en) * | 1990-06-12 | 1991-12-26 | The Australian National University | Metal carbides and derived composites |
| EP0484931B1 (en) * | 1990-11-09 | 1998-01-14 | Kabushiki Kaisha Toyota Chuo Kenkyusho | Sintered powdered titanium alloy and method for producing the same |
| US5278109A (en) * | 1991-10-31 | 1994-01-11 | Nippon Steel Corporation | Composite materials for sliding members |
| EP0545718A3 (en) * | 1991-12-03 | 1993-10-13 | Janome Sewing Machine Co., Ltd. | Method of making bone-implants |
| US5256368A (en) * | 1992-07-31 | 1993-10-26 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Interior | Pressure-reaction synthesis of titanium composite materials |
| US5443510A (en) * | 1993-04-06 | 1995-08-22 | Zimmer, Inc. | Porous coated implant and method of making same |
-
1995
- 1995-10-07 SG SG1995001510A patent/SG49564A1/en unknown
-
1996
- 1996-10-04 JP JP8264937A patent/JPH09165632A/ja active Pending
- 1996-10-04 DE DE19641023A patent/DE19641023A1/de not_active Withdrawn
- 1996-10-04 GB GB9620750A patent/GB2305938B/en not_active Expired - Fee Related
- 1996-10-07 US US08/726,732 patent/US5758253A/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| GB2305938B (en) | 1999-01-27 |
| US5758253A (en) | 1998-05-26 |
| GB2305938A (en) | 1997-04-23 |
| GB9620750D0 (en) | 1996-11-20 |
| SG49564A1 (en) | 1998-06-15 |
| DE19641023A1 (de) | 1997-04-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3782446B2 (ja) | 高強度高温用自己潤滑性複合材料およびその製造方法 | |
| JP2741199B2 (ja) | 高密度焼結鉄合金 | |
| JP2002504188A (ja) | 高密度の高炭素焼結金属粉末鋼部品の製造法 | |
| US6837915B2 (en) | High density, metal-based materials having low coefficients of friction and wear rates | |
| Jha et al. | Preparation and properties of 6061 aluminium alloy/graphite composites by PM route | |
| JPH09165632A (ja) | 改良された耐摩耗性と低い摩擦特性とを有する焼結チタン−グラファイト複合材料およびその製造方法 | |
| JPH0625386B2 (ja) | アルミニウム合金粉末及びその焼結体の製造方法 | |
| JP2004308004A (ja) | アルミニウム焼結材の製造方法 | |
| JP2000096162A (ja) | アルミニウム基複合材およびその製造方法 | |
| JPS61279653A (ja) | 耐摩耗性および耐食性に優れたＮｉ基複合材料およびその製造方法 | |
| JPS63199843A (ja) | モリブデンまたはその合金とジルコニアの複合成形体およびその製造法 | |
| JPS63282221A (ja) | 複合焼結材料の製造方法 | |
| JPS60231457A (ja) | 固体潤滑複合材料 | |
| JP2007045918A (ja) | 自己潤滑性焼結体の原料粉末とその製造方法、自己潤滑性焼結体の製造方法 | |
| JPH1192846A (ja) | 焼結摩擦材およびその製造方法 | |
| JP2001294720A (ja) | ポリテトラフルオロエチレン樹脂組成物 | |
| JPS5852526B2 (ja) | 青銅系焼結軸受材の製造法 | |
| JPH0256307B2 (ja) | ||
| JPH0827536A (ja) | ステンレス鋼焼結体の製造方法 | |
| JPH0357064B2 (ja) | ||
| JP2017128764A (ja) | 鉄基焼結摺動材料及びその製造方法 | |
| JPH03290367A (ja) | 黒鉛―炭化硅素系複合材料の製造方法 | |
| JPH07247488A (ja) | 自己潤滑性複合材料 | |
| JPH10140265A (ja) | 耐摩耗性複合材料 | |
| JPH03155450A (ja) | 複合摺動部材の製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20031128 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20040106 |