低HA含量TiHA梯度材料組織及性能研究.pdf

1、Ti-HA功能梯度材料(FGM)是具有良好發(fā)展?jié)摿蛻?yīng)用前景的新型醫(yī)用種植體材料。低HA含量的Ti-HA成分層主要用于FGM的內(nèi)層起承載的作用。本文重點研究HA體積分數(shù)在20％以下的Ti-HA FGM及各成分層的顯微組織和力學(xué)性能。 采用320MPa冷壓，1100℃保溫2.5h，Ar氣氛保護的工藝制備Ti-xvol％HA(x≤20)復(fù)合材料及Ti-HA FGM(x≤10)。借助光學(xué)金相、XRD、SEM及體視學(xué)相關(guān)概念研究和評價材

2、料的陶瓷相、金屬基體形貌特征，并利用三點彎曲試驗測量材料的力學(xué)性能。 結(jié)果表明，燒結(jié)過程中，Ti與HA發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成CaO和TixPy。，陶瓷相分布均勻，以第二相粒子形式存在于金屬基體的空洞處。HA含量增加，陶瓷相的體積分數(shù)由8％增至75％，平均顆粒體積由102μm3增至104μm3，增長趨勢可分為穩(wěn)定區(qū)，快速增長區(qū)及再穩(wěn)定區(qū)三個階段。HA可細化基體組織，同時氧原子向Ti基體中擴散使c軸方向上晶格畸變顯著。 材料線收

3、縮率、密度及相對密度均隨HA含量的增加而下降，并在HA含量較低時表現(xiàn)出對微量HA加入的敏感性。陶瓷相在復(fù)合材料中的作用方式為空洞效應(yīng)，成為脆性破壞發(fā)生的起始區(qū)，使抗彎強度由657MPa降至44MPa，彈性模量由75GPa降至18GPa。 FGM各層間陶瓷相富集，使斷裂呈分層破壞的方式。梯度層存在殘余熱應(yīng)力緩和作用，Ti層受到拉應(yīng)力17.3MPa；Ti-5vol％HA層及Ti-10vol％HA層分別受到壓應(yīng)力2.3MPa和6.3M