多孔材料是当前材料界的一种新型的结构与功能材料,在很多领域都得到了应用。钛及钛合金具有低密度、高比强度、较宽的工作温度范围、良好的耐腐蚀性和生物相容性等优异性能。泡沫钛及其合金融合了钛合金与多孔金属的特性,能够减轻材料的重量而不削弱其强度,同时还有高的韧性、耐腐蚀性。虽然国内已经制备出了不同孔隙率的泡沫钛材料,但是基本都还停留在实验室研究的阶段,距离批量化的工业生产还有较大的一段距离,所以本文通过粉末冶金混合元素法制备造孔剂的体积分数为30%泡沫钛,以期改善泡沫钛烧结状态,从而提高泡沫钛的各种性能,为制备高性能、高孔隙率的泡沫钛材料提供理论依据和基础。针对孔隙率为30%左右的泡沫钛材料,在工艺优化方面,研究了压制压力、烧结温度和烧结时间三个影响因素对泡沫钛的宏观大孔结构、孔壁上的微观组织及抗压缩性能的影响,希望得到最佳的工艺参数。然后在这基础之上,再添加稀土钕作为促进烧结的增强剂,从宏观大孔孔壁的微观组织形貌、孔壁内部微观小孔、孔隙率、初始屈服强度、压缩应变、杨氏模量、物相和金相显微组织这几个方面研究稀土钕的不同添加量对泡沫钛组织性能影响,以期达到改善泡沫钛烧结状态,提高泡沫钛性能的实验目的。主要得出以下结论:(1)压制压力作为对烧结试样的性能影响十分重要的一个因素,适当的提高压制压力可改善金属颗粒之间的接触,可以提高生坯的致密度,提高材料的成型效果,阻碍晶粒的生长,有益于材料提高强度。但是压制压力过高时烧结过程中由于内应力的急剧消失会导致材料内部有裂纹的产生,致使烧结材料的致密度降低,力学性能下降。不同的基体材料及颗粒尺寸,不同的造孔剂及含量多少、颗粒尺寸,最佳的压制压力都有所不同,通过实验检测得知针对于造孔剂体积占30%的泡沫钛,最佳的压制压力为200MPa。(2)烧结温度同样作为对烧结试样性能影响特别重要的一个因素,在一定的温度范围内(基体材料熔点的2/3-3/4之间),随着烧结温度的提高,试样的烧结状态逐渐得到改善,力学性能也有所提高,但是当烧结温度达到一定高度时,烧结材料的力学性能也会达到一定水平,增长的幅度会很小。通过实验研究表明适宜的烧结温度为1250℃,其烧结试样的初始屈服强度高达374.03MPa。(3)烧结时间是指在高温烧结时的保温时间,对烧结试样的性能影响也很重要。烧结温度一定,在一定的时间范围内,随着烧结时间的延长,试样的烧结状态也逐渐得到改善,力学性能也会提高,但是当烧结过程完成时,再继续增长烧结时间,其意义就不大了。通过试验研究,本文实验中2h为最佳的烧结时间。(4)通过实验考察不同稀土钕的添加量对泡沫钛宏观大孔和微观小孔的影响,结果表明:稀土钕的添加对泡沫钛宏观大孔孔壁的微观组织形貌影响不大,但是随着稀土钕元素的添加及其含量的提高,孔壁内部微观小孔的尺寸有明显减小的趋势,且微观小孔的形状逐渐变为球形。(5)通过实验考察不同稀土钕的添加量对泡沫钛试样孔隙率的影响,表明:在一定的范围内(0 wt%-4 wt%),对于造孔剂体积分数占30%设计的泡沫钛试样的孔隙率随着稀土钕含量的增加而降低,主要是通过稀土钕的添加可以改善泡沫钛的烧结状态,致使孔壁内部的致密化程度提高而使得泡沫钛的孔隙率降低。(6)稀土钕的添加对泡沫钛试样的初始屈服强度影响不是很明显。试样的初始屈服强度均值都在374MPa左右。但是稀土钕的添加使得泡沫钛的压缩应变有了显著的提高,当稀土钕的添加量从0 wt%增加到4 wt%时,泡沫钛试样的压缩应变从5.21%增大到了7.15%,改善了泡沫钛材料的塑形。随着稀土钕添加量从0 wt%增加到4 wt%时,泡沫钛试样的杨氏模量从7.19GPa降低到5.24GPa。(7)考察不同稀土钕的添加量对泡沫钛物相和金相的影响:可能是由于添加量过少,或者在检测面上并没有稀土钕的分布而造成在做XRD时,没有检测出关于钕的物相。稀土钕的添加对泡沫钛材料在烧结过程中有细化晶粒的作用,从而也使得泡沫钛的致密程度得到提高,改善其力学性能。