【摘 要】
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金属玻璃具有超高的强度、较低的杨氏模量、优异的耐磨性、高的硬度和优异的耐腐蚀性等优异的性能,因而在生物医用、军事、体育器械等领域有着广泛的应用前景。Ti45Zr10Cu31P
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金属玻璃具有超高的强度、较低的杨氏模量、优异的耐磨性、高的硬度和优异的耐腐蚀性等优异的性能,因而在生物医用、军事、体育器械等领域有着广泛的应用前景。Ti45Zr10Cu31Pd10Sn4金属玻璃合金体系不含Be、Ni等生物有毒有害元素,除了拥有优异的力学性能之外,还具有良好的细胞安全性和生物相容性,因此是一种优秀的长期植入型生物医用材料。但由于其高于人骨的弹性模量,会引发“应力屏蔽”效应造成植入手术的失败,从而限制了其应用。本课题采用放电等离子体烧结技术制备多孔Ti45Zr10Cu31Pd10Sn4块体金属玻璃,研究了烧结参数对多孔材料的物相组成、热稳定性、孔隙率、微观结构、力学性能和耐腐蚀性能的影响规律。通过优化烧结参数制备出了力学性能和人体骨骼相匹配的多孔钛基金属玻璃生物医用材料,取得的主要成果如下:加载压强不改变材料的物相结构和热稳定性,但随着加载压强的增大,金属玻璃粉末的结合更加紧密,多孔试样的孔隙率变小,杨氏模量和压缩强度均增大。在烧结温度为643 K,升温速度为50 K/min,保温时间为10 min的条件下,能制备出力学性能和人骨相匹配的多孔钛基金属玻璃试样的加载压强为50-74 MPa;当烧结温度不超过658 K时,材料为完全非晶态,当烧结温度为663 K时,材料出现了部分晶化现象。随着烧结温度的升高,金属玻璃粉末的结合更加紧密,多孔试样的孔隙率变小,杨氏模量和压缩强度均增大。在加载压强为50 MPa,升温速度为50 K/min,保温时间为10 min的条件下,能制备出力学性能和人骨相匹配的多孔钛基金属玻璃试样的烧结温度为641-656 K;在不发生晶化的烧结温度下,升温速度和保温时间对材料的物相组成、热稳定性、孔隙率、微观结构、力学性能均无影响;当多孔材料的孔隙率为21-24%时,力学性能和人骨相匹配。采用放电等离子体烧结技术在烧结温度为653 K,加载压强为50 MPa,升温速度为50 K/min(第一阶段)+5 K/min(第二阶段),保温时间为10 min的条件下,制备出了孔隙率为22.4%,压缩强度为180 MPa(人骨:104-121 MPa),弹性模量为27.7 GPa(人骨:10-30 GPa)的多孔Ti45Zr10Cu31Pd10Sn4金属玻璃材料,该材料的力学性能与人骨相匹配且具有比商业医用纯钛和Ti-6Al-4V更加优异的耐腐蚀性能。
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