纯钛是应用于临床的第一代医用钛材料,具有良好的生物相容性、耐腐蚀性和力学性能。然而,纯钛的弹性模量仍高于人体骨从而导致“应力屏蔽效应”,造成植入失败。研究表明,多孔结构不仅可有效降低材料的弹性模量,而且能为骨组织提供大量的生长空间,利于植入体的固定,提高了材料的生物相容性。然而,随着多孔材料孔隙率的增加,抗压强度等力学性能明显降低。为解决上述问题,本论文从人体骨仿生学角度出发,采用新型的放电等离子烧结技术（SPS）,通过逐层平铺不同造孔剂含量钛粉末的方法,以制备孔隙率呈连续梯度变化的多孔纯钛,旨在保持较低弹性模量的前提下,提高多孔钛的力学性能和生物相容性,为医用梯度多孔钛材料的开发与应用提供理论依据。本文选择纯钛粉为原料,NH4HCO3作为造孔剂,采用金相显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）和密度、压缩性能测试等研究手段,系统地研究了 SPS参数（烧结温度、烧结压力等）和梯度设计对梯度多孔纯钛组织和力学性能的影响规律,探寻了梯度多孔纯钛的的孔隙特征及成孔机制,揭示了梯度多孔纯钛的断裂行为和力学性能增强机制。研究结果表明,SPS制备的梯度多孔纯钛的孔隙率呈连续梯度变化,没有明显的界面分层。（10%+30%NH4HCO3）梯度设计制备的多孔钛中10%造孔剂侧的孔径和孔隙率高于单一 10%造孔剂制备的多孔钛,而30%造孔剂侧的孔径和孔隙率低于单一30%造孔剂制备的多孔钛。NH4HCO3在烧结过程中挥发,气体扩散使不同含量造孔剂的层间界面处孔隙率变化趋于平缓;另一方面SPS脉冲电流作用下Ti颗粒的振动亦促使孔隙率呈连续梯度变化。梯度多孔纯钛的孔隙特征为大尺寸孔和小尺寸孔并存,孔隙形状呈不规则形,大尺寸孔之间存在连通。大尺寸孔的形成机制主要是造孔剂的挥发后产生的生成孔,孔体积由造孔剂NH4HCO3含量决定;小尺寸孔则由于烧结颈不断长大粗化、颗粒间相互联结的孔隙通过特殊的收缩效应所产生,实际的孔体积和相关烧结体的致密化状况存在对应的联系。在本研究SPS参数范围内,随SPS烧结温度和烧结压力的增加,梯度多孔钛的强度逐渐升高,平均孔隙率逐渐降低。当烧结温度为750℃,烧结压力为4 MPa时,可获得具有一定孔隙率及强塑性良好匹配的梯度多孔钛。并且,（10%+30%NH4HCO3）梯度设计的多孔钛的弹性模量为9.43 GPa,抗压强度达到1167 MPa,与添加单一30%造孔剂制备的多孔钛的力学性能（8.52 GPa、857MPa）相比,其抗压强度提高了 36.2%。随着梯度设计层数的增加,梯度多孔钛的抗压强度升高。这是由于三层梯度设计的多孔钛孔隙率的梯度变化更加平缓,改善了孔隙率变化造成的不均匀塑性变形,提高了梯度多孔纯钛整体的力学性能。同样,非对称型梯度设计的多孔钛的抗压强度高于对称型梯度设计的多孔钛。当压缩应力加载时,梯度多孔钛的裂纹萌生于高孔隙率区域薄弱的孔壁处,并向低孔隙率区域扩展,低孔隙率区域形变抗力较高,因此连续梯度多孔纯钛能够承受更大的应力从而使力学性能提高。