机械球磨制备nHATi复合粉末及其组织特征.pdfVIP

——复合材料——————————————特种铸造及有色合金2006年年会专刊 机械球磨制备nHA-Ti复合粉末及其组织特征 摘 要 以无水乙醇为球磨助剂，采用机械球磨方法制备了纳米羟基磷灰石一钛(nH“皿)复合粉末。利用x射线衍射 元素面扫描分析了球磨过程中复合粉末的均匀化效果。结果表明：随着球磨时间的延长，复合粉末逐渐细化和均匀化，球磨30h 后可使复合粉末形成nI-IA弥散分布在Ti大颗粒上的包覆状粉末结构，且复合粉末中nHA获得了较好的均匀化效果。 关键词：机械球磨；ni-IA—Ti复合粉末；生物复合材料 目前，临床上应用的人体硬组织替换材料主要包括 两大类¨2]。一类是生物活性陶瓷，一类是生物相容性 好的金属材料。前者以羟基磷灰石(HA)为代表，因其析附件(EDS，ThermoNORAN)进行选区成分分析，通过 具有良好的生物相容性和生物活性，能与人体硬组织形 成化学键合而被认为是一种有潜力的植入体替换材料， 行球磨复合粉末的元素分布面扫描分析，根据谢尔 但其强度低和韧性差，于承载部位应用受到限制。后者 (Scherrer)公式计算晶粒尺寸。 以耐蚀性、比强度和生物相容性较好的钛(Ti)为代表， 2试验结果与分析 但它属生物惰性材料，且弹性模量与人体骨差别大，植 人后易产生“应力屏蔽”效应口J，故也存在应用的局限 2．1球磨时间对原始粉末细化的影响 性。因此出现了通过各种工艺制备HA—Ti复合材料的 图1为混合nHA．Ti粉末经过不同时间球磨的X射线 研究，以期获得兼有Ti优异力学性能和HA生物活性 衍射分析。由图可见，随着球磨时间的延长，Ti的衍射峰 的生物复合材料H曲J。 发生向低角度略微偏移且宽化，表明在此过程中Ti晶粒发 作为HA．Ti复合材料的研究热点之一，粉末冶金法 生细化并伴随有晶格畸变现象产生；而nHA衍射峰亦宽 通过将Ti与HA进行混合一压制_+烧结，而获得综合 化，说明nHA晶粒也发生细化。球磨30b后，Ti和nHA 性能好的HA—Ti复合材料已有一些进展¨qo。但前人 的衍射峰宽化速率减慢，继续球磨至40h变化不大。图谱 的研究多集中于复合材料烧结体力学性能和生物活性 中只发现Ti和nHA的衍射峰，未见其他杂质峰出现，表明 方面，关于原始粉末的状态(如粉末相组成和微观结 整个球磨过程不改变原始粉末的相组成。 构)的研究较少，尤其是有关纳米羟基磷灰石(nHA)粉 与Ti粉的复合粉末研究尚未见文献报道。为此，本课 题采用机械球磨方法，在无水乙醇为球磨助剂时，研究 了球磨时间对复合粉末微观结构和均匀化的影响。 1 试验方法 试验所需nHA粉购于中国科学院上海硅酸盐研究 所，商业纯Ti粉由广州有色金属研究院提供。将Ti与 HA按体积比8：2配成复合粉末置于QM-1SP2一CL型 低温行星式球磨机上机械球磨，球磨过程中使用玛瑙罐 图1球磨不同时间的Ti—nHA 和玛瑙球，球磨助剂选用无水乙醇，球磨机转速设定为 复合粉末的X射线衍射图谱 300 机械球磨过程是一种经典的粉末制备技术，在冲击 r／min，采用正反转交替运行，交替运行时间为60 mm两种，球料比为10： 力的作用下，整个球磨体系是一个伴随着粉末塑性变形 min，磨球选用66mm和610 1，按不同时间进行球磨对比试验。 和冷焊，塑性颗粒断裂