專利名稱：一種復(fù)雜形狀多孔鈦的凝膠注模成型方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于粉末冶金成型技術(shù)領(lǐng)域，特別是提供了一種復(fù)雜形狀多孔鈦的凝膠注模成型方法。
背景技術(shù)：
金屬多孔材料中，多孔鈦以其低密度、高比強度、高耐蝕性和良好的生物相容性等鈦獨具的優(yōu)異性能，被廣泛應(yīng)用于航空、航天等軍工部門及化工、冶金、輕工、醫(yī)藥等民用部門。多孔鈦的制備方法包括粉末冶金法、纖維冶金法、漿料發(fā)泡法、自蔓延高溫合成等。其中，粉末冶金法制備多孔鈦的生產(chǎn)工藝簡單、成本低并且能夠得到組織結(jié)構(gòu)均勻的多孔鈦，但是難以獲得復(fù)雜形狀制件，并且孔隙度較低；纖維冶金法可生產(chǎn)高質(zhì)量的多孔金屬纖維材料，但產(chǎn)品尺寸受限制，成本較高；漿料發(fā)泡法可獲得較高孔隙度，缺點是難于控制氣泡大小，故難以獲得均勻的多孔材料；自蔓延高溫合成是近20年來發(fā)展非常迅速的材料制備新技術(shù)，可用來制備金屬間化合物和復(fù)合材料，但采用自蔓延高溫合成工藝只能制備出成分有限的多孔鈦合金制品。
凝膠注模成型(gelcasting)由美國橡樹嶺國家實驗室M.A.Janney教授等人于20世紀90年代初發(fā)明，是近年倍受關(guān)注的一種復(fù)雜形狀陶瓷或金屬部件近凈尺寸成型方法。其優(yōu)點是易成型復(fù)雜形狀，成型坯體組份均勻、密度均勻、強度高，不需專門的脫脂工序、可生產(chǎn)大尺寸制件并且制件孔隙度及孔徑可控。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種復(fù)雜形狀多孔鈦的凝膠注模成型方法，采用凝膠注模成型工藝實現(xiàn)高孔隙度、高開孔率、孔洞宏觀分布均勻的復(fù)雜形狀大件粉末冶金多孔鈦坯體的生產(chǎn)。
本發(fā)明是將丙烯酰胺有機單體及N，N-亞甲基雙丙烯酰胺交聯(lián)劑溶入溶劑配制成一定濃度的預(yù)混液，鈦粉懸浮于其中制成低粘度、高固相含量的濃懸浮體，加入引發(fā)劑及催化劑之后，將這種濃懸浮體漿料注入非多孔模具中，在一定的溫度條件下，有機聚合物單體交聯(lián)聚合成三維網(wǎng)絡(luò)狀聚合物凝膠，并使粉末顆粒原位粘結(jié)而固化形成坯體。具體工藝如下1)將丙烯酰胺及N，N-亞甲基雙丙烯酰胺以質(zhì)量比(2～200)∶1混合，將該混合物溶于水制成1～50質(zhì)量％均一穩(wěn)定的溶液；2)將上述溶液與鈦粉、分散劑混合；其中鈦粉為混合物的10～50體積％；使用的分散劑為聚丙烯酰胺、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸胺中的任何一種，分散劑用量占金屬粉料質(zhì)量的0.02～1.0％；3)將第二步驟所得混合料球磨8～48小時；4)上述漿料室溫真空除泡10～30分鐘；
5)將漿料注入模具中，模具材料為非孔材料玻璃或金屬、橡膠、塑料等；之后加熱模具至40～80℃，約30～120分鐘后脫模，室溫真空干燥48～72小時，得到多孔鈦坯體。
本發(fā)明技術(shù)與傳統(tǒng)多孔鈦成型技術(shù)相比，主要優(yōu)點如下1)所配制濃懸浮體成分均勻且固相含量可調(diào)；坯體經(jīng)干燥后，原來水分存在的位置成為固有的孔隙，因此坯體經(jīng)燒結(jié)后可獲得高孔隙度、高開孔率、孔洞宏觀分布均勻的多孔鈦；2)不需復(fù)雜設(shè)備及模具、不需專門脫脂工序，可實現(xiàn)復(fù)雜形狀多孔鈦的低成本、高效率生產(chǎn)；3)坯體強度達30MPa以上，可以進行機械加工。
具體實施例方式
實施例1鈦粉原料為市售50～100μm鈦粉；丙烯酰胺為天津市化學(xué)試劑研究所生產(chǎn)，為白色細小晶體；N，N-亞甲基雙丙烯酰胺為天津市科密歐化學(xué)試劑開發(fā)中心生產(chǎn)，為白色粉末。
將15克丙烯酰胺、1克N，N-亞甲基雙丙烯酰胺溶于100毫升水中，加入450克鈦粉和5克聚丙烯酸分散劑，球磨48小時后真空除泡30分鐘，獲得固相體積分數(shù)50％的漿料，注入金屬模具后將模具移入80℃恒溫箱中保溫120分鐘，脫模后真空干燥72小時即可得到凝膠注模成型多孔鈦零件坯體；坯體經(jīng)燒結(jié)后得到多孔鈦零件。
由這種工藝制備的凝膠注模成型多孔鈦零件孔隙度為43.2％，開孔率為91.0％。
實施例2鈦粉原料為市售50～100μm鈦粉；丙烯酰胺為天津市化學(xué)試劑研究所生產(chǎn)，為白色細小晶體；N，N-亞甲基雙丙烯酰胺為天津市科密歐化學(xué)試劑開發(fā)中心生產(chǎn)，為白色粉末。
將20克丙烯酰胺、6克N，N-亞甲基雙丙烯酰胺溶入100毫升水中制成溶液，加入300克鈦粉和10克聚丙烯酰胺分散劑，球磨24小時后真空除泡20分鐘，制得固相體積分數(shù)為40％的漿料。將所得漿料注入玻璃模具，在60℃保溫120分鐘，模具內(nèi)漿料固化為坯體，脫模后真空干燥48小時即可得到凝膠注模成型多孔鈦零件坯體；坯體經(jīng)燒結(jié)后得到多孔鈦零件。
由這種工藝制備的凝膠注模成型多孔鈦零件孔隙度為54.8％，開孔率為90.3％。
權(quán)利要求
1.一種復(fù)雜形狀多孔鈦的凝膠注模成型方法，其特征在于a、將丙烯酰胺及N，N-亞甲基雙丙烯酰胺以質(zhì)量比2～200∶1混合，將該混合物溶于水制成1～50質(zhì)量％均一穩(wěn)定的預(yù)混液；b、將上述溶液與鈦粉、分散劑混合；其中鈦粉為混合物的10～50體積％；使用的分散劑為聚丙烯酰胺、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸胺中的任何一種，分散劑用量占金屬粉料質(zhì)量的0.02～1.0％；c、將第二步驟所得混合料球磨8～48小時；d、上述漿料室溫真空除泡10～30分鐘；e、將漿料注入模具中，加熱模具至40～80℃，約30～120分鐘后脫模，室溫真空干燥48～72小時，得到多孔鈦坯體。
2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的模具材料為非孔材料玻璃或金屬、橡膠、塑料。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種復(fù)雜形狀多孔鈦的凝膠注模成型方法，屬于粉末冶金技術(shù)領(lǐng)域。將丙烯酰胺有機單體及N，N－亞甲基雙丙烯酰胺交聯(lián)劑溶入溶劑配制成一定濃度的預(yù)混液，鈦粉懸浮于其中制成低粘度、高固相含量的濃懸浮體，加入引發(fā)劑及催化劑之后，將這種濃懸浮體漿料注入非多孔模具中，在一定的溫度條件下，有機聚合物單體交聯(lián)聚合成三維網(wǎng)絡(luò)狀聚合物凝膠，并使粉末顆粒原位粘結(jié)而固化形成坯體。優(yōu)點在于可獲得高孔隙度、高開孔率、孔洞宏觀分布均勻的多孔鈦；不需復(fù)雜設(shè)備及模具、不需專門脫脂工序，可實現(xiàn)復(fù)雜形狀多孔鈦的低成本、高效率生產(chǎn)；坯體強度達30MPa以上，可以進行機械加工。
文檔編號B22F3/22GK1817511SQ20061001152
公開日2006年8月16日 申請日期2006年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月21日
發(fā)明者郭志猛, 李艷, 隋延力, 郝俊杰 申請人:北京科技大學(xué)