NiTi-HA復合材料制備及熱彈性馬氏體相變增韌機制研究.pdf

1、HA是一種新型的生物材料，與人體骨骼的主要無機成分十分相似，但由于其本身力學性能較差、強度低、脆性大，導致其很難直接作為生物材料用于人體中。目前，國內(nèi)外研究多數(shù)傾向于制備各種羥基磷灰石的復合材料，使其達到增韌的效果，但為了不影響HA生物陶瓷本身的生物學性能，要求增韌相本身也應對應具備生物材料的要求。而NiTi合金（原子比1∶1）作為最常應用的一類生物合金材料，本身就滿足了生物材料的基本要求，而它獨特的熱彈性馬氏體相變的性能，使其在宏觀呈

2、現(xiàn)出形狀記憶效應跟超彈性。本研究就利用NiTi合金的這種熱彈性馬氏體相變來實現(xiàn)對HA生物陶瓷的增韌，這種增韌機理與通常采用的ZrO2相變增韌有著本質(zhì)的區(qū)別，NiTi合金在常溫下就可以通過應力誘發(fā)產(chǎn)生熱彈性馬氏體相變，而不需要基體相的約束力來輔助這種相變的完成，除此之外，NiTi合金顆粒也會具有一般顆粒彌散增韌機制，可以利用其本身金屬顆粒的塑性變形來進一步實現(xiàn)增韌的效果。利用NiTi合金顆粒增韌HA生物陶瓷，是一次全新的有前景的嘗試，它實

3、現(xiàn)了最常見的生物醫(yī)用無機材料(HA)與合金材料(NiTi)的優(yōu)勢結(jié)合，有望產(chǎn)生一類新的更加理想的生物醫(yī)用復合材料。
　　 本文以Ca(NO3)2和(NH4)2HPO4為主要原料采用化學沉淀方式來制備HA粉體，通過參數(shù)調(diào)整以及預燒處理，可以得到具有一定結(jié)晶程度的納米級別的HA粉體，形貌為短棒狀，長徑在80～100nm范圍內(nèi)，短徑在20～30nm范圍內(nèi)，并且粒徑分布較為均勻。將制備的HA粉體與NiTi顆粒，按照NiTi質(zhì)量比為3％、

4、5％、7％及10％進行均勻混合，然后將復合粉體在氬氣保護下熱壓燒結(jié)，燒結(jié)壓強為30MPa，燒結(jié)溫度分別為1000℃、1100℃及1200℃并保溫1h，從而得到NiTi/HA復合材料;通過對不同配比及不同燒結(jié)溫度的復合材料試樣進行抗彎強度以及斷裂韌性的測試，結(jié)果表明在NiTi/HA復合材料中，NiTi相的加入對復合材料的致密度影響不大，而隨著NiTi相的增加復合材料的抗彎強度會有部分損失，但材料的斷裂韌性卻會隨著NiTi相的增加呈現(xiàn)先升高

5、后下降的趨勢。通過對比測試將NiTi/HA復合材料的最佳燒結(jié)溫度選擇為1100℃，此燒結(jié)溫度下的最佳配比是NiTi的質(zhì)量分數(shù)為5％，而此時對應的斷裂韌性將達到1.375MPa·m1/2，比同溫度下的純HA提升將近30％。在對NiTi/HA復合材料進行透射電鏡以及金相顯微鏡的觀察中，可以觀察到NiTi合金相變馬氏體的存在，從而證明實現(xiàn)了馬氏體相變增韌的預期效果;而對復合材料進行表面形貌分析，可以看出在斷裂過程NiTi合金也確實起到了抑制裂