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多孔NiTi形状记忆合金

        NiTi形状记忆合金具有优秀的形状记忆效应和超弹性性能,并且还具有良好的机械性能,好的耐腐蚀性和良好的生物兼容性。最近,多孔NiTi形状记忆合金引起大家的极大兴趣,是因为除了具备致密NiTi形状记忆合金所具有的性能外,另外多孔的结构适合于人体营养的交换以及人体组织的粘附生长,并减轻了合金重量。由于这些特性使得多孔NiTi形状记忆合金在医学应用方面有很大的发展前景,诸如作为人体的植入物和能够吸收冲击载荷的连接部件。

  烧结纯的Ni粉和Ti粉混合粉末的粉末冶金法是制备多孔NiTi形状记忆合金的主要方法。在近二十年来,多孔NiTi形状记忆合金是用不同的粉末冶金方法来制备的,包括通常烧结法,自蔓延高温合成法和传统的热等静压法。用自蔓延高温合成法成功地制备出多孔的NiTi形状记忆合金,具有高的孔隙度和大的孔隙尺寸(大约在400-500 μm)。但是,用这种方法制备的多孔NiTi形状记忆合金机械性能不是很理想,这是由于它的孔分布的各向异性和不均匀性,这影响了多孔NiTi形状记忆合金在医学上的广泛应用。(通常烧结法制备多孔NiTi形状记忆合金孔洞小,孔隙度有限。)

  Ishizaki成功地发展一种不密封的热等静压工艺来制备多孔陶瓷材料。应用这种工艺制备出的多孔陶瓷材料的孔尺寸分布比通常烧结的材料更狭窄和更均衡。其弯曲应力和杨氏模量都要比通常烧结的材料要高。本项目就是利用这种工艺来制备多孔的NiTi形状记忆合金。本项目能够成功地制备出具有近球形孔,均匀的微观结构的多孔Ti-50.8at.%Ni形状记忆合金,如图1所示。这种多孔NiTi形状记忆合金具有30-40vol.%左右的孔隙度,55%左右的开孔率,孔洞尺寸为50-200μm。而且,这种多孔NiTi合金展现出非常好的机械性能和超弹性,如图2所示。经过几次训练之后,这种多孔合金还展现出完全的超弹性。这对于多孔NiTi合金的实际应用有很大促进作用。


图.1 热等静压法制备多孔NiTi形状记忆合金的形貌图

图.2 热等静压法制备多孔NiTi形状记忆合金的应力-应变图