[go: up one dir, main page]

RU2394112C2 - Способ получения пористого никелида титана - Google Patents

Способ получения пористого никелида титана Download PDF

Info

Publication number
RU2394112C2
RU2394112C2 RU2008137342/02A RU2008137342A RU2394112C2 RU 2394112 C2 RU2394112 C2 RU 2394112C2 RU 2008137342/02 A RU2008137342/02 A RU 2008137342/02A RU 2008137342 A RU2008137342 A RU 2008137342A RU 2394112 C2 RU2394112 C2 RU 2394112C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
mixture
titanium nickelide
sintering
porous titanium
minutes
Prior art date
Application number
RU2008137342/02A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2008137342A (ru
Inventor
Виктор Эдуардович Гюнтер (RU)
Виктор Эдуардович Гюнтер
Александр Николаевич Моногенов (RU)
Александр Николаевич Моногенов
Валентина Николаевна Олесова (RU)
Валентина Николаевна Олесова
Надежда Викторовна Артюхова (RU)
Надежда Викторовна Артюхова
Юрий Феодосович Ясенчук (RU)
Юрий Феодосович Ясенчук
Original Assignee
Виктор Эдуардович Гюнтер
Александр Николаевич Моногенов
Валентина Николаевна Олесова
Надежда Викторовна Артюхова
Юрий Феодосович Ясенчук
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Виктор Эдуардович Гюнтер, Александр Николаевич Моногенов, Валентина Николаевна Олесова, Надежда Викторовна Артюхова, Юрий Феодосович Ясенчук filed Critical Виктор Эдуардович Гюнтер
Priority to RU2008137342/02A priority Critical patent/RU2394112C2/ru
Publication of RU2008137342A publication Critical patent/RU2008137342A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2394112C2 publication Critical patent/RU2394112C2/ru

Links

Images

Landscapes

  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению пористого никелида титана для использования в изделиях медицинской техники, например, в устройствах, замещающих костные структуры в медицине. В шихту, содержащую никель и титан, вводят 0,1-1,0 ат.% порошка алюминия и выдерживают при комнатной температуре в течение 20-25 часов. После чего шихту засыпают в графитовую форму и выдерживают при 1100-1200 К в течение 25-35 минут. Полученный спеченный штаб помещают в вольфрамовую форму и выдерживают при температуре 1400-1500 К в течение 25-35 минут. Полученный материал обладает высокой эластичностью и технической прочностью. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Description

Изобретение относится к медицинской технике, конкретно к медицинским материалам.
Пористые проницаемые материалы на основе никелида титана получили в последние десятилетия широкое распространение в различных областях медицины благодаря ряду полезных свойств.
Проницаемо-пористый никелид титана используют в качестве депо длительной резорбции противомикробных препаратов [Медицинские материалы и имплантаты с памятью формы. Изд. Томского госуниверситета, г.Томск, 1998, с.181-184], при замещении тканей в пластических и реконструктивных операциях [Патент РФ №2082355] и во многих других случаях, где необходим контакт с тканями организма.
Известно использование пористого проницаемого никелида титана с заданной пористостью и размером пор в качестве носителя-инкубатора клеточных культур, замещающих частично или полностью функции внутренних органов [Патент РФ №2143867].
Известно использование пористого никелида титана в устройствах опоры и поддержания тканей. Например, широко используются дентальные имплантаты, в которых эндооссальный участок - цоколь зубного протеза - выполняют из пористого никелида титана [Медицинские материалы и имплантаты с памятью формы. Изд. Томского госуниверситета, г.Томск, 1988, с.411-412]. При силовом воздействии с тканями организма важна эластичность материала, соразмерная эластичности самих тканей, например костных. Эластичность материала, т.е. демпфированная податливость, проявляется в динамической прочности устройства - имплантата. Высокопористая структура и, особенно, наличие крупных пор снижают эластичность никелида титана по сравнению с цельнолитым материалом, заметно охрупчивая его. Поэтому материаловедческой, технологической задачей является повышение эластичности пористого никелида титана.
Известен способ получения пористого никелида титана методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) [Сплавы с памятью формы в медицине, В.Э.Гюнтер, В.В.Котенко и др. Изд. Томского госуниверситета, г.Томск, 1986, с.50]. В его технологию входит подготовка шихты путем тщательного смешивания порошков титана, никеля и легирующих элементов - железа, молибдена, прессование и формирование цилиндрических штабов, проведение самой реакции синтеза, в результате которой получается пористый слиток интерметаллида. В основе СВС лежит использование тепла, которое выделяется при взаимодействии (экзотермической реакции) различных элементов - в данном случае - никеля и титана. В результате химической реакции и выделенного тепла происходит послойное горение в объеме спрессованной шихты. Бегущая волна горения оставляет за собой остывающий продукт - пористый сплав никелида титана.
Данный способ высокопроизводителен, технически несложен, относительно дешев и позволяет получать пористый материал с приемлемой для практических нужд эластичностью, достигающей 2,5% (для сравнения, эластичность монолитного материала достигает 10%).
Недостаток СВ-синтеза состоит в его функциональной ограниченности. Способ позволяет получать работоспособный материал с указанными свойствами для слитков (применительно к цилиндрической их форме) с диаметром более 8 мм. При меньших размерах реакция синтеза в объеме проходит нестабильно, структура пористости получается неоднородной в радиальном направлении, механические свойства не отвечают требованиям. Материал хрупок и не пригоден для производства из него мелкоразмерных изделий.
В этом отношении более добротным оказывается пористый никелид титана, полученный другим известным способом порошковой металлургии - способом спекания [Медицинские материалы и имплантаты с памятью формы. Изд. Томского госуниверситета, г.Томск, 1998, с.459]. Способ получения пористого никелида титана по этой технологии включает подготовку шихты из смеси порошков никеля и титана, прессование из смеси брикетов заданной формы и синтез сплава нагреванием в вакууме и выдержкой брикетов при температуре порядка 1190-1220 К в течение 1-2 ч. После этого гомогенизируют сплав при 1500 К. Таким образом, процесс спекания проводят двукратно, в двух температурных режимах. На структуру получаемого пористого сплава влияет дисперсность порошков, гомогенность смеси, степень спрессованности, температуры спекания, скорость нагрева, время выдержки. Комплекс этих параметров составляет режим производства, а их вариацией управляют характеристиками пористости.
Недостатком указанного способа, который по совокупности сходных признаков выбран в качестве прототипа, является низкая (1,5%), относительно потребительских запросов, эластичность.
Технический результат предлагаемого изобретения - повышение эластичности пористого никелида титана, получаемого предлагаемым способом.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе получения пористого никелида титана, включающем подготовку шихты смешиванием порошков никеля и титана, двукратное спекание в условиях вакуума полученной смеси, помещенной в жаропрочную форму, в состав шихты дополнительно включают порошок легирующего алюминия в содержании 0,1-1,0 ат.% вместо равного ему содержания никеля, двукратное спекание осуществляют последовательно выдержкой шихты, свободно засыпанной в графитовую форму, при температуре 1100-1200 К и выдержкой полученного испеченного штаба, помещенного в вольфрамовую форму, при температуре 1400-1500 К, в течение 25-35 минут каждой выдержки.
Предпочтительно шихту после смешивания порошков выдерживать при комнатной температуре в течение 20-25 часов. Предпочтительно в качестве вольфрамовой формы во втором спекании использовать технологически простой плоскостной поддон.
Достижимость технического результата обусловлена наличием легирующего алюминия. Присутствие в шихте алюминия приводит к дополнительному экзотермическому разогреву шихты, т.е. к началу процесса при более низких, по сравнению с прототипом, температурах внешнего нагрева, более спокойному его течению и выделению газов, влияющих на образование пор. Следствием повышения ламинарности газовых потоков является перераспределение спектра размеров пор в сторону преимущественного содержания мелких и снижения крупных пор. В итоге увеличивается эластичность материала и повышается механическая прочность.
Спекание частиц никеля и титана в присутствии жидкой фазы легкоплавкого алюминия происходит в соответствии с закономерностями преобразования кристаллической решетки, образования вторичных фаз и сильно зависит от режима. Конкретные значения параметров режима, доселе неизвестные в уровне техники, выявлены, по критерию пористости и эластичности, экспериментально, перебором содержания алюминия, температур и времени спекания и материала форм. Выход за их пределы приводит к заметному повышению содержания крупных пор, охрупчиванию, практически к утрате смысла улучшения материала по сравнению со способом - прототипом. Указанные параметры режима выявлены для условия свободной засыпки шихты в форму, без прессования.
Выбор графита в качестве материала формы первой акции спекания обусловлен его жаропрочностью, доступностью и сравнительной легкостью выполнения необходимой формы готовой продукции. Во второй выдержке, при более высокой температуре графит непригоден из-за способности углерода диффундировать в спекаемый слиток, загрязняя его и ухудшая ожидаемые характеристики. Трудноформируемый тугоплавкий вольфрам предпочтительно формовать в виде плоской подложки (поддона), поскольку в этой стадии слиток уже фиксировано сформован.
Шихта после смешивания порошков способна, за счет химической реакции взаимодействия ингредиентов, к саморазогреву вплоть до возникновения СВ-синтеза. Выдержкой шихты при комнатной температуре устраняется возможность самовозникновения нежелательного СВС, вследствие образования окисной пленки на поверхности частиц и редукции химического взаимодействия.
Найденный режим спекания в совокупности признаков способа получения пористого никелида титана абсолютно нов, что свидетельствует о соответствии предлагаемого решения критерию «изобретательский уровень».
На чертежах представлено:
Фиг.1. Спектрограммы размеров пор и зерен никелида титана, полученного спеканием порошков в присутствии алюминия (а, б) и в отсутствии его (в, г).
Фиг.2. Внешний вид шлифов слитков пористого никелида титана, полученного по предлагаемому способу а) и по способу-прототипу (б).
В качестве доказательства достижимости технического результата приводится описание конкретного примера производства пористого никелида титана, выполненного в лабораторных условиях Медико-инженерного центра г.Томска.
Пример
Способ осуществлен следующим образом.
Подготовлен необходимый для формового спекания объем порошковых ингредиентов в составе и содержании: никель - 49,5 ат.% с грязевым содержанием железа, не превышающем 0,02%, титан, химически чистый - 50%, алюминий - 0,5 ат.%. После тщательного смешивания порошков в ротационном смесителе в течение 7 часов полученная шихтовая смесь выдержана при комнатной температуре в течение суток и свободно (без прессования) засыпана в цилиндрическую форму диаметра 3,5 мм, длиной 30,0 мм, выполненную из графита. В индукционной нагревательной печи вакуумированной до 10-3 мм рт.ст. шихта нагрета до температуры 1148 К с погрешностью контроля 1 градус и выдержана в течение 30 мин. Спеченный штаб извлечен из графитовой формы и без намеренного охлаждения помещен в печь на вольфрамовом поддоне. При температуре 1478 К штаб выдержан в течение 30 минут также в условиях вакуума 10-3 мм рт.ст.
Для сопоставления свойств полученного материала произведено контрольное спекание с вариацией содержания алюминия внутри заявленного интервала 0,1-1,0 ат.%
и за его пределами, а также температур спекания и времени выдержки.
Полученные образцы сплавов подвержены рутинному выявлению механических характеристик и свойств пористости.
Результаты, представленные на фиг.1, 2, свидетельствуют о сдвиге спектра размеров пор в сторону мелких пор (диаграммы (а, в) фиг.1).
Снижено содержание мелких зерен, особенно преимущественного размера 20 мкм со 160 до 120 на единицу объема (диаграммы (б, г) фиг.1).
Повышено содержание фазы Ni4Ti3 в образцах с алюминием (42%) по сравнению с эквиатомным сплавом (13%). Известно, что материал упрочняется, если эта фаза равномерно распределяется в теле зерна.
Рентгеноструктурным анализом не выявлено фаз с алюминием, который растворяется в матрице, дополнительно упрочняя ее.
Совокупность перечисленных факторов приводит к повышению эластичности сплава - до 2,5% - и предела прочности на изгиб, для образца диаметра 3,5 мм, который составил 57,3 кг/мм2 против 16,0 кг/мм2 эквиатомного сплава.
Полученные результаты четко свидетельствуют о достижимости технического результата, а наработанный технологический регламент - о соответствии предлагаемого способа - критерию «промышленная применимость».

Claims (2)

1. Способ получения пористого никелида титана, включающий приготовление шихты, содержащей порошки никеля и титана, размещение шихты в жаропрочной форме и двукратное спекание в условиях вакуума, отличающийся тем, что готовят шихту, которая дополнительно содержит порошок алюминия в количестве 0,1-1,0 ат.%, полученную шихту выдерживают при комнатной температуре в течение 20-25 ч, а двукратное спекание осуществляют путем выдержки свободно засыпанной в графитовую форму шихты при 1100-1200 К в течение 25-35 мин и последующей выдержки полученного спеченного штаба, помещенного в вольфрамовую форму, при температуре 1400-1500 К в течение 25-35 мин.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при втором спекании в качестве жаропрочной вольфрамовой формы используют плоский поддон.
RU2008137342/02A 2008-09-17 2008-09-17 Способ получения пористого никелида титана RU2394112C2 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008137342/02A RU2394112C2 (ru) 2008-09-17 2008-09-17 Способ получения пористого никелида титана

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008137342/02A RU2394112C2 (ru) 2008-09-17 2008-09-17 Способ получения пористого никелида титана

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2008137342A RU2008137342A (ru) 2010-03-27
RU2394112C2 true RU2394112C2 (ru) 2010-07-10

Family

ID=42137935

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2008137342/02A RU2394112C2 (ru) 2008-09-17 2008-09-17 Способ получения пористого никелида титана

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2394112C2 (ru)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2459686C2 (ru) * 2010-07-15 2012-08-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Самарский государственный технический университет Способ получения пористых биосовместимых материалов на основе никелида титана
RU2465016C1 (ru) * 2011-05-04 2012-10-27 Виктор Эдуардович Гюнтер Способ изготовления композитного материала из сплавов на основе никелида титана
RU2557192C2 (ru) * 2013-05-07 2015-07-20 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" Пористый сплав на основе никелида титана для медицинских имплантатов
RU2566234C2 (ru) * 2014-03-12 2015-10-20 Виктор Эдуардович Гюнтер Способ получения пористого сплава на основе никелида титана
RU2651846C1 (ru) * 2017-07-10 2018-04-24 Сергей Геннадьевич Аникеев Способ получения пористого сплава на основе никелида титана
RU2687386C1 (ru) * 2018-11-26 2019-05-13 Сергей Геннадьевич Аникеев Способ получения пористого сплава на основе никелида титана
RU2732716C1 (ru) * 2020-06-01 2020-09-22 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский Томский государственный университет» Способ получения пористого материала на основе никелида титана
RU2796898C1 (ru) * 2022-12-01 2023-05-29 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" Способ получения биосовместимого пористого сплава на основе никелида титана

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20010018844A (ko) * 1999-08-23 2001-03-15 한기석 고온자전합성법에 의한 다공성 티탄니켈 인공골 제조방법 및그 장치
RU2200205C2 (ru) * 2001-03-05 2003-03-10 Гюнтер Виктор Эдуардович Пористый проницаемый сплав на основе никелида титана
CN1418974A (zh) * 2002-12-19 2003-05-21 北京科技大学 一种合成NiTi形状记忆合金多孔体材料的方法
US7112302B2 (en) * 2003-05-23 2006-09-26 Yoshimi Inc. Methods for making shape memory alloy products
RU2320741C2 (ru) * 2006-02-06 2008-03-27 Виктор Эдуардович Гюнтер Пористый сплав на основе никелида титана и способ его получения

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20010018844A (ko) * 1999-08-23 2001-03-15 한기석 고온자전합성법에 의한 다공성 티탄니켈 인공골 제조방법 및그 장치
RU2200205C2 (ru) * 2001-03-05 2003-03-10 Гюнтер Виктор Эдуардович Пористый проницаемый сплав на основе никелида титана
CN1418974A (zh) * 2002-12-19 2003-05-21 北京科技大学 一种合成NiTi形状记忆合金多孔体材料的方法
US7112302B2 (en) * 2003-05-23 2006-09-26 Yoshimi Inc. Methods for making shape memory alloy products
RU2320741C2 (ru) * 2006-02-06 2008-03-27 Виктор Эдуардович Гюнтер Пористый сплав на основе никелида титана и способ его получения

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ГЮНТЕР В.Э. и др. Медицинские материалы и имплантанты с памятью формы. - Томск: издательство Томского университета, 1998, с.459. *

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2459686C2 (ru) * 2010-07-15 2012-08-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Самарский государственный технический университет Способ получения пористых биосовместимых материалов на основе никелида титана
RU2465016C1 (ru) * 2011-05-04 2012-10-27 Виктор Эдуардович Гюнтер Способ изготовления композитного материала из сплавов на основе никелида титана
RU2557192C2 (ru) * 2013-05-07 2015-07-20 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" Пористый сплав на основе никелида титана для медицинских имплантатов
RU2566234C2 (ru) * 2014-03-12 2015-10-20 Виктор Эдуардович Гюнтер Способ получения пористого сплава на основе никелида титана
RU2651846C1 (ru) * 2017-07-10 2018-04-24 Сергей Геннадьевич Аникеев Способ получения пористого сплава на основе никелида титана
RU2687386C1 (ru) * 2018-11-26 2019-05-13 Сергей Геннадьевич Аникеев Способ получения пористого сплава на основе никелида титана
RU2732716C1 (ru) * 2020-06-01 2020-09-22 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский Томский государственный университет» Способ получения пористого материала на основе никелида титана
RU2796898C1 (ru) * 2022-12-01 2023-05-29 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" Способ получения биосовместимого пористого сплава на основе никелида титана

Also Published As

Publication number Publication date
RU2008137342A (ru) 2010-03-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2394112C2 (ru) Способ получения пористого никелида титана
Gülsoy et al. Production of micro-porous austenitic stainless steel by powder injection molding
RU2459686C2 (ru) Способ получения пористых биосовместимых материалов на основе никелида титана
JPS6240317B2 (ru)
CN1418974A (zh) 一种合成NiTi形状记忆合金多孔体材料的方法
Wang et al. Phase transformation in Ti–48Al–6Nb porous alloys and its influence on pore properties
EP3919583B1 (en) Use of powder material for sintering
CN107337453A (zh) 一种结合气固反应法制备重结晶碳化硅多孔陶瓷的方法
RU2200205C2 (ru) Пористый проницаемый сплав на основе никелида титана
JP2004346368A (ja) 複合材料の製造方法、及び複合材料
JP5308296B2 (ja) チタンシリコンカーバイドセラミックスの製造方法
RU2310548C1 (ru) Способ получения пористых материалов на основе никелида титана
RU2630740C1 (ru) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЗАГОТОВОК СПЛАВОВ НА ОСНОВЕ ИНТЕРМЕТАЛЛИДА TiNi
CN105624452B (zh) 多孔金属间化合物的制备方法
RU2569446C1 (ru) Шихта для композиционного катода и способ его изготовления
Ma et al. Study on microstructures and mechanical properties of foam titanium carbide ceramics fabricated by reaction sintering process
CN109503172A (zh) 一种具有蠕虫状晶粒的多孔碳化硅陶瓷的制备方法
RU2732661C1 (ru) Способ получения пористых усов α-Al2O3 с использованием отходов свинцово-цинкового производства
RU2687352C1 (ru) Способ получения проницаемого пеноматериала из сверхупругих сплавов системы титан-цирконий-ниобий
JPH08175871A (ja) 炭化珪素質焼結体およびその製造方法
RU2170645C2 (ru) Шихта для изготовления носителя клеточных структур
JPH10253259A (ja) ローラハース炉用ローラ材及びその製造方法
RU2767111C1 (ru) Способ получения композиционного материала преимущественно рассекателя для барботационной установки
RU2346997C2 (ru) Способ получения изделия из жаропрочного композиционного материала
SU1764813A1 (ru) Шихта дл получени пористого проницаемого материала

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20120918