RU2310548C1 - Method for producing porous materials on base of titanium nickelide - Google Patents
Method for producing porous materials on base of titanium nickelide Download PDFInfo
- Publication number
- RU2310548C1 RU2310548C1 RU2006105572/02A RU2006105572A RU2310548C1 RU 2310548 C1 RU2310548 C1 RU 2310548C1 RU 2006105572/02 A RU2006105572/02 A RU 2006105572/02A RU 2006105572 A RU2006105572 A RU 2006105572A RU 2310548 C1 RU2310548 C1 RU 2310548C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- ammonium
- titanium
- mixture
- hydroxyapatite
- hydride
- Prior art date
Links
- 239000010936 titanium Substances 0.000 title claims abstract description 35
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 26
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 25
- 239000011148 porous material Substances 0.000 title claims abstract description 19
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title abstract description 9
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 29
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 24
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 23
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 21
- -1 titanium hydride Chemical compound 0.000 claims abstract description 13
- 229910052588 hydroxylapatite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- XYJRXVWERLGGKC-UHFFFAOYSA-D pentacalcium;hydroxide;triphosphate Chemical compound [OH-].[Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O XYJRXVWERLGGKC-UHFFFAOYSA-D 0.000 claims abstract description 11
- NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N Ammonia chloride Chemical compound [NH4+].[Cl-] NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims abstract description 10
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims abstract description 9
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims abstract description 9
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 claims abstract description 8
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 229910000048 titanium hydride Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 235000019270 ammonium chloride Nutrition 0.000 claims abstract description 5
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 claims abstract description 5
- XZXYQEHISUMZAT-UHFFFAOYSA-N 2-[(2-hydroxy-5-methylphenyl)methyl]-4-methylphenol Chemical compound CC1=CC=C(O)C(CC=2C(=CC=C(C)C=2)O)=C1 XZXYQEHISUMZAT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- 229940107816 ammonium iodide Drugs 0.000 claims abstract description 4
- 150000004678 hydrides Chemical class 0.000 claims abstract description 4
- DDFHBQSCUXNBSA-UHFFFAOYSA-N 5-(5-carboxythiophen-2-yl)thiophene-2-carboxylic acid Chemical compound S1C(C(=O)O)=CC=C1C1=CC=C(C(O)=O)S1 DDFHBQSCUXNBSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 3
- 239000012047 saturated solution Substances 0.000 claims abstract description 3
- 229910014497 Ca10(PO4)6(OH)2 Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 claims description 5
- 150000004820 halides Chemical class 0.000 claims description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 3
- 238000002955 isolation Methods 0.000 claims description 2
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims 2
- 239000012300 argon atmosphere Substances 0.000 claims 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 claims 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims 1
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 18
- 239000003814 drug Substances 0.000 abstract description 4
- 238000004663 powder metallurgy Methods 0.000 abstract description 4
- 239000007943 implant Substances 0.000 abstract description 3
- SWLVFNYSXGMGBS-UHFFFAOYSA-N ammonium bromide Chemical compound [NH4+].[Br-] SWLVFNYSXGMGBS-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 2
- 239000012620 biological material Substances 0.000 abstract description 2
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 abstract description 2
- 230000006835 compression Effects 0.000 abstract description 2
- 238000007906 compression Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000969 carrier Substances 0.000 abstract 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 abstract 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 21
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 20
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 8
- 229910010380 TiNi Inorganic materials 0.000 description 6
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000013077 target material Substances 0.000 description 5
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 4
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 3
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 3
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 3
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910017855 NH 4 F Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000003462 bioceramic Substances 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 230000003446 memory effect Effects 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 2
- CPELXLSAUQHCOX-UHFFFAOYSA-M Bromide Chemical compound [Br-] CPELXLSAUQHCOX-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M Chloride anion Chemical compound [Cl-] VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M Fluoride anion Chemical compound [F-] KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N Titanium nitride Chemical compound [Ti]#N NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 230000000975 bioactive effect Effects 0.000 description 1
- 210000000988 bone and bone Anatomy 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 238000002309 gasification Methods 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002513 implantation Methods 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004137 mechanical activation Methods 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 229910052573 porcelain Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010926 purge Methods 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Landscapes
- Catalysts (AREA)
- Materials For Medical Uses (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области порошковой металлургии, а именно к способам получения пористых материалов на основе никелида титана в режиме самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС). Пористые материалы на основе никелида титана могут быть использованы в медицине как биоматериалы для костных имплантатов и в порошковой металлургии для изготовления фильтров, носителей катализаторов, жаростойких и градиентных материалов и т.д.The invention relates to the field of powder metallurgy, and in particular to methods for producing porous materials based on titanium nickelide in the mode of self-propagating high temperature synthesis (SHS). Porous materials based on titanium nickelide can be used in medicine as biomaterials for bone implants and in powder metallurgy for the manufacture of filters, catalyst supports, heat-resistant and gradient materials, etc.
Известен способ получения пористого материала на основе никелида титана для медицины методом порошковой металлургии, включающий прессование и спекание порошка никелида титана или его смесей с биокерамикой в вакууме 133×10-4 Па при 1000-1170°С в течение 1 часа, при этом перед прессованием и спеканием порошок никелида титана или его смеси с биокерамикой (фарфоровая масса "Гамма") подвергают механической активации в планетарной шаровой мельнице в течение 3-30 мин при факторе энергонапряженности 12-60 g (RU 2190502 С2, 10.10.2002).A known method of producing a porous material based on titanium nickelide for medicine by powder metallurgy, including pressing and sintering a powder of titanium nickelide or its mixtures with bioceramics in a vacuum of 133 × 10 -4 Pa at 1000-1170 ° C for 1 hour, while before pressing and sintering, the titanium nickelide powder or its mixture with bioceramics (Gamma porcelain mass) is subjected to mechanical activation in a planetary ball mill for 3-30 minutes at an energy factor of 12-60 g (RU 2190502 C2, 10.10.2002).
Техническим результатом известного изобретения является достижение заданной усадки и равномерного изменения линейных размеров прессовок и готовых изделий при спекании.The technical result of the known invention is to achieve a given shrinkage and uniform change in the linear dimensions of the compacts and finished products during sintering.
Недостатком известного способа является его длительность, возможность загрязнения порошков при активации материалом планетарной мельницы, а также значительные затраты электроэнергии.The disadvantage of this method is its duration, the possibility of contamination of powders when activated by the material of a planetary mill, as well as significant energy costs.
Известен пористый проницаемый сплав на основе никелида титана, полученный в режиме СВС и содержащий следующие компоненты, ат.%: никель 48,0-52,0; железо 0,02-3,0; молибден 0,1-2,0; алюминий 0,1-3,0 и титан остальное (RU 2200205 С2, 10.03.2003).Known porous permeable alloy based on titanium nickelide obtained in the SHS mode and containing the following components, at.%: Nickel 48.0-52.0; iron 0.02-3.0; molybdenum 0.1-2.0; aluminum 0.1-3.0 and titanium the rest (RU 2200205 C2, 03/10/2003).
Техническим результатом известного изобретения является увеличение содержания мелких пор с размером 10-2-10-1 мкм.The technical result of the known invention is to increase the content of small pores with a size of 10 -2 -10 -1 microns.
Способ получения известного сплава описан в указанном патенте и включает: предварительную сушку исходных порошков в вакуумном шкафу при температуре 350-360 К в течение 7 часов; их дозирование; смешивание порошков в смесителе в течение 6-8 часов; прессование из смеси порошков в пресс-формах на гидравлическом прессе образцов по форме штабиков; размещение их в реактор СВС, выполненный из нержавеющей стали с электровоспламенителями на концах, подводом инертного газа и термопарой для контроля температурного режима; предварительный нагрев образца; инициирование реакции СВС в атмосфере инертного газа; последующее охлаждение реактора водой до температуры 340-360 К и извлечение из него продукта синтеза в виде пористого материала на основе никелида титана.A method for producing a known alloy is described in said patent and includes: preliminary drying of the starting powders in a vacuum oven at a temperature of 350-360 K for 7 hours; their dosing; mixing powders in the mixer for 6-8 hours; pressing from a mixture of powders in molds on a hydraulic press of samples in the form of pads; placing them in a SHS reactor made of stainless steel with electric igniters at the ends, inert gas supply and a thermocouple to control the temperature regime; preliminary heating of the sample; initiating the SHS reaction in an inert gas atmosphere; subsequent cooling of the reactor with water to a temperature of 340-360 K and extraction of the synthesis product from it in the form of a porous material based on titanium nickelide.
Недостатком известного способа является его длительность и недостаточно высокие механические характеристики целевого материала.The disadvantage of this method is its duration and insufficiently high mechanical characteristics of the target material.
Известен способ получения материалов на основе никелида титана, включающий сушку исходных порошков титана и никеля в вакуумном шкафу при 60-70°С, их смешивание, прессование в заготовку до пористости 40%, размещение заготовки в герметичный реактор, заполнение реактора аргоном до создания избыточного давления 0,5-50 ати, предварительный нагрев размещенных в реакторе образцов до температуры 550-850°С, инициирование реакции СВС (SU 662270, 15.05.1979).A known method of producing materials based on titanium nickelide, including drying the initial titanium and nickel powders in a vacuum oven at 60-70 ° C, mixing them, pressing into a preform to a porosity of 40%, placing the preform in a sealed reactor, filling the reactor with argon to create excess pressure 0.5-50 ati, preliminary heating of the samples placed in the reactor to a temperature of 550-850 ° C, initiation of the SHS reaction (SU 662270, 05.15.1979).
Известный способ позволяет получать литой мононикелид титана TiNi с отклонением состава от стехиометрии не более 0,5%, с пределом прочности целевого материала при 20°С 86-120 кг/мм2 (860-1200 МПа).The known method allows to obtain cast titanium mononickelide TiNi with a deviation of the composition from stoichiometry of not more than 0.5%, with a tensile strength of the target material at 20 ° C 86-120 kg / mm 2 (860-1200 MPa).
Недостатком способа является его длительность за счет продолжительного времени сушки исходных компонентов, а получение литого материала делает невозможным его использование в медицине и для изготовления фильтров.The disadvantage of this method is its duration due to the long drying time of the starting components, and the production of cast material makes it impossible to use it in medicine and for the manufacture of filters.
Наиболее близким техническим решением по совокупности признаков к заявляемому является способ получения пористых материалов на основе никелида титана в режиме СВС, включающий предварительную сушку исходных порошков в вакуумном шкафу при температуре 330-350 К в течение 3-8 часов, дозирование порошков и их смешивание в стандартных смесителях в течение 8-10 часов, прессование полученной экзотермической смеси в пресс-формах на гидравлическом прессе в виде образцов по форме штабиков, размещение их в реакторе СВС, продувку реактора с содержимым инертным газом, предварительный нагрев образца до температуры 400-700 К, инициирование реакции СВС в атмосфере инертного газа, при этом в процессе синтеза давление инертного газа поддерживают равным (1-2)×105 Па, последующее охлаждение и выгрузку целевого продукта (В.И.Итин, А.Д.Братчиков. СВС сплавов с памятью формы // Самораспространяющийся высокотемпературный синтез. Томск, 1991, с.124-132).The closest technical solution for the totality of features to the claimed is a method for producing porous materials based on titanium nickelide in the SHS mode, including pre-drying the initial powders in a vacuum oven at a temperature of 330-350 K for 3-8 hours, dosing the powders and mixing them in standard mixers for 8-10 hours, pressing the resulting exothermic mixture in molds on a hydraulic press in the form of samples in the form of piles, placing them in the SHS reactor, purging the reactor with the contents and ertnym gas, preheating the sample to a temperature of 400-700 K, to initiate the reaction IFOR in an inert gas atmosphere, wherein during the synthesis of the inert gas pressure is maintained at (1-2) × 10 5 Pa, followed by cooling and unloading of the desired product (B. I. Itin, A. D. Bratchikov. SHS alloys with shape memory // Self-propagating high-temperature synthesis. Tomsk, 1991, p.124-132).
В соответствии с этим способом получают функциональный пористый никелид титана с общей пористостью 30-70% и долей открытой пористости не более 90%, с размерами пор 60-1000 мкм, высоким коэффициентом проницаемости, обладающий эффектом памяти формы.In accordance with this method, functional porous titanium nickelide is obtained with a total porosity of 30-70% and an open porosity fraction of not more than 90%, with pore sizes of 60-1000 μm, a high permeability coefficient having a shape memory effect.
К недостаткам данного способа можно отнести предварительную сушку порошков до 8 часов, что значительно увеличивает длительность процесса, многофазность получаемых материалов TiNi, Ti2Ni, от которых необходимо избавляться дополнительными методами, значительный разброс общей пористости и низкая прочность целевого материала.The disadvantages of this method include the preliminary drying of the powders up to 8 hours, which significantly increases the duration of the process, the multiphase nature of the resulting materials TiNi, Ti 2 Ni, which must be eliminated by additional methods, a significant spread in the total porosity and low strength of the target material.
Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение доли открытой пористости до 98% при малом разбросе общей пористости, который не превышает 10%, повышение предела прочности целевого материала на сжатие до 220-520 МПа и упрощение способа его получения.The technical result of the claimed invention is to increase the proportion of open porosity to 98% with a small spread in total porosity, which does not exceed 10%, increase the ultimate strength of the target material in compression to 220-520 MPa and simplify the method for its preparation.
Технический результат достигается тем, что способ получения пористых материалов на основе никелида титана в режиме СВС включает приготовление экзотермической смеси исходных компонентов из порошков никеля, титана и добавки, прессование из смеси заготовки, размещение ее в реакторе СВС, предварительный нагрев заготовки, инициирование реакции СВС в инертной атмосфере (аргон или вакуум), с последующим выделением целевого продукта, при этом в качестве добавки в исходную смесь вводят по крайней мере одну, выбранную из ряда, включающего: гидрид титана, хлорид, бромид, фторид или иодид аммония, преимущественно хлорид аммония, гидроксиапатит, преимущественно гидроксиапатит формулы Ca10(PO4)6(ОН)2, при этом указанный гидрид и галогениды аммония берут в количестве не более 4 мас.%, гидроксиапатит в количестве не более 25 мас.%, а галогениды вводят в исходную смесь в виде водного насыщенного раствора, с последующей сушкой смеси перед ее прессованием.The technical result is achieved in that the method for producing porous materials based on titanium nickelide in the SHS mode involves preparing an exothermic mixture of the starting components from nickel, titanium and additive powders, pressing the workpiece from the mixture, placing it in the SHS reactor, preheating the workpiece, initiating the SHS reaction in in an inert atmosphere (argon or vacuum), followed by isolation of the target product, while at least one selected from the series, including: hydride, is introduced into the initial mixture as an additive titanium, chloride, bromide, fluoride or ammonium iodide, mainly ammonium chloride, hydroxyapatite, mainly hydroxyapatite of the formula Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2 , while the specified hydride and ammonium halides are taken in an amount of not more than 4 wt.%, hydroxyapatite in an amount of not more than 25 wt.%, and the halides are introduced into the initial mixture in the form of an aqueous saturated solution, followed by drying of the mixture before pressing.
Гидрид титана (TiH2), галогениды аммония: хлорид аммония (NH4Cl), бромид аммония (NH4Br), иодид аммония (NH4J) и фторид аммония (NH4F) относятся к ряду газофицирующихся добавок, т.к. в режиме СВС за счет высоких температур происходит их разложение с выделением аммиака и галогенидов водорода, что способствует получению целевого продукта с высокой открытой пористостью.Titanium hydride (TiH 2 ), ammonium halides: ammonium chloride (NH 4 Cl), ammonium bromide (NH 4 Br), ammonium iodide (NH 4 J) and ammonium fluoride (NH 4 F) belong to a number of gasification additives, because . in the SHS mode, due to high temperatures, they decompose with the release of ammonia and hydrogen halides, which helps to obtain the target product with high open porosity.
Получение пористого материала на основе никелида титана с использованием заявленных в формуле признаков позволяет получать пористый проницаемый материал с пределом прочности на сжатие в интервале 220-520 МПа, при сохранении в материале уникального свойства - эффекта памяти формы в интервале температур 10-50°С.Obtaining a porous material based on titanium nickelide using the characteristics stated in the formula allows one to obtain a porous permeable material with a compressive strength in the range of 220-520 MPa, while maintaining a unique property in the material - the shape memory effect in the temperature range of 10-50 ° С.
Высокая механическая прочность полученного материала определяет долговечность имплантата.High mechanical strength of the obtained material determines the durability of the implant.
Пористый материал, полученный по предлагаемому способу, характеризуется общей пористостью 40-70% и долей открытой пористости до 98%.The porous material obtained by the proposed method is characterized by a total porosity of 40-70% and an open porosity of up to 98%.
Структуру полученных образцов исследовали на изломах и металлографических шлифах на растровом электронном микроскопе "JEOL-733", рентгенофазовый анализ проводили на дифрактометре "ДРОН-3М", механические свойства образцов определяли на универсальном динамометре "Инстрон-1195" (Англия).The structure of the obtained samples was studied on kinks and metallographic sections on a JEOL-733 scanning electron microscope, X-ray phase analysis was performed on a DRON-3M diffractometer, and the mechanical properties of the samples were determined on an Instron-1195 universal dynamometer (England).
Сущность способа подтверждается примерами.The essence of the method is confirmed by examples.
Пример 1.Example 1
Готовят экзотермическую смесь из порошков титана и никеля, взятых в стехиометрическом соотношении на получение никелида титана. Оба порошка российского производства: Ti (ПТС, 25-50 мкм) и Ni (ПНЭ). Затем в смесь добавляют 1 мас.% гидрида титана TiH2, перемешивают, прессуют образцы в виде цилиндров диаметром 17 мм, высотой 15-16 мм с относительной плотностью 0.49-0.51 от теоретической, размещают образцы в реактор СВС, затем реактор вакуумируют, заполняют аргоном до давления 1 атм, затем размещенные образцы нагревают до 250-300°С, после чего инициируют реакцию СВС раскаленной вольфрамовой спиралью. После прохождения реакции полученный материал охлаждают в среде аргона, затем его извлекают и анализируют известными методами.An exothermic mixture is prepared from titanium and nickel powders taken in a stoichiometric ratio to obtain titanium nickelide. Both Russian-made powders: Ti (PTS, 25-50 microns) and Ni (PNE). Then, 1 wt.% Titanium hydride TiH 2 is added to the mixture, mixed, samples are pressed in the form of cylinders with a diameter of 17 mm, a height of 15-16 mm with a relative density of 0.49-0.51 theoretical, samples are placed in a SHS reactor, then the reactor is evacuated, filled with argon to a pressure of 1 atm, then the placed samples are heated to 250-300 ° C, after which the SHS reaction is initiated by a hot tungsten spiral. After the reaction, the resulting material is cooled in argon, then it is extracted and analyzed by known methods.
Полученный пористый материал представляет собой образец с пористостью 46-47%, доля открытой пористости составляет 90-98% от общей пористости. Данные рентгенофазового анализа показывают, что продукт однофазный и соответствует формуле TiNi. Предел прочности на сжатие полученного материала составляет 400 МПа.The obtained porous material is a sample with a porosity of 46-47%, the proportion of open porosity is 90-98% of the total porosity. The data of x-ray phase analysis show that the product is single-phase and corresponds to the formula TiNi. The compressive strength of the obtained material is 400 MPa.
Количество добавки гидрида титана может быть увеличено до 4%, при этом механическая прочность целевого материала увеличивается до 520 МПа, дальнейшее увеличение добавки практически не сказывается на прочности.The amount of titanium hydride additive can be increased to 4%, while the mechanical strength of the target material increases to 520 MPa, a further increase in the additive practically does not affect the strength.
Пример 2.Example 2
Готовят экзотермическую смесь в стехиометрическом соотношении Ti:Ni из порошков российского производства, Ti (ПТС, полидисперсный), Ni (ПНЭ). Затем в эту смесь добавляют насыщенный водный раствор газифицирующейся добавки NH4Cl, в расчете на сухое вещество в количестве 4 мас.%. После этого из приготовленной влажной смеси прессуют заготовки в виде цилиндров диаметром 17 мм, высотой 15-16 мм с относительной плотностью 0.49-0.51 от теоретической и помещают в сушильный шкаф при температуре не выше 110°С, сушат до постоянного веса в течение не более 30 минут. Далее, как в примере 1.An exothermic mixture is prepared in a stoichiometric ratio of Ti: Ni from Russian-made powders, Ti (PTS, polydisperse), Ni (PNE). Then, a saturated aqueous solution of a gasified NH 4 Cl additive is added to this mixture, calculated on the dry matter in an amount of 4 wt.%. After that, from the prepared wet mixture, preforms are pressed in the form of cylinders with a diameter of 17 mm, a height of 15-16 mm with a relative density of 0.49-0.51 from the theoretical one and placed in an oven at a temperature of no higher than 110 ° C, dried to a constant weight for no more than 30 minutes. Further, as in example 1.
Полученный пористый материал представляет собой образец с пористостью 57-60%, доля открытой пористости составляет 95-98% от общей пористости и соответствует по данным рентгенофазового анализа нитриду титана формулы TiNi. Предел прочности на сжатие полученного материала составляет 420 МПа.The obtained porous material is a sample with a porosity of 57-60%, the proportion of open porosity is 95-98% of the total porosity and corresponds, according to x-ray phase analysis, to titanium nitride of the formula TiNi. The compressive strength of the obtained material is 420 MPa.
Пример 3.Example 3
Готовят экзотермическую смесь в стехиометрическом соотношении Ti:Ni из порошков российского производства, Ti (ПТС, 25-50 мкм), Ni (ПНЭ). Затем в эту смесь добавляют 25 мас.%. аморфного нанодисперсного порошка гидроксиапатита (Ca10(PO4)6(ОН)2) (ЗАО "БИОМЕД"). После этого образцы прессуют в виде цилиндров диаметром 17 мм, высотой 15-16 мм с относительной плотностью 0.49-0.51 от теоретической, размещают образцы в реактор СВС, затем реактор вакуумируют, заполняют аргоном до давления 100 Па, размещенные образцы нагревают до 500-580°С, после чего инициируют в вакууме реакцию СВС раскаленной вольфрамовой спиралью. После прохождения реакции полученный материал охлаждают в среде аргона, затем его извлекают и анализируют известными методами.An exothermic mixture is prepared in a stoichiometric ratio of Ti: Ni from Russian-made powders, Ti (PTS, 25-50 microns), Ni (PNE). Then, 25% by weight is added to this mixture. amorphous nanodispersed powder of hydroxyapatite (Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2 ) (JSC "BIOMED"). After that, the samples are pressed in the form of cylinders with a diameter of 17 mm, a height of 15-16 mm with a relative density of 0.49-0.51 theoretical, samples are placed in the SHS reactor, then the reactor is evacuated, filled with argon to a pressure of 100 Pa, the placed samples are heated to 500-580 ° C, after which they initiate in a vacuum the SHS reaction with a hot tungsten spiral. After the reaction, the resulting material is cooled in argon, then it is extracted and analyzed by known methods.
Полученный пористый материал представляет собой образец с пористостью 40-50%, доля открытой пористости составляет 95-98% от общей пористости. Данные рентгенофазового анализа показывают, что продукт состоит из фазы TiNi - основа и примесей: CaTiO3, Ni3Ti, Ni3P, Ti3P. Образование указанных примесей происходит в результате разложения Ca10(Po4)6(ОН)2. Поскольку гидроксиапатит является биоактивной керамикой, которая постепенно резорбируется в организме, эти фазы также способны существенно влиять на результат имплантации. Предел прочности на сжатие полученного материала составляет 320 МПа.The resulting porous material is a sample with a porosity of 40-50%, the proportion of open porosity is 95-98% of the total porosity. X-ray phase analysis data show that the product consists of a TiNi - base phase and impurities: CaTiO 3 , Ni 3 Ti, Ni 3 P, Ti 3 P. The formation of these impurities occurs as a result of decomposition of Ca 10 (Po 4 ) 6 (OH) 2 . Since hydroxyapatite is a bioactive ceramic that is gradually absorbed in the body, these phases are also able to significantly affect the result of implantation. The compressive strength of the obtained material is 320 MPa.
Пример 4.Example 4
Готовят экзотермическую смесь из порошков в стехиометрическом соотношении Ti:Ni, затем в эту смесь добавляют 15 мас.% нанодисперсного порошка гидроксиапатита (Ca10(PO4)6(ОН)2) (ЗАО "БИОМЕД") и 1% газифицирующейся добавки гидрида титана. Далее, как в примере 1, но предварительный нагрев ведут до 500-580°С. Конечный состав целевого продукта соответствует примеру 3. Предел прочности на сжатие полученного материала составляет 350 МПа.An exothermic mixture is prepared from powders in a stoichiometric ratio of Ti: Ni, then 15 wt.% Nanosized powder of hydroxyapatite (Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2 ) (ZAO BIOMED) and 1% of gasified titanium hydride additive are added to this mixture. . Further, as in example 1, but preheating is carried out to 500-580 ° C. The final composition of the target product corresponds to example 3. The compressive strength of the obtained material is 350 MPa.
Пример 5.Example 5
Готовят экзотермическую смесь в стехиометрическом соотношении Ti:Ni из порошков российского производства, Ti (ПТС, 25-50 мкм), Ni (ПНЭ). Затем в эту смесь добавляют 3% вес. NH4Br или NH4J или NH4F.An exothermic mixture is prepared in a stoichiometric ratio of Ti: Ni from Russian-made powders, Ti (PTS, 25-50 microns), Ni (PNE). Then, 3% weight is added to this mixture. NH 4 Br or NH 4 J or NH 4 F.
Далее, как в примере 1.Further, as in example 1.
Полученный пористый материал представляет собой образец с пористостью 46-47%, доля открытой пористости составляет 90-95% от общей пористости. Данные рентгенофазового анализа показывают, что продукт состоит из фазы TiNi. Предел прочности на сжатие полученного материала составляет 220-320 МПа в зависимости от выбранного галогенида.The resulting porous material is a sample with a porosity of 46-47%, the proportion of open porosity is 90-95% of the total porosity. X-ray phase analysis data show that the product consists of a TiNi phase. The compressive strength of the obtained material is 220-320 MPa, depending on the selected halide.
Таким образом, использование заявленной совокупности признаков позволяет получать пористый материал на основе никелида титана с механической прочностью в пределах 220-520 МПа, малым разбросом общей пористости, которая не превышает 10%. Материалы с такими свойствами могут найти широкое использование в биомедицинской и других отраслях промышленности.Thus, the use of the claimed combination of features allows to obtain a porous material based on titanium nickelide with a mechanical strength in the range of 220-520 MPa, a small spread in total porosity, which does not exceed 10%. Materials with such properties can be widely used in biomedical and other industries.
Способ получения пористых материалов не требует специального оборудования, прост в исполнении, а длительность процесса по сравнению с прототипом снижается в 4-5 раз за счет подготовки смеси (предварительной сушки).The method of obtaining porous materials does not require special equipment, it is simple to perform, and the duration of the process compared with the prototype is reduced by 4-5 times due to the preparation of the mixture (pre-drying).
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006105572/02A RU2310548C1 (en) | 2006-02-22 | 2006-02-22 | Method for producing porous materials on base of titanium nickelide |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006105572/02A RU2310548C1 (en) | 2006-02-22 | 2006-02-22 | Method for producing porous materials on base of titanium nickelide |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2006105572A RU2006105572A (en) | 2007-09-20 |
| RU2310548C1 true RU2310548C1 (en) | 2007-11-20 |
Family
ID=38959351
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2006105572/02A RU2310548C1 (en) | 2006-02-22 | 2006-02-22 | Method for producing porous materials on base of titanium nickelide |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2310548C1 (en) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2459686C2 (en) * | 2010-07-15 | 2012-08-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Самарский государственный технический университет | Method of making titanium nickelide-based porous biocompatible materials |
| RU2465016C1 (en) * | 2011-05-04 | 2012-10-27 | Виктор Эдуардович Гюнтер | Method of producing composite material from titanium nickelide-based alloys |
| RU2483840C2 (en) * | 2011-06-10 | 2013-06-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Самарский государственный технический университет | Method of making porous coating on metallic implants |
| RU2535104C1 (en) * | 2013-05-21 | 2014-12-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "ВЯТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ" (ФГБОУ ВПО "ВятГУ") | METHOD OF SYNTHESIS OF NdNi5 INTERMETALLIC COMPOUND POWDER IN MOLTEN SALTS |
| RU2541171C1 (en) * | 2013-11-07 | 2015-02-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии твердого тела Уральского отделения Российской академии наук | Biocompatible porous material and method for preparing it |
| RU2557192C2 (en) * | 2013-05-07 | 2015-07-20 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" | Porous alloy based on titanium nickelide for medical implants |
| RU2732716C1 (en) * | 2020-06-01 | 2020-09-22 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский Томский государственный университет» | Method of producing porous material based on titanium nickelide |
| RU2771150C1 (en) * | 2021-12-09 | 2022-04-27 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" | Method for obtaining porous material based on titanium nickelide by self-distributing high-temperature synthesis |
| RU2798496C1 (en) * | 2022-10-21 | 2023-06-23 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" | Method for producing porous alloy based on titanium nickelide |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5864744A (en) * | 1995-06-19 | 1999-01-26 | Commissariat A L'energie Atomique | Reactive sintering method of forming intermetallic materials |
| CN1428447A (en) * | 2001-12-25 | 2003-07-09 | 中国科学院金属研究所 | Preparation process for combustion synthesis of porous nickel-titanium marmem |
| RU2210461C2 (en) * | 2001-07-05 | 2003-08-20 | Томский государственный архитектурно-строительный университет | Porous material production method |
-
2006
- 2006-02-22 RU RU2006105572/02A patent/RU2310548C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5864744A (en) * | 1995-06-19 | 1999-01-26 | Commissariat A L'energie Atomique | Reactive sintering method of forming intermetallic materials |
| RU2210461C2 (en) * | 2001-07-05 | 2003-08-20 | Томский государственный архитектурно-строительный университет | Porous material production method |
| CN1428447A (en) * | 2001-12-25 | 2003-07-09 | 中国科学院金属研究所 | Preparation process for combustion synthesis of porous nickel-titanium marmem |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ИТИН В.И. и др. СВС сплавов с памятью формы. Самораспространяющийся высокотемпературный синтез. - Томск, 1991, с.124-132. * |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2459686C2 (en) * | 2010-07-15 | 2012-08-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Самарский государственный технический университет | Method of making titanium nickelide-based porous biocompatible materials |
| RU2465016C1 (en) * | 2011-05-04 | 2012-10-27 | Виктор Эдуардович Гюнтер | Method of producing composite material from titanium nickelide-based alloys |
| RU2483840C2 (en) * | 2011-06-10 | 2013-06-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Самарский государственный технический университет | Method of making porous coating on metallic implants |
| RU2557192C2 (en) * | 2013-05-07 | 2015-07-20 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" | Porous alloy based on titanium nickelide for medical implants |
| RU2535104C1 (en) * | 2013-05-21 | 2014-12-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "ВЯТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ" (ФГБОУ ВПО "ВятГУ") | METHOD OF SYNTHESIS OF NdNi5 INTERMETALLIC COMPOUND POWDER IN MOLTEN SALTS |
| RU2541171C1 (en) * | 2013-11-07 | 2015-02-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии твердого тела Уральского отделения Российской академии наук | Biocompatible porous material and method for preparing it |
| RU2732716C1 (en) * | 2020-06-01 | 2020-09-22 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский Томский государственный университет» | Method of producing porous material based on titanium nickelide |
| RU2771150C1 (en) * | 2021-12-09 | 2022-04-27 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" | Method for obtaining porous material based on titanium nickelide by self-distributing high-temperature synthesis |
| RU2798496C1 (en) * | 2022-10-21 | 2023-06-23 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" | Method for producing porous alloy based on titanium nickelide |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2006105572A (en) | 2007-09-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Tampieri et al. | Sintering and characterization of HA and TCP bioceramics with control of their strength and phase purity | |
| US5942455A (en) | Synthesis of 312 phases and composites thereof | |
| RU2459686C2 (en) | Method of making titanium nickelide-based porous biocompatible materials | |
| WO1997018162A9 (en) | Synthesis of 312 phases and composites thereof | |
| RU2310548C1 (en) | Method for producing porous materials on base of titanium nickelide | |
| Wang et al. | The fabrication of reaction-formed silicon carbide with controlled microstructure by infiltrating a pure carbon preform with molten Si | |
| Zhou et al. | Fabrication and characterization of pure porous Ti3SiC2 with controlled porosity and pore features | |
| JPS5844630B2 (en) | silicone carbide material | |
| Xu et al. | The development of porous titanium products using slip casting | |
| RU2394112C2 (en) | Procedure for production of porous titanium nickelide | |
| Babaie et al. | Microwave sintering of fine grained MgP and Mg substitutes with amorphous tricalcium phosphate: Structural, and mechanical characterization | |
| Lee et al. | Selective laser sintering of calcium phosphate powders | |
| JPS5983978A (en) | Novel material comprising silicon and manufacture | |
| Simonenko et al. | Production of porous ceramic materials using nanodisperse SiC powder | |
| RU2200205C2 (en) | Porous permeable alloy on base of titanium nickelide | |
| EP3919583B1 (en) | Use of powder material for sintering | |
| JP3175170B2 (en) | Method for producing TiC sintered body | |
| Putri et al. | Fabrication of an interconnected porous β-tricalcium phosphate structure by polyacrylic acid-mediated setting reaction and sintering | |
| KR20170057590A (en) | The method of producing the diamond-SiC composites by HIP sintering | |
| JPS5837272B2 (en) | Silicon nitride molded body and its manufacturing method | |
| PL221445B1 (en) | Process for the preparation of bone implants and the bone implant | |
| JP3946896B2 (en) | Method for producing diamond-silicon carbide composite sintered body | |
| RU2553111C1 (en) | Method of producing dense ceramic and ceramic composites based on titanium carbide | |
| CN101186507B (en) | Method for synthesizing beta cellulose in aluminum-carbon refractory material | |
| Ito et al. | Preparation and Evaluation of Cements Using Spherical Porous β-Tricalcium Phosphate Granules |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20120223 |