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多孔泡沫金属作为一种结构与功能材料,具有良好的力学、声学、热学和电学性能,在国民经济和国防建设等诸多领域有广泛的应用前景。其中,多孔钛及其某些合金(如Ti6Al4V)由于其优异的机械性能、生物相容性和抗腐蚀性性能而成为最有吸引力的生物医学材料及良好的电极材料。本文的主要目的是采用粉末冶金工艺制备孔结构可调控的多孔Ti和Ti6Al4V样品,并研究孔结构对物理性能的影响。
采用弯曲共振方法测量了具有不同孔结构(孔隙率和孔径)的多孔Ti和Ti6Al4V的杨氏模量,发现杨氏模量随着孔隙率的增加而减小,其变化规律可由单参数的Phani-Niyogi关系和Pabst-Gregorová关系描绘。
研究了多孔Ti和Ti6Al4V的准静态压缩性能,发现压缩屈服强度随着孔隙率的增加而减小,压缩屈服强度对孔隙率的依赖性符合一般混合规则(GMR)模型。将多孔Ti、Ti6Al4V与人体骨骼的杨氏模量、压缩屈服强度比较得到最适合人体骨骼替代的多孔结构参数。
研究了不同孔径、孔隙率的多孔Ti和Ti6Al4V的导电性能,将实验结果与已有的几个典型模型进行了比较,发现这些模型不能合理地揭示多孔Ti和Ti6Al4V的电导率对孔隙率的依赖关系。提出修正的Mori-Tanaka关系,发现该关系能较好地描绘电导率对孔隙率的依赖关系,同时发现孔径对电导率的影响不大。