一种判定泡沫钛烧结过程宏观大孔体积变化的方法
【专利摘要】本发明提供了一种判定泡沫钛烧结过程宏观大孔体积变化的方法，该方法具体包括以下三个步骤，步骤1，建立孔壁完全致密的圆柱体泡沫钛模型，给出计算造孔剂含量通过式；步骤2，实际上，步骤1建立的圆柱体泡沫钛模型在烧结后其骨架上还具有微观小孔，给出计算其孔隙率通过式，得到孔隙率与造孔剂含量的差值通式；步骤3给出不通条件下判定准则。本发明提供的方法填补了国内为在判定泡沫钛烧结过程宏观大孔体积变化方面的空白，另外该判定方法操作判定简便，本方法基于工程师和科研人员能够方便测定的就是泡沫钛的孔隙率进行判定，能够快速的知道宏观大孔在烧结过程的体积变化，进而可以推断出烧结效率。
【专利说明】一种判定泡沬钛烧结过程宏观大孔体积变化的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及判定泡沫钛烧结过程宏观大孔体积变化的方法。
[0002]
【背景技术】
[0003]在过去的十多年里，泡沫钛由于具有出色的力学性能、优异的耐腐蚀性以及优良的生物相容性，引起了世界范围内科学与技术的兴趣。结合了这些优点的泡沫钛使得它们作为一种结构与功能材料很具有吸引力。相对于其他泡沫金属，泡沫钛在航天航空、船舶、生物医学以及复杂恶劣的使用环境等方便更具优势。这些应用大部分都得益于泡沫内部所具有的特定的结构和性能。
[0004]由于钛在高温下与气体(即氧气和氮气)具有极端的化学反应性，泡沫钛的制备常采用基于粉末冶金的方法。造孔剂技术就是其中的一种，它的优点是可以较为方便的通过改变造孔剂的含量或者大小来调整材料最终的结构和性能。造孔剂为临时材料，通过水解或加热的方式去除。一般而言，造孔剂最好能在低温下完全脱除，以避免在高温下污染钛基体。常见的造孔剂可大致分为金属和非金属两大类:前者如镁和钢丝；后者如碳酸氢铵、尿素、氯化钠、樟脑丸、聚碳酸、淀粉、蔗糖以及溴化钾等。制备的泡沫钛试样的孔隙结构通常含有两个尺度上的孔:源于造孔剂脱除所留下的宏观大孔和钛粉不完全烧结在骨架上形成的微观小孔。预加热试样(指脱除造孔剂后的钛骨架)也包含两个尺度上的孔:源于造孔剂脱除所留下的宏观大孔和压制不完全在钛粉间形成的微小孔隙。由于钛粉与造孔剂颗粒是紧密接触的且它们之间的间隙孔的体积基本上可以忽略不计，一个造孔剂颗粒脱除得到的宏观大孔的体积可以认为是等于该造孔剂颗粒的体积，尽管有些造孔剂颗粒相互连接在一起。经过烧结，预加热试样中的宏观大孔变成了烧结泡沫的宏观大孔，微小孔隙变成了微观小孔。那么，烧结前后的宏观大孔在尺寸上有无变化？针对这个问题，在前人的研究中存在相互矛盾的观点。有学者认为宏观大孔在烧结过程发生了体积收缩，而其他学者则声称宏观大孔在烧结过程体积不变甚至有所长大。在他们的文献报道中，烧结泡沫的孔隙率都是小于造孔剂的体积分数，但是对于该结果的解释却给出了截然相反的观点。
[0005]泡沫金属的力学性能极大地依赖于它的相对密度，也可以是它的孔隙率(孔隙率和相对密度存在一个换算关系)。造孔剂的体积分数是根据泡沫材料最终得到的孔隙率进行配置的。如果出现烧结泡沫钛的孔隙率与造孔剂的体积分数不相等，这无疑增加了对泡沫钛力学性能的预测的难度。那么，孔隙率与造孔剂体积分数不相等的背后是否隐藏着某种规律，如两者存在线性关系，称之为“体积分数-孔隙率方程”。它与上面提到的“修正模型方程”经过线性换算，就有可能用造孔剂的体积分数来预测泡沫钛的力学性能的模型方程，称之为“体积分数-力学模型方程”。若如此，不仅有利于泡沫钛或其他泡沫金属的设计工作，也有利于它们的重复性制备。当然，我们首先应该弄清楚宏观大孔在烧结过程发生了何种体积变化，因此，人们急需判断泡沫钛烧结过程中其宏观大孔变化的方法。
[0006]
【发明内容】
[0007]针对现有技术存在的上述问题，本发明要解决的技术问题是:给出一种泡沫钛烧结过程中其宏观大孔发生变化的判定方法，为通过造孔剂体积分数预测泡沫钛的力学性能提供指导。
[0008]解决该技术问题，本发明采用如下技术方案:一种判定泡沫钛烧结过程宏观大孔体积变化的方法，具体步骤如下:
步骤1，建立孔壁完全致密的圆柱体泡沫钛模型，其高度为H，直径为D，所述圆柱体泡沫钛模型中的宏观大孔的体积为造孔剂的体积，骨架体积为钛粉的体积，所述圆柱体泡沫钛模型中造孔剂含量通过式(I)计算得到:
【权利要求】
1.一种判定泡沫钛烧结过程宏观大孔体积变化的方法，其特征在于，具体步骤如下:步骤1，建立孔壁完全致密的圆柱体泡沫钛模型，其高度为H，直径为D，所述圆柱体泡沫钛模型中的宏观大孔的体积为造孔剂的体积，骨架体积为钛粉的体积，所述圆柱体泡沫钛模型中造孔剂含量通过式(I)计算得到:
【文档编号】B22F3/11GK103785831SQ201410066816
【公开日】2014年5月14日 申请日期:2014年2月26日 优先权日:2014年2月26日
【发明者】邱贵宝, 肖健, 廖益龙, 杨杨, 白晨光, 吕学伟, 扈玫珑, 徐健, 张生富, 温良英, 张静 申请人:重庆大学