烧结温度对焦磷酸钙/Ti-35Nb-7Zr复合材料微观组织及力学性能的影响

何正员^1,2，单文瑞^1,2，张玉勤^1,2,3，蒋业华^1,2，周荣^1,2

1. 昆明理工大学材料科学与工程学院3. 云南省钛材应用产品工程技术研究中心

摘 要：为改善β型Ti-Nb-Zr合金的生物活性,添加20wt%的焦磷酸钙（CPP）生物陶瓷,利用放电等离子烧结技术制备20CPP/Ti-35Nb-7Zr生物复合材料。借助XRD、SEM及力学测试方法等研究不同烧结温度（1 000¹ 200℃）下复合材料的微观组织及力学性能,揭示其组织演变对力学性能的影响机制。结果表明:20CPP/Ti-35Nb-7Zr复合材料主要由β-Ti相基体、少量残留α-Ti相及金属-陶瓷相（CaTiO₃、Ti₂O、CaO、CaZrO₃和TixPy）组成;随着烧结温度升高,复合材料中β-Ti相和金属-陶瓷相逐渐增多;金属与陶瓷之间的剧烈反应导致金属-陶瓷相的形态结构发生变化,复合材料中金属-陶瓷相从颗粒状析出物演变成连续网状组织,起到割裂基体的作用。20CPP/Ti-35Nb-7Zr复合材料的压缩弹性模量和抗压强度随着烧结温度的升高而增大,其中压缩弹性模量从64.0GPa增加至71.4GPa,金属-陶瓷相形态结构变化起主导作用。因此,控制20CPP/Ti-Nb-Zr复合材料中金属-陶瓷相的形态结构将有利于改善其力学性能。

关键词：金属-陶瓷复合材料;放电等离子烧结;烧结温度;微观组织;力学性能;