背景及概述[3]
鈦及鈦合金由于具有密度小、比強(qiáng)度高、耐酸堿腐蝕等優(yōu)異性能，被廣泛地應(yīng)用于航空航天、能源化工、醫(yī)療器械、冶金和民用等各領(lǐng)域中，但由于鈦及鈦合金產(chǎn)品的加工生產(chǎn)復(fù)雜、成材率低，在制造零部件的過程中產(chǎn)生大量鈦廢料，耗能耗時(shí)、制造成本高，使其難以得到廣泛的推廣應(yīng)用。近年來得到大力發(fā)展的粉末冶金、注射成形以及3D打印技術(shù)等，使零件的成形技術(shù)大大進(jìn)步，少或無切削廢料產(chǎn)生，提高了材料的利用率，降低了生產(chǎn)成本，尤其對(duì)復(fù)雜形狀的零部件制造更具優(yōu)勢(shì)，有著廣泛的市場(chǎng)應(yīng)用前景。由于鈦金屬在高溫下對(duì)氧、氮、碳的高親活性，使得生產(chǎn)高純低氧含量的鈦粉或鈦合金粉的難度很大，特別是適合注射成形和3D打印成形的超細(xì)球形粉末更是無量產(chǎn)產(chǎn)品。
制備[1] [3]
一、3D打印用球形鈦粉的生產(chǎn)方法
3D打印用鈦粉主要采用霧化法，由于工藝設(shè)備投資大，制粉效率低（一般僅有 15%左右的成粉率），導(dǎo)致其產(chǎn)品售價(jià)高達(dá)4000元/Kg（400萬元/噸）以上，嚴(yán)重制約了3D打印金屬鈦制品商業(yè)化應(yīng)用，成為困擾金屬鈦3D打印向更多領(lǐng)域推廣的重要難題。本發(fā)明CN201610925463.8提供了一種3D打印用球形鈦粉的生產(chǎn)方法，本方法打破了霧化法制備球型鈦粉的傳統(tǒng)思路，其制粉效率高，生產(chǎn)成本可大幅度下降。技術(shù)方案如下所述：以海綿鈦為原料，先經(jīng)氫化、制粉分級(jí)、脫氫步驟制得脫氫鈦粉，脫氫鈦粉通過鈣熱還原法降氧，利用鈣的高活性將初級(jí)鈦粉表面氧化物還原得到低氧鈦粉，然后再利用等離子炬將不規(guī)則形狀的低氧鈦粉熱熔改形為球形鈦粉。本發(fā)明采用氫化脫氫—鈣熱還原—等離子體炬球化組合工藝，打破了目前霧化法制備球型鈦粉的傳統(tǒng)思路，產(chǎn)品可達(dá)到低氧、球形、細(xì)粒度等3D打印要求，本發(fā)明的方法制粉率高，其生產(chǎn)成本與霧化法相比可降低50%以上，具有較好的產(chǎn)業(yè)應(yīng)用前景。
二、超細(xì)鈦粉的制備方法
普通金屬鈦粉的生產(chǎn)方法主要有：電解法、氫化脫氧法、超聲氣霧化法、等離子旋轉(zhuǎn)電極法等，但都存在一些不足，極大地限制了鈦及鈦合金粉末的生產(chǎn)和廣泛應(yīng)用。其中，電解法的生產(chǎn)效率低，粉末顆粒的流動(dòng)性差，且一般不能用于生產(chǎn)合金粉；氫化脫氫法的產(chǎn)品氧含量高、粉末顆粒呈多角狀、流動(dòng)性差、脫氫時(shí)間長(zhǎng)且效率低；超聲氣霧化法需要消耗大料氬氣，一次成粉合格率低，壓縮機(jī)功率大且粉末一般較粗；等離子旋轉(zhuǎn)電極法對(duì)電極規(guī)格要求較高，連續(xù)送料性差，粉末顆粒較粗用。
目前，離心霧化法是生產(chǎn)金屬粉末的常用方法，因其經(jīng)濟(jì)合理、產(chǎn)量大、設(shè)備造價(jià)低、能耗低、生產(chǎn)效率高而被廣泛使用。但現(xiàn)有的離心霧化裝置通常以高速電機(jī)驅(qū)動(dòng)小直徑的離心盤高速旋轉(zhuǎn)的方式來粉碎熔融金屬液，離心盤主軸的轉(zhuǎn)速通常要達(dá)到30000r/min以上，因此現(xiàn)有的離心霧化法和裝置不能用于生產(chǎn)高熔點(diǎn)的金屬粉末如鈦粉，只能用于制備熔點(diǎn)為500℃以下的金屬粉末如鋁粉、銅粉。提供一種工藝簡(jiǎn)單、技術(shù)可 靠、產(chǎn)品粒度易于控制、能耗低、生產(chǎn)效率高的超細(xì)鈦粉或鈦合金粉的制備方法以及由該方法生產(chǎn)的離心霧化鈦粉或離心霧化鈦合金粉。CN201310328532.3提供了一種超細(xì)鈦粉或鈦合金粉的制備方法，所述方法包括以下步驟：將鈦或鈦合金原料熔化為鈦液或鈦合金液；將所述鈦液或鈦合金液通過轉(zhuǎn)動(dòng)的離心霧化盤進(jìn)行一次離心霧化；再將經(jīng)一次離心霧化后的鈦液滴或鈦合金液滴通過轉(zhuǎn)動(dòng)的第二離心霧化盤進(jìn) 行二次離心霧化；收集經(jīng)兩次離心霧化并冷卻后的鈦粉或鈦合金粉得到超細(xì)鈦粉或鈦合金粉，其中，以上各步驟均在惰性氣體氣氛下進(jìn)行。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)：1、熔化鈦或鈦合金的金屬液體所需的過熱度低，低于超聲霧化和其他霧 化方法。這對(duì)于熔點(diǎn)高的鈦及鈦合金的霧化而言，尤為重要，這可有效地減 少熔化爐（或坩堝）耐火材料的消耗和霧化設(shè)備的損壞。2、離心霧化法是用機(jī)械力粉碎金屬液，所需功率低、效率高且不污染環(huán) 境，也不需要消耗大量的惰性氣體。3、對(duì)鈦液或鈦合金液的兩次離心霧化同時(shí)進(jìn)行，霧化效果好，可以獲得 90％以上粒度小于45μm的鈦粉或鈦合金粉，并大大降低了離心霧化器的霧化 盤轉(zhuǎn)速，大大提高了霧化器的穩(wěn)定工作壽命，減少了霧化器的備件消耗。
應(yīng)用 [2]
先天性畸形、創(chuàng)傷、感染、腫瘤等導(dǎo)致的面部古河發(fā)育畸形、骨缺損、骨不連等的修復(fù)重建是顱面外科的主要內(nèi)容。目前，顱頜面外殼常采用手術(shù)截骨重排，結(jié)合骨修復(fù)材料，如自體骨、異體骨、異體骨及人工合成材料等，對(duì)顱面部骨骼進(jìn)行修復(fù)重建。異體骨修復(fù)材料存在諸多缺陷，如免疫原性、生物相容性差，而自體骨組織修復(fù)存在供區(qū)有限的問題。因此人工合成材料得到廣泛的應(yīng)用，可是在骨組織愈合過程中，造成骨應(yīng)力吸收，引起種植體松動(dòng)，另外骨組織愈合的周期長(zhǎng)，給患者帶來更多的傷害。
CN201621479774.8針對(duì)現(xiàn)在骨組織在愈合過程中，造成骨應(yīng)力吸收，引起種植體松動(dòng)，另外骨組織愈合的周期長(zhǎng)，給患者帶來更多的傷害的情況，提出了一種表面噴有鈦粉和羥基磷灰石的顱頜面鈦板。包括：板狀部，其上設(shè)置有多個(gè)矩形通孔，矩形通孔均勻分布；鈦粉層，鈦粉層覆蓋于板狀部的一側(cè)表面；羥基磷灰石層，羥基磷灰石層覆蓋于鈦粉層的表面；其中，板狀部覆蓋有鈦粉層和羥基磷灰石層的表面為貼靠人體骨骼的一側(cè)表面。其中，鈦粉層的厚度小于板狀部的厚度，羥基磷灰石層的厚度小于鈦粉層的厚度。
具有如下有益效果：板狀部與鈦粉是同種材料，有很強(qiáng)的結(jié)合強(qiáng)度，不易脫落，并具有良好的生物相容性，內(nèi)部存在大量的孔隙，增加與骨組織的牢固性，防止種植體的松動(dòng)；羥基磷灰石是人體骨骼組織的主要無機(jī)組成成分，植入體內(nèi)后， 鈣和磷會(huì)游離出材料表面被身體組織吸收，并生長(zhǎng)出新的組織，誘導(dǎo)骨組織的生長(zhǎng)，能夠短治療周期，減少患者的痛苦。
主要參考資料
[1] CN201610925463.8 3D打印用球形鈦粉的生產(chǎn)方法
[2] CN201621479774.8 表面噴有鈦粉和羥基磷灰石的顱頜面鈦板
[3] CN201310328532.3 超細(xì)鈦粉或鈦合金粉及其制備方法、制取裝置