[发明专利]一种发热复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种发热复合材料及其制备方法；特别涉及一种具有生物相容、发热稳定的复合材料及其制备方法；属于发热复合材料制备技术领域。

背景技术

钛及钛合金是目前应用最广泛的医用金属材料，具有良好的生物相容性，其应用领域包括骨科、矫形外科、牙科、口腔医学、血管扩张器、人工气管、心脏起博器以及手术医疗器械等。然而该种材料导电性好，不具备良好的发热功能。镍铬、镍铬铁、铁铬铝系电热合金具有高强度、高电阻、抗腐蚀等优异性能，常用作电阻材料。而陶瓷粉末、工程塑料粉末、导热绝缘高分子复合材料粉末具有高电阻高传热效率的性能。这三种材料各有优势，如能够将三种材料的优势复合成一体，将能够满足生物相容和发热的要求。但传统的复合连接技术大多只能实现两种材料间的有效连接，不能满足我们对材料的使用要求，如目前的Ti/Ni-Cr两层复合发热材料，芯材Ni-Cr合金在通电发热过程中，其包覆材料钛/钛合金也会导电并产生一定的电流，在植入人体中可能会因操作不慎而产生一定的危险性。现有相关资料中却没有发现关于钛或钛合金/陶瓷、工程塑料或导热绝缘高分子复合材料/NiCr发热复合材料的记载。

目前在生物医用方面，金属与陶瓷材料的复合大多采用激光快速成形技术、离子喷涂法、微弧氧化技术等，比如说第四军医大学采用激光快速成形技术在纯钛表面制备了磷酸钙陶瓷涂层，内蒙古工业大学采用微弧氧化技术在钛表面制备了生物活性陶瓷层，吉林大学采用微弧氧化技术在镍铬合金表面制备了微弧氧化陶瓷膜。现有这些技术的缺点在于只能使两种材料实现复合，而不能使三种材料实现有效的结合。

爆炸压实技术是利用炸药爆轰产生的能量，以激波的形式作用于金属或非金属粉末，使其在瞬态、高温和高压下发生压实的一种材料加工或合成的新技术，实质上是粉末材料在激波绝热压缩下发生高温压实原理的应用。爆炸复合技术是利用炸药的的能量将不同的材料在爆轰波的作用下，实现斜碰撞挤压，从而组合成新的复合材料。爆炸压实和复合技术是制取新型材料最具有吸引力和最富潜力的工艺之一，导致很多很多科研工作者对其进行了深入研究，如Prümmer Rolf和Weimar Peter以纳米陶瓷粉末为原料通过通过爆炸技术对纳米TiN、纳米Si3N和纳米A12O3陶瓷粉末进行了爆炸压实，制备了密实的陶瓷块体材料；在爆炸压实复合材料方面，Raghukandan K.等通过爆炸压实的手段制备了碳化硅颗粒增强的铝基合成物(Al-SiCp)；张越举等通过冷爆炸压实和预热爆炸压实的手段制备了致密的ITO纳米陶瓷粉末块体以及Al2O3纳米陶瓷粉末块体。大连造船厂的陈火金等人试制成功了国内第一块爆炸复合板，薛小军等人通过爆炸复合的手段制备了镍基合金复合板，Hokamoto用爆炸复合的方法实现了金属与陶瓷的连接，该方法采用块体陶瓷材料作为基体材料，通过水下爆炸的方式，在基体材料上得到很薄的金属板；由于是在水下爆炸，使得实验装置非常的复杂。而且采用上述方法很难得到具有三明治结构的发热复合材料。

总之，将爆炸成形压实和复合技术应用于制备具有三明治结构的钛或钛合金/导热绝缘材料/电热合金发热复合材料的工艺，在相关文献中却鲜有记载。

发明内容

本发明针对现有技术存在的不足之处，从原材料控制、组装工艺、复合工艺和热处理工艺集成的角度出发，提供一种具有三明治结构、具有良好组织和力学性能的发热复合材料及其制备方法。

本发明一种发热复合材料，所述发热复合材料由包覆材料、过渡层材料、芯材按三明治结构复合组成；所述包覆材料均匀包裹在过渡层材料外表面；所述过渡层材料均匀包裹在芯材外表面；所述包覆材料为钛或钛合金；所述过渡层材料为导热绝缘材料；所述芯材为电热合金；所述过渡层材料与芯材以及过渡层材料与包覆材料之间分别以冶金结合的方式结合。

本发明一种发热复合材料，所述钛为TA2纯钛，钛合金为TC4钛合金。

本发明一种发热复合材料，所述电热合金选自镍铬系、镍铬铁系、铁铬铝系电热合金中的一种。

本发明一种发热复合材料，所述镍铬系电热合金的自牌号为Cr20Ni80或Cr30Ni70；所述镍铬铁系电热合金选自自牌号为Cr15Ni60、C20Ni35、Cr20Ni30的镍铬铁合金中的一种；所述铁铬铝系电热合金选自牌号为0Cr21Al6、1Cr20Al3、0Cr21Al6Nb、0Cr27Al7Mo2的铁铬铝合金中的一种。

本发明一种发热复合材料，所述导热绝缘材料选自陶瓷材料、工程塑料或导热绝缘高分子复合材料中的一种。