[发明专利]一种含α+α′相的β相Ti2448生物医用合金单晶的制法及单晶

说明书

本发明公开了一种含α+α′相的β相Ti2448生物医用合金单晶的制法及单晶，包括S1用静水压法将配制的合金粉压制成料棒，再将料棒烧结成多晶棒；S2在超高温光学浮区炉的上、下端各固定一多晶棒，两棒的另端在加温区内靠近；密封炉后同向或反向同时旋转两棒，并快速升温使两端点熔融，控制旋转速度稳定熔融，对接形成稳定熔区；之后移动加温区进行晶体生长，结束后断电自然冷却至室温，取出Ti2448单晶棒。与现有技术相比，本发明晶体生长过程简单，可重复性强，利用光学浮区法生长而得的单晶无宏观缺陷、直径为厘米级，Ti2448生物医用合金单晶材料的强度和塑性大幅提高且保持了较低的弹性模量。

技术领域

本发明涉及生物医用合金材料技术领域，特别涉及一种含α+α′相的β相Ti2448生物医用合金单晶的制法及单晶。

背景技术

光学浮区法是近年来得到迅速发展的一种单晶体生长方法，其应用范围也越来越广泛，光学浮区法为生长多体系、高熔点、合成难的单晶体提供了一种新的研究方法和途径。光学浮区法具有无需坩埚、无污染、生长速度快、便于控制组分等优点，在一些难于生长或者易污染晶体的生长方面显示出特殊的优越性，另外，光学浮区法应用面广，可用于氧化物、半导体、合金、金属间化合物等多种材料。因此，我们应充分发挥光学浮区法晶体生长速度快、限制条件少、组分均匀的优点，在科研探索中加以推广应用。

钛合金因其密度小、比强度高、耐腐蚀性好、功能多样化而被广泛应用于航空航天、化工冶金、生物医学等领域。为获得机械性能接近人体硬组织(骨、关节等)的医用钛合金，材料工作者进行了大量研究，其中，Ti2448(Ti-24Nb-4Zr-Sn,wt％)由于其良好的生物相容性、抗腐蚀性、超弹性以及低模量、高强度等优异性能，在人体骨骼修复领域有广阔的应用前景。目前在实验室制备的Ti2448主要以传统熔铸或烧结方法获得的β相多晶、β+α相多晶为主，曾有相关研究小组制备出纯β相单晶，强度和塑性均无较大突破，并且由于α相的生成较难控制等原因，尚未有利用光学浮区炉生长出镶嵌α相与α′相的β相Ti2448单晶的研究报道。而实验室制备的纯β相单晶由于晶粒取向等原因，强度和塑性都受到限制，同时生长所需下棒通常要先切出单晶作为籽晶，步骤较繁琐，难以大范围推广。

有鉴于此，确有必要开发含α+α′相的β相Ti2448生物医用合金单晶的制法及单晶，利用光学浮区法生长得到具有无宏观缺陷、尺寸大、强度和塑性高且保持有较低弹性模量等优点的医用合金单晶。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有技术的上述不足，提供一种含α+α′相的β相Ti2448生物医用合金单晶的制法及单晶，晶体生长过程简单，可重复性强，利用光学浮区法生长而得的单晶无宏观缺陷、直径为厘米级，显著提高了Ti2448生物医用合金单晶材料的强度和塑性。

本发明为达到上述目的所采用的技术方案是：

一种含α+α′相的β相Ti2448生物医用合金单晶的制法，包括以下步骤：

S1：用静水压法将配制的合金粉压制成料棒，再将料棒烧结成多晶棒；

S2：在超高温光学浮区炉的上、下端各固定一多晶棒，两棒的另端在加温区内靠近；密封炉后同向或反向同时旋转两棒，并快速升温使两端点熔融，控制旋转速度稳定熔融，对接形成稳定熔区；之后移动加温区进行晶体生长，结束后断电自然冷却至室温，取出Ti2448单晶棒。

优选地，所述的料棒是将单质混料球磨混合、干燥后静水压压制形成的料棒，单质混料包括如下重量百分数的组分：Ti 64wt％、Nb 24wt％、Zr 4wt％、Sn 8wt％。

优选地，其特征在于，所述的Ti、Nb、Zr、Sn四种单质粉末的纯度均为99.97％、粒径为≤45μm。

优选地，所述的料棒混料球磨是设置球料比8-11：1、转速300r/min浸入酒精中湿法球磨18-24小时；干燥时间为10-14小时、烘干温度为40-60℃。