多孔金属泡沫结构及其制造方法技术

本发明专利技术描述了多孔金属泡沫结构及其制造方法。优选该方法包括下述步骤：将可液体提取的造孔剂与金属粉末在液体中混合，其中造孔剂可溶于该液体，因此形成混合物，压制该混合物形成坯体以及将造孔剂从坯体中溶去以形成金属骨架。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及多孑L金属泡沫结构及其制造方法。
技术介绍
多孔金属泡沫结构具有广泛的用途，包括用做医疗上的植入物。这 种结构中的多孔结构可以通过将金属粉末与造孔剂(PFA)混合，然后再将混合 物压审喊所需要的微从而制成坯体来获得。将PFA除去之后，再将金属骨架 烧结从而得至i侈孑L金属泡沫结构所需要的性能。—种从坯体中除去PFA的方法是"烧完"PFA。这会引起很多潜在 的问题，例如污染炉子，由于在金属和PFA之间发生反应而导致在多孔结构中 生成不良金属化合物，并且相比较而言会使用大量能量。某些储存问题，包括 有害气体味的形成，也与用这种方法制成的坯体有关。因此，需要另外一种方法生产多孔金属泡沫结构。
技术实现思路
本专利技术一方面提供一种方法，包括将可液体提取的造孔剂与金属粉 末在液恢Liqmd)中混合，其中造 L剂可溶于该液体，因此形成用于压制成坯体 的混合物。然后将造孔剂从坯体中溶解形成金属骨架，再将该骨架烧结以形成 烧结金属泡沫结构，例如多孔金属植入物。本专利技术还提供通过该方法制造的多 孔金属植入物和其它烧结泡沫结构。附图说明通过参考无标度(non scale)的附图，本领域技术人员可以更好地 理解本专利技术的众多目的和优点，它们i!M示例提供，但是不能用来限制本专利技术。 图1为根据本专利技术 一实施例制造多孔金属植入物的工艺示意图表。 图2为烧结金属泡沫结构的图。 图3为图2中的烧结金属泡沫结构的侧视图。 图4为图2中的烧结金属泡沫结构的细节图。 图5为图2中的烧结泡沫金属结构的光学显微图像。图6为烧结金属泡沫结构的200倍扫描电子显微(SEM)图像。 图7为烧结金属泡沫结构的700倍扫描电子显微(SEM)图像。具体实施方式在某些实施例中，液体是含水的。最好是，液体包含至少约75%重 量百分比的水，更好是，至少约90。/。重量百分比的7K，更雌为至少约95%重 量百分比的水。典型的液体包括水(例如反渗透水，去离子水，蒸馏水，和/或 脱^7K)或含水的碳水化^/溶液。尽管所用液体的量由金属粉末和PFA的性能以及所采用的工艺条件 决定，但是我们发5，刑糊的每励咖3予贩制的混合物应该{顿约450^到约 105(^L的液体，更好的是每100cn^预压制的混^使用约600pL到约750^iL 的液体。根据本专利技术的PFAs为可溶于相关液体的颗粒材料。典型的造孔剂包 括氯化钠，氯化铵，氯化钙，氯化镁，氯化铝，氯化钾，氯化镍，氯化锌，碳 酸氢铵，磷酸氢钠，磷酸二氢钠，磷酸二氢钾，磷酸氢钾，亚磷酸氢钾，磷酸 钾，硫辦美，硫,，碱土金属卣化物，结晶碳7K化合物(包括属于单糖，二 糖和三糖的蔗糖和乳糖)，聚乙烯醇(PVA〉，聚乙烯氧化物，聚丙烯蜡(例如 可从Micro Powdere公司得到，Tanytown，纽约，商标为PROPYLTEX)，羧甲 基纤维素钠(SCMC)，聚乙二酉^聚丙烯-聚乙二醇共聚物(PEG-PPG-PEG，例 如可从BASF公司得到，Ludwigshaften,德国，商标为PUJRONIC)，或者其 混合物。 PFA可以具有适于制造孔径尺寸和孔径分布的多种颗粒尺寸和粒度 分布。某# 的颗粒尺寸范围为约200艸到约600拜，约200拜至!j约350Mm， 和约350miti到约550拜。实际上，粉末冶金领域中已知的各种类型的金属粉末都可以用于本 专利技术的方法。^t的金属粉末为由钛，钴，铬，镍，镁，钽，铌，锆，铝，铜， 钼，鸽，不辦R，或其合金(例如，Co"Cr合金)所制成的金属粉末。在一实施例中> 金属粉末为钛或钛合金，例如Ti-6A14V。金属粉末也可以具有多种颗粒尺寸和粒度分布。某些优选的颗粒尺 寸范围为约20pn到约I00〖im，约25同到约50^im，以及约50^到约80网。本领域技术人员可以发现金属粉末和PFA的比例依赖于要生产的 结构类型而变化。在本专利技术的某些实施例中，金属粉末与PFA的比例为约40: 60到约10: 90,,为与PFA的比例约为25: 75。将金属粉末，PFA和液体混合后'所得混合物被压制形成坯体。压 制步骤可以采用本领域中多种J见有技术中的任何一种，包括单轴模具冲压，双 轴模具冲压，或冷等静压或橡胶等静压。在本专利技术的某些实施例中，压制力为 约20ksi到约60ksi,优选为约30ksi到约45ksi。 一旦成形，就可以采用本领域 中的任一种现有技术对坯料进行机加工，例如切削、铣削、车削、钻孔和/或平 面加工。〖0023]可以使用能溶解PFA的任何液懒每PFA从坯体中除去，因而现出金 属骨架。由于在压制前将液体与金属粉末和PFA混合，所以溶解液最女殆水， 更 为水(例如反渗恋JC，去离子水，蒸馏水，和/繊fl7jO或含水的碳水 化合物溶液。用于溶解PFA的液体与压制前将金属粉斜n PFA混合的液体可以 相同或不同，例如，在各自液体中成分的化学同一性和/或它们的相对比率可以 相同或不同。溶解步骤可以通过例如将坯体浸入在包含可溶解坯体的液体的容器 中来实现，或通过使流动的可溶解坯体的液体与坯体接触来实现。用在溶解步 骤中的液体的温度范围为高于其冰点但低于实沸点，优选为约50下到约176°F (约l(TC到约8(TC)。可以实施影响溶解的公知的某些歩骤，例如，容器中的 溶液可以为循环的或者容器中的部分溶液周期性的被新溶液代替。除去PFA后得到的金属骨架也可以被机加工，例如切削、铣削、车 削、钻孔和/或平面加工该骨架。通常通过烧结金属骨架来赋予其所需要的性能。虽然期望可以4吏用 所有合适的烧结条件，但通常在温度为约2100下到约2700°F (优选为约2500 下)和/或约2小时到约10小时( 为约3小时到约6小时)的^f牛下来执行 钛或Ti-6AMV合金的烧结。本专利技术的方法可以用于例如生产包含多孔表面的金属植入物。如图所示，描述了用于生产这种植入物的特定方法。将金属粉、末、PFA和可溶解PFA 的液^^昆合形成混合物。将混合物在一定形状的模具中压制(例如通过单轴， 双轴或等静压)从而形成坯体。模具决定了植入物的形状，因此通常模具应为 所需要的形状以避免或者至少减少所需要的大量机加工。通过使坯体与可溶解 PFA的液体接触将PFA从坯体中除去从而形成金属骨架。可选择地，金属骨架 可以被机加工禾P/或干燥加工以除去残留的液体。烧结金属骨架，随后可选择地 进行机加工以形成多孔金属植入物。本领域技术人员知道这种植入物的合适形 状和它们所要具备的性能，例如合适的压缩屈服(yield)强度。尽管图1所示的第 - -液体和第二液体来自于相同的来源，但是我们知道这些液体不必是相同的， 只要他们均可溶解造孔剂即可。在某些具体实施例中，本专利技术提供孔隙度为约60%到约85% (， 约65%到约75%)的金属植入物或其它类型金属骨架，通过体积、液体水银的 强制压入和剖面图分析来测量。可以理解的是孔隙度为金属与PFA比例、PFA 尺寸或者二者结合的产物。在一个实施例中，优选的纯钛骨架是在孔隙度约为65%的情况下， 具有约35MPa的抗拉 艘(通过标准的拉力测i对几测量-ASTME8-99)，或者具 有至少约90MPa的弯曲屈服强度(ilitH点弯曲测量-ASTME290-97a)，禾口/或 具有至少约本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种方法，包含以下步骤：　　　　将可液体提取的造孔剂与金属粉末和第一液体混合，其中造孔剂可溶解于第一液体，因此形成混合物；　　　　压制混合物以形成坯体；以及　　　　将造孔剂在其可溶于其中的第二液体中溶解，因此形成金属骨架。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：H刘，
申请(专利权)人：德普伊产品公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]