一種判定泡沫鈦燒結(jié)過程宏觀大孔體積變化的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種判定泡沫鈦燒結(jié)過程宏觀大孔體積變化的方法，該方法具體包括以下三個(gè)步驟，步驟1，建立孔壁完全致密的圓柱體泡沫鈦模型，給出計(jì)算造孔劑含量通過式；步驟2，實(shí)際上，步驟1建立的圓柱體泡沫鈦模型在燒結(jié)后其骨架上還具有微觀小孔，給出計(jì)算其孔隙率通過式，得到孔隙率與造孔劑含量的差值通式；步驟3給出不通條件下判定準(zhǔn)則。本發(fā)明提供的方法填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)為在判定泡沫鈦燒結(jié)過程宏觀大孔體積變化方面的空白，另外該判定方法操作判定簡(jiǎn)便，本方法基于工程師和科研人員能夠方便測(cè)定的就是泡沫鈦的孔隙率進(jìn)行判定，能夠快速的知道宏觀大孔在燒結(jié)過程的體積變化，進(jìn)而可以推斷出燒結(jié)效率。
【專利說(shuō)明】一種判定泡沬鈦燒結(jié)過程宏觀大孔體積變化的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及判定泡沫鈦燒結(jié)過程宏觀大孔體積變化的方法。
[0002]
【背景技術(shù)】
[0003]在過去的十多年里，泡沫鈦由于具有出色的力學(xué)性能、優(yōu)異的耐腐蝕性以及優(yōu)良的生物相容性，引起了世界范圍內(nèi)科學(xué)與技術(shù)的興趣。結(jié)合了這些優(yōu)點(diǎn)的泡沫鈦使得它們作為一種結(jié)構(gòu)與功能材料很具有吸引力。相對(duì)于其他泡沫金屬，泡沫鈦在航天航空、船舶、生物醫(yī)學(xué)以及復(fù)雜惡劣的使用環(huán)境等方便更具優(yōu)勢(shì)。這些應(yīng)用大部分都得益于泡沫內(nèi)部所具有的特定的結(jié)構(gòu)和性能。
[0004]由于鈦在高溫下與氣體(即氧氣和氮?dú)?具有極端的化學(xué)反應(yīng)性，泡沫鈦的制備常采用基于粉末冶金的方法。造孔劑技術(shù)就是其中的一種，它的優(yōu)點(diǎn)是可以較為方便的通過改變?cè)炜讋┑暮炕蛘叽笮?lái)調(diào)整材料最終的結(jié)構(gòu)和性能。造孔劑為臨時(shí)材料，通過水解或加熱的方式去除。一般而言，造孔劑最好能在低溫下完全脫除，以避免在高溫下污染鈦基體。常見的造孔劑可大致分為金屬和非金屬兩大類:前者如鎂和鋼絲；后者如碳酸氫銨、尿素、氯化鈉、樟腦丸、聚碳酸、淀粉、蔗糖以及溴化鉀等。制備的泡沫鈦試樣的孔隙結(jié)構(gòu)通常含有兩個(gè)尺度上的孔:源于造孔劑脫除所留下的宏觀大孔和鈦粉不完全燒結(jié)在骨架上形成的微觀小孔。預(yù)加熱試樣(指脫除造孔劑后的鈦骨架)也包含兩個(gè)尺度上的孔:源于造孔劑脫除所留下的宏觀大孔和壓制不完全在鈦粉間形成的微小孔隙。由于鈦粉與造孔劑顆粒是緊密接觸的且它們之間的間隙孔的體積基本上可以忽略不計(jì)，一個(gè)造孔劑顆粒脫除得到的宏觀大孔的體積可以認(rèn)為是等于該造孔劑顆粒的體積，盡管有些造孔劑顆粒相互連接在一起。經(jīng)過燒結(jié)，預(yù)加熱試樣中的宏觀大孔變成了燒結(jié)泡沫的宏觀大孔，微小孔隙變成了微觀小孔。那么，燒結(jié)前后的宏觀大孔在尺寸上有無(wú)變化？針對(duì)這個(gè)問題，在前人的研究中存在相互矛盾的觀點(diǎn)。有學(xué)者認(rèn)為宏觀大孔在燒結(jié)過程發(fā)生了體積收縮，而其他學(xué)者則聲稱宏觀大孔在燒結(jié)過程體積不變甚至有所長(zhǎng)大。在他們的文獻(xiàn)報(bào)道中，燒結(jié)泡沫的孔隙率都是小于造孔劑的體積分?jǐn)?shù)，但是對(duì)于該結(jié)果的解釋卻給出了截然相反的觀點(diǎn)。
[0005]泡沫金屬的力學(xué)性能極大地依賴于它的相對(duì)密度，也可以是它的孔隙率(孔隙率和相對(duì)密度存在一個(gè)換算關(guān)系)。造孔劑的體積分?jǐn)?shù)是根據(jù)泡沫材料最終得到的孔隙率進(jìn)行配置的。如果出現(xiàn)燒結(jié)泡沫鈦的孔隙率與造孔劑的體積分?jǐn)?shù)不相等，這無(wú)疑增加了對(duì)泡沫鈦力學(xué)性能的預(yù)測(cè)的難度。那么，孔隙率與造孔劑體積分?jǐn)?shù)不相等的背后是否隱藏著某種規(guī)律，如兩者存在線性關(guān)系，稱之為“體積分?jǐn)?shù)-孔隙率方程”。它與上面提到的“修正模型方程”經(jīng)過線性換算，就有可能用造孔劑的體積分?jǐn)?shù)來(lái)預(yù)測(cè)泡沫鈦的力學(xué)性能的模型方程，稱之為“體積分?jǐn)?shù)-力學(xué)模型方程”。若如此，不僅有利于泡沫鈦或其他泡沫金屬的設(shè)計(jì)工作，也有利于它們的重復(fù)性制備。當(dāng)然，我們首先應(yīng)該弄清楚宏觀大孔在燒結(jié)過程發(fā)生了何種體積變化，因此，人們急需判斷泡沫鈦燒結(jié)過程中其宏觀大孔變化的方法。
[0006]
【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是:給出一種泡沫鈦燒結(jié)過程中其宏觀大孔發(fā)生變化的判定方法，為通過造孔劑體積分?jǐn)?shù)預(yù)測(cè)泡沫鈦的力學(xué)性能提供指導(dǎo)。
[0008]解決該技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:一種判定泡沫鈦燒結(jié)過程宏觀大孔體積變化的方法，具體步驟如下:
步驟1，建立孔壁完全致密的圓柱體泡沫鈦模型，其高度為H，直徑為D，所述圓柱體泡沫鈦模型中的宏觀大孔的體積為造孔劑的體積，骨架體積為鈦粉的體積，所述圓柱體泡沫鈦模型中造孔劑含量通過式(I)計(jì)算得到:
【權(quán)利要求】
1.一種判定泡沫鈦燒結(jié)過程宏觀大孔體積變化的方法，其特征在于，具體步驟如下:步驟1，建立孔壁完全致密的圓柱體泡沫鈦模型，其高度為H，直徑為D，所述圓柱體泡沫鈦模型中的宏觀大孔的體積為造孔劑的體積，骨架體積為鈦粉的體積，所述圓柱體泡沫鈦模型中造孔劑含量通過式(I)計(jì)算得到:
【文檔編號(hào)】B22F3/11GK103785831SQ201410066816
【公開日】2014年5月14日 申請(qǐng)日期:2014年2月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月26日
【發(fā)明者】邱貴寶, 肖健, 廖益龍, 楊楊, 白晨光, 呂學(xué)偉, 扈玫瓏, 徐健, 張生富, 溫良英, 張靜 申請(qǐng)人:重慶大學(xué)