夏朋昭， 许 莹,， 蔡艳青， 赵思坛， 娄冰洁

(1. 华北理工大学 冶金与能源学院， 河北 唐山 063210；2. 华北理工大学 材料科学与工程学院， 河北 唐山 063210)

Ti-Mg复合材料具有优异的力学性能，其密度约为3.46 g/cm3，与人体骨骼的密度(1.8～2.1 g/cm3)接近，其抗压强度较高(≥300 MPa)，压缩弹性模量较低(20～50 GPa)，满足作为医用材料的力学性能要求(天然骨骼的抗压强度为2～180 MPa，弹性模量为10～30 GPa)[1]。同时研究表明Ti-Mg复合材料具有优异的生物相容性，其作为医用材料植入人体后有利于初始细胞附着[2-3]。此外，复合材料中降解产生的Mg2+可以增强成骨细胞和间充质干细胞(MSC)的迁移、增殖和分化，因此相比纯钛，复合材料能够有效促进种植体周围骨再生，增强体内骨整合[4-5]。然而，钛和镁化学性质活泼，且钛的熔点(1668 ℃)远远高于镁的熔点(651 ℃)，导致制备Ti-Mg复合材料存在诸多的问题。王月勤[6]采用气氛烧结在氩气保护下制备了多孔Ti-Mg 系复合材料，其抗压强度为43.5 MPa，抗压模量为1.8 GPa；王巧等[7-8]采用微波烧结制备了多孔Ti-Mg 系复合材料，其强度为300～700 MPa，弹性模量为3～6 GPa；Ouyang等[2]采用火花等离子体烧结(SPS)制备了Ti-Mg复合材料，其屈服强度和极限抗拉强度分别为634.2 MPa和1156.8 MPa；Cai等[9]采用HPSSS技术在超高烧结压力(4 GPa)和较高烧结温度(1000 ℃)下制备了屈服强度>200 MPa，弹性模量<20 GPa的Mg-50Ti复合材料。在几种高温烧结技术中，相较于传统气氛烧结，微波烧结技术具有均匀的加热方式，较高且稳定的加热速率，能够大幅度改善烧结制品的显微结构和力学性能；相对于SPS和HPSSS技术，微波烧结工艺无需耐高温模具的使用，适合制备形状较复杂、尺寸较大的制品，因而具有非常重要的应用前景[10]。本试验中采用微波烧结工艺，在氩气保护下制备Ti-15Mg复合材料，探究不同烧结温度(540、570、600、630、660 ℃)和保温时间(0、20、40 min)对复合材料微观组织、孔隙率、力学性能和耐腐蚀性的影响，确定微波烧结制备Ti-Mg复合材料的最佳烧结工艺。

1 试验设计及方法

1.1 微波烧结炉保温腔体的设计

图1 微波烧结炉保温腔体图片Fig.1 Photo of microwave sintering furnace insulation chamber

试验中设计了一种特殊结构的保温腔体，见图1。保温腔体内部1/2的区域附着吸波涂层，吸波涂层吸收微波而迅速升温，热量通过热辐射、热对流和热传导使得保温腔体内环境迅速升温，从而实现对复合材料的快速烧结；保……