1. 简介
钛是周期表中第ⅣB类元素，外观似钢，熔点达1672℃，属难熔金属。钛在地壳中含量较丰富，远高于Cu、Zn、Sn、Pb等常见金属。我国钛的资源极为丰富，仅四川攀枝花地区发现的特大型钒钛磁铁矿中，伴生钛金属储量约达4.2亿吨，接近国外探明钛储量的总和。
纯钛机械性能强，可塑性好，易于加工，如有杂质，特别是O、N、C等元素存在，会提高钛的强度和硬度，但会降低其塑性，增加脆性。
钛是容易钝化的金属，且在含氧环境中，其钝化膜在受到破坏后还能自行愈合。因此，钛对空气、水和若干腐蚀介质都是稳定的。钛和钛合金有优异的耐蚀性，只能被氢氟酸和中等浓度的强碱溶液所侵蚀。特别是钛对海水很稳定，将钛或钛合金放入海水中数年，取出后，仍光亮如初，远优于不锈钢。
钛的另一重要特性是密度小。其强度是不锈钢的3.5倍，铝合金的1.3倍，是目前所有工业金属材料中最高的。
液态的钛几乎能溶解所有的金属，形成固溶体或金属化合物等各种合金。合金元素如A1、V、Zr、Sn、Si、Mo和Mn等的加入，可改善钛的性能，以适应不同部门的需要。例如，Ti-A1-Sn合金有很高的热稳定性，可在相当高的温度下长时间工作；以Ti-Al-V合金为代表的超塑性合金，可以50%~150%地伸长加工成型，其最大伸长可达到2000%。而一般合金的塑性加工的伸长率最大不超过30%。
由于上述优异性能，钛享有“未来的金属”的美称，钛合金已广泛用于国民经济各部门，它是火箭、导弹和航天飞机不可缺少的材料。船舶、化工、电子器件和通讯设备以及若干轻工业部门中要大量应用钛合金，只是目前钛的价格较昂贵，限制了它的广泛使用。
2. 钛的基本知识及在牙科铸造修复体中的应用
钛在地球中的蕴藏量列第九位。而作为金属元素，仅次于铝、铁、镁，居第四位。1791年，英国人Gregor最先发现钛这种元素，并以古希腊的泰坦神命名，其含义是金属中的巨人。但该元素与氧、氮、碳有极强的亲和性，易氧化，不易提炼，作为金属元素被单独分离出来是在20世纪。由于钛具有比重轻，比强度高，耐腐蚀性强及生物相容性好等优点，已被广用于航天、航空、电力、石油化工、通迅、轻工、医疗等领域中。
牙科领域从60年代开始使用纯钛制作种植体的人造牙根部分，70年代用于矫治牙列不齐的矫治丝，80年代初发展了冠、桥及义齿支架的铸造技术。同时，由于钛铸件易产生缺陷而发明了牙科用焊接机。到90年代钛及含钛合金在牙科领域中的应用越来越普及。
第四军医大学与洛阳轻工通用机械厂从1993年起联合研制牙科铸钛机，1995年开发出我国第一台牙科用铸钛机，为我国开展牙科铸钛技术创造了有利的条件。而且我国的钛及含钛合金价格便宜，每千克纯钛仅为钴—铬合金价格的1/3，因而可以看到钛及含钛合金铸造修复体(Castable Tiand Ti Al- loy Prosthesis)在牙科应用的广阔前景。
3. 钛及含钛合金的理化性能
3.1. 纯钛
纯钛的外观为银白色。根据氢、氧、氮、铁等杂质的含量不同，纯钛分为三类：TA1的含量<0.4%，TA2的含量<0.5%，TA3的含量<0.68%。熔点为1668℃，高于目前牙科用高熔合金的熔点。其结晶构状低温状态时(<885℃)为稳定稠密的六方晶体，在高温状态下
(>885℃)则变为空心立方晶体。比重为4.5g/cm3，无磁性，热膨胀系数为9.0X10-6cm/℃，室温状态其抗拉强度为33.6—67.2kg/mm2，延展性为24.5%~59.5%，挤压强度为40%—55%，硬度(HV)100~150。铸造收缩率为1.75%，是目前牙科用高熔合金中收缩率最小的一种。化学性质稳定，具有极佳的耐腐蚀性，与骨组织有很好的相容性，细胞毒性仅次于TO。牙科铸造修复体主要使用TA2。
3.2. 含钛合金
目前，牙科领域所研制的含钛合金达30余种，因受各种因素的影响，真正用于牙科领域中的含钛合金种类却极少。在日本，只有了Ti—6Al—4V通过了厚生省的批准被用于牙科。在我国，牙科领域中所用的含钛合金种类有了l—6Al—4V，Ti75。开发合金化钛的目的是为了克服纯钛在制作铸造支架过程中韵缺点，以提高其强度、硬度及弹性。
Ti75是西北有色金属研究院研制的新型结构含钛合金，不含有害元素V，而且Al含量仅为Ti—6Al—4V中A1含量的1/2，具有中强
度、高韧性的特点。其耐腐蚀、抗疲劳性能均优于Ti—6At—4V。试验结果显示，其细胞毒性与纯钛相似，组织皮下埋植试验无肿胀、渗血及材料排斥反应，生物相容性好，是较理想的局部义齿支架铸造材料。
Ti—6Al—4V合金的细胞毒性及生物相容性试验结果均与纯钛相似。但其抗冲击性、抗断裂韧性、抗疲劳性与Ti75相比均较低，但抗变形能力优于Ti75。试验结果显示，Ti—6Al—4V的流铸性能较纯钛差。
4. 钛及含钛合金铸造时的流铸性特点
钛及含钛合金由于熔点高、易发生铸造缺陷，欲获得符合要求的铸件，掌握其在铸造时的流动性及凝固过程是非常重要的。渡边孝一等人对此进行了X光检测和标识元素熔解法等系统研究。方法是用厚度1.4mm和0.45mm的蜡片制做出20mm×23mm的板状试件，用厚度为0.9mm带有圆孔状蜡网制作成25mm×25mm的蜡网试件，分别安插直径为2.5mm，长度为6mm的蜡线做铸道，每个铸型中放置±述试件各一个，并在各铸道中插入直径为0.3mm的铂丝后进行包埋，烘烤焙烧后，分别使用纯钛和Ti—6A1—4V进行铸造。铸造后铸件酸洗，X光进行缺陷检测。其结果显示：1.4mm含钛合金明显高于纯钛。0.45mm厚度的纯钛及含钛合金铸板外观均显示铸造不全，含钛合金的铸造不全率及。内部缺陷率均高于纯钛。0.9m出厚度的纯钛及含钛合金铸网外观均显示为铸造不全，但含钛合金的铸造不全率明
显高于纯钛。在标识元素方面显示结果来看，1.40mm厚度的纯钛和含钛合金铸板两者无明显差异，均为F型方式。0.45mm厚度的纯钛及含钛合金铸板均显示为W型的充型方式，但含钛合金所形成的凝
固层明显厚于纯钛。由此可指出：钛及含钛合金的液态金属流铸形式不同于现用的其它牙用合金，是在向型腔内铸人同时即形成凝固层，因而铸件的熔模不宜做得太薄，以防止铸造不全。0.9mm厚度的纯钛及含钛合金铸网方面均显示为B型的充型方式，标识元素铂丝均未
被完全熔化。通过对铸网的放大观察显示，含钛合金的溶液中含有凝固粒子，铸造性能不如纯钛是由于其粘性系数大所致。
该实验还得出了铸造时惰性气体的浓度左右着金属层流和紊流，当液态金属流速慢时易发生紊流。钛及含钛合金在铸造时是边注人边形成凝壳，影响着随液态金属被卷入的气体外排的通道。加压铸造的内部缺陷发生频率明显高于离心铸造。压力的大小、离心旋转的快慢左右着液态金属的铸人率。由于钛铸造时离心力明显大于压力的作用，两种形式的流铸率，有着明显的差异，两者的缺陷发生率及发生部位有着很大的区别。
5. 牙科铸钛修复体的种类
5.1. 冠、桥修复体
有人对纯钛铸造全冠桥经临床近十年的观察发现：其适合性达到甚至超过贵金属制作的冠桥的60%。与镍络合金制作的冠桥相比，达到或超过其适合性的92%。其中有近一半以上的冠。实验结果证明，
用纯钛制作的冠桥修复体的适合性远远优于用镍络合金制作的冠桥
修复体。用钛制作的45件冠桥经2—5年的临床观察结果显示：无一例发生明显磨损，发生变色的有四例，经再次研磨，抛光后未再发生变色现象。
5.2. 铸造支架
我院对使用TA2制作的铸造支架通过近两年的观察结果显示，其适合性明显优于钴铬金属，这是由于纯钛的线收缩率较小的原因。
5.3. 钛烤瓷冠桥
由于生产厂商充分看好钛烤瓷冠桥的前景，针对钛的特性，研制开发出了专用于钛金属上烤瓷的瓷粉；通过临床应用和实验室观察结果表明：钛在高于593℃时极易发生氧化反应。为防止其氧化，可在纯钛基底冠表面先涂布粘接剂以抑制其氧化，同时可增强其与瓷的机械结，合强度。还可在纯钛基底冠表面形成网格状纹。采用上述两种方法制作出的试件测试结果显示二者间均有良好的结合性。通过对目前市售的五种品牌钛用瓷粉与纯钛的结合强度试验结果表明，其结合强度基本上达到了现用的镍铬系金属烤瓷，有些晶牌钛和瓷粉的烧结强度还略高于镍铬合金的金瓷结合强度。钛—瓷熔合冠桥已开始进入了临床应用。
5.4. 钛树脂冠桥
为增加钛修复体的应用范围，已研制开发出了专门用于与钛相结
合的热聚合树脂及光敏树脂。试验结果显示：当对纯钛基底冠表面用25um的氧化铝砂进行喷砂后，可增强钛金属表面的活性，对粘结材料的润湿性明显提高，而且其表面的粘结面积也比用贵金属和非贵金属的镍铬合金、钴铬合金增加1.5—2.5倍。临床应用显示出了良好的前景。
5.5. 种植义齿的部件
以往种植义齿用的钛部件多采用机加工及粉末冶金工艺制作。随着牙科铸钛机的问世，使用钛及含钛合金铸造种植义齿部件已变为可能，目前主要用于铸造骨膜种植体的部件。
6. 钛及含钛合金铸造用包埋材料
牙科铸造与工业铸造的最大差别是形态复杂，铸件小，精度要求高，每个铸件的形状均不相同，必须采用包埋料对熔模进行包埋后铸造来形成铸件，不能采用象工业产品那种制作金属模具的方法进行铸造。因而，包埋料质量的好坏将直接影响铸件的质量。
6.1. 钛及含钛合金用包埋料应具备的条件
(1)在高温下具有良好的稳定性及耐火性，不易与钛及含钛合金液发生反应。
(2)不能影响铸件的精度。
(3)表面性状良好，不易产生内部缺陷。
(4)便于操作。
(5)价廉。
6.2. 钛及含钛合金用包埋料类型
6.2.1. 石英
石英作为高温铸造用包埋料具有许多优点，但不加以改变直接用于钛的铸造时失败率极高。即使可以铸造出完整的铸件，也会在钛铸件表面生成较厚的污染层，使铸件的机械性能降低。为了去除掉污染层要做某些处理，从而影响了钛铸件的精度。目前有报道说：在磷酸盐系包埋料中加入微锆砂粉于石英的间隙中，可使石英与液钛的接触机遇变小，铸件的品质得以提高。另外还有人试图通过改变石英的粒度或组成配比关系来提高其性能。
6.2.2. 氧化镁
氧化镁作为钛铸造用包埋料加以研究已有较长时间，最初是使用水固化型工业氧化镁水泥。但其结固时间长；强度及操作性能差，现改用高纯度电熔氧化镁。结合剂是使用磷酸盐和硅酸乙酯。目的是为了改善与钛的反应性及操作性。也有人在以氧化镁为主的材料中，加入适量的氧化铝及锆粉，使该系的包埋料具有良好的脱砂性；表面污染极少，而且较好地解决了补偿钛铸造收缩所需的膨胀率问题。6.2.3. 氧化铝
由于氧化铝为基材的包埋料具有良好的耐高温性能，故较早就被
作为钛用包埋料而加以研究。通过研究了解到使用氧化铝为主要耐火基材难以找到适宜的结合剂。如果是使用氧化铝溶胶，存在着结固时间长、热膨胀率小等问题。近年来还弄清了氧化铝与氧化镁通过加热(800—1000℃)会发生反应，生成氧化铝尖晶石，而且还发现氧化铝
尖晶石生成时可形成较大的热膨胀，因而成为重点研究对象。此材料所用的结合剂是磷酸盐和溶胶系。从目前使用的情况来看，其操作性能不亚于以往牙科用的高温包埋材料。
6.2.4. 氧化锆
研究人员反复对氧化锆进行了研究、但目前在结合剂方面还存在一些问题。有人曾使用水、醋酸氧化锆；氧化锆溶胶等作为该材料的结合剂，但存在热膨胀率小的问题。最近推崇在该材料中加入适量的氧化钙，可使铸件的脱砂性提高，铸件表面光滑，污染层较薄。但存在结固时间快，难以操作等问题。另外，由于锆砂存在着对人体有害的放射性元素，因而研究人员认为还需进一步加以研究。
6.2.5. 氧化钙
氧化钙是对钛具有良好稳定性的耐火材料之一。但当氧化钙含有水份后极易变成羟基氧化钙或碳酸钙，目前还难以找到适宜的结合剂，因而其实际应用受到了影响。但有人试图用甲醇作为结合剂，并在氧化钙中加入适量的钛粉后使之具有了作为铸型的条件。据报道，该材料作为耐火材料所获得的铸件不会发生烧结现象，铸件表面呈现具有
光泽的银灰色，而且铸件的机械性能好，适合性好。但这种材料同氧化锆一样，改善其操作性能是今后研究的重大课题。
6.3. 常用的钛及含钛合金铸造用包埋料种类
6.3.1. 支架用包埋料
(1)磷酸盐系
①チタニヰムャ—Ⅱ
日本才株式会社生产，配有专用包埋液，4kg包装；复制模型使用琼脂复制材。铸型成型1小时后即可烘烤焙烧。加热方式为：从室温到300℃后维持30分钟，然后升温到800℃后维持30分钟，再升温到1170℃后维持30分钟，在烤箱内冷却至室温时铸造；
②チタト
日本才夕株式会社生产，配有专用包埋液，4ks包装。复制模型使用琼脂复制材。铸型成型1小时后即可烘烤焙烧。加热方式为：从室温到300℃后维持30分钟，然后升温到1000℃后维持60分钟，在烤箱内冷却至室温时铸造。
③トタゥ
白水贸易株式会社生产，250g包装。复制模型使用硅橡胶复制材。铸型成型1小时后即可烘烤焙烧。加热方式为：从室温到150℃后维持90分钟，然后升温到250℃后维持90分钟，再升温到1000℃后维持60分钟，在烤箱内冷却至430℃时铸造。
(2)氧化铝—磷酸盐系
①CD+タy彳：/又又卜/>；/卜
日本松风株式会社生产，1kg包装。侧模型使用硅橡胶复制材，铸型成型1小时后即可烘烤焙烧。加热方式为：从室温到900℃后维持120分钟，然后冷却到300℃时铸造。
②T—彳y/《又L
日本冈崎矿产物株式会社生产，2kg包装。复制模型既可用琼脂复制材，亦可用硅橡胶复制材。铸型成型1小时后即可烘烤焙烧。加热方式为：从室温到800℃后维持30分钟，然后升温到1050℃维持60分钟，在烤箱内冷却至室温时铸造。
(3)镁质水泥
七I/-<；7.1、—DM(W)
二ty》)/株式会社生产，180g包装。复制模型使用硅橡胶复制材。铸型成型2小时后即可烘烤焙烧。加热方式为：从室温到850℃后维持36分钟，冷却到：100℃时铸造。
(4)硅酸乙酯系
日本乇叫夕株式会社生产，3kg包装。复制模型使用琼脂复制材。铸型成型1小时后即可烘烤焙烧。加热方式为：从室温到300℃后维持30分钟，然后升温封900℃后维持60分钟，冷却到600℃时维持20分钟即可铸造。
(5)氧化镁—氧化铝—醋酸镁复合型
于夕弋又卜ME
日本乇叫夕株式会社生产，4kg包装。复制模型使用硅橡胶复制
材。铸型成型3小时后即可烘烤焙烧。加热方式为：从室温到900℃后维持50分钟，然后冷却至600℃时维持20分钟即可铸造。
(6)氧化镁—氧化铝—磷酸盐复合型包埋料
子夕)/乇—/LP
刁》/株式会社生产，4kg包装。复制模型使用硅橡胶复制材。铸型成型2小时后即可烘烤焙烧。加热方式为：从室温到1200℃后维持60分钟，然后冷却至800℃时维持30分钟铸造。
6.3.2. 冠桥用包埋料
(1)氧化铝—磷酸盐系
Tyeaststucco
美国产，分内外包埋，内包埋为1.5kg装，外包埋为400g包装。铸型成型2小时后即可烘烤焙烧。加热方式为：以℃/分钟升温速度从室温加热到875℃后维持4小时，然后冷却到室温铸造。
(2)磷酸盐系
T—彳>；/《只LC&B
日本大成齿科工业株式会社生产，配有专用液，2ks装。铸型成型1小时后即可烘烤焙烧。烘烤、焙烧之前在铸造口涂布专用液，加热方式为：30分钟内从室温升温到250C后维持60分钟，然后升温到800℃维持60分钟。在烤箱内冷却到室温时铸造。
6.3.3. 钛及含钛合金铸造用包埋料的选择
铸钛用包埋料与铸钛机的匹配性很强，要根据铸钛机的种类选择相应的包埋料，才能取得满意的铸造效果。
7. 牙科铸钛机的种类及特点
目前，牙科铸钛机有多种。为便于叙述，就国内、外现销售的铸钛机按熔解氛围、熔金方式、铸造方法及坩锅类型等几个方面加以介绍。
7.1. 熔解氛围
7.1.1. 真空方式
(1)高真空泵排除空气法
普通真空泵排除空气的能力较弱，为了能达到10-4~10-5托尔(torr)的真空度，必须使用功率较强的二级真空泵。除增加铸造机的制造成本外，还需增加排除铸造室、熔金室内空气的时间，对铸造来说是一件麻烦事。为解决这一问题，有的厂家采用缩小熔金室和铸造室的容积，取得了较好的效果。
(2)“转换”排气法
使用普通型真空泵反复排除铸造室、熔金室内空气和通人惰性气体的方法。目前大多数的铸钛机多采用此方法。通过试验得出反复排气及通人惰性气体的最初的1—3次效果最为显著，其后的效果不明显。现多数铸造系统均采取反复排气2—3次。基本上可以满足铸钛
件的质量需要。
7.1.2. 惰性气体保护法
利用惰性气体保护钛熔解室内氛围的方法。尽管惰性气体不会与钛发生反应，但如果纯度达不到要求或混入较多的空气，仍会影响铸钛件的质量。为此，在采用惰性气体保护下熔解、铸造钛及含钛合金之前，仍需排净铸造室、熔金室内的空气，以减少空气中氧对钛的影响。
(1)氩气保护
即利用惰性气体氩气做为保护氛围，要求氩气的纯度必须达到99.99%以上。其特点是气源广，价格低。
(2)氦气保护
即采用惰性气体氦气做为保护氛围，由于氦气在室温下的粘性系数较氩气低90%，富于流动性，在较低的压力下即可熔解钛，有利于铸造的成功。但氦气价格较高，会使铸造成本增加。
采用高频感应熔解钛时既可使用真空方式，亦可用惰性汽体保护，但弧熔钛方式只能使用惰性气体保护。
7.2. 熔解方式
7.2.1. 高频感应方式
利用高频交流电产生的磁场，使被熔化的金属本身产生感应电流(内涡流)，通过涡电流加热钛料的方法。特点是熔北钛料的温度较均
匀，但高温下的钛溶液与坩埚接触的时间较长，易使钛料受到污染。为解决这一问题，有的厂家用了悬浮熔解法，使钛料处于悬浮状态下熔解，因而钛料不会被坩埚所污染。
7.2.2. 弧熔解法
弧熔解法是利用辅助电源使电极间发生弧放电，惰性气体产生电子和阳离子在电极间加速运动放出热电子而持续产生等离子弧，由等离子弧所产生的高热将钛料熔化。目前弧熔解法的牙科铸钛机基本上都是采用钨棒做为负极，被熔解的钛料为阳极产生弧放电法，即所谓的非消耗式电极法。由牙等离子弧所产生的温度很高，可以在较短时间内将钛料熔化。同时，此方法是从金属的上方进行加热，具有高熔钛液不与坩埚接触或接触的时间短，避免了液体钛被污染的优点。但由于弧放电是集中于某部位，当钛料量大时会出现部分熔化部分不熔化的现象，因而两极间的距离应适宜。另外还可以采取改变磁场使弧发生运动的方法来解决。
7.3. 铸造方法
7.3.1. 差压式铸造法
是利用熔金室和铸造室的压差使钛或含钛合金液体铸人铸型腔
内的方法。其具体步骤为：熔金室处于较低惰性气体的压力下熔解钛料，而铸造室则一直处于排吸空气状态，如此形成了压差。当钛或含钛合金液体铸人铸道口时，从液体钛的表面加以较大的压力，使液体
钛充满铸型腔内。此种方法必须使熔金室和铸造室两室间在浇铸前严密隔绝，才能保证压差的产生。
7.3.2. 加压铸造法
在较低压力的惰性气体的保护下熔解钛料，当熔化的液体钛及含钛合金流到铸道口时，从液体钛及含钛合金的表面加以较高的压力，使液体钛铸入铸型腔内。此方法的关键是正确掌握好加压时间。因为加压时间过早，高气压提前流人铸形腔内影响液体钛及含钛合金的注入。加压时间过晚，液体钛及含钛合金已发生凝固，压力不起作用。
7.3.3. 离心铸造法
(1)单纯离心力铸造法
利用离心力使掖体钛及含钛合金铸人铸型腔内的方法。由于钛的比重轻，要想使液体钛及含钛合金能充满整个铸型腔，离心力的初速度就显得极为重要。为增加初速度，有的铸钛机则采取在熔解钛或含钛合金料时，让产生离心力的马达带动铸型先旋转，待钛或含钛合金料熔解后，利用离合器与高速旋转的；马达咬合起来，以高速离心力将液体钛及含钛合金注入铸型腔内。离心方式目前有水平离心和垂直离心。
(2)离心力、压力铸造法
该法是将液体钛及含钛合金利用离心力注入铸型腔内时再以惰
性气体在液体钛及含钛合金的表面加一个较大的压力，以促使液体钛
或含钛合金注入铸型腔内。
(3)离心力、抽吸、加压铸造法
将离心力、抽吸、加压三种方式结合起来，以提高铸钛件的成功率。其方法为：在熔解钛及含钛合金料时，从铸型的底部及四周进行抽吸排气，使熔解室和铸造室之间产生较大的压力差。当钛料熔化后，离心力促使液体钛注人铸型腔内的同时再从液体钛或含钛合金的表
面加入一个较大正压力，液体钛及含钛合金在离心力、负压抽吸及液体钛或含钛合金表面的较大压力的共同作用下，促使液体钛或含钛合金快速的注入铸型腔内。
7.4. 坩埚类型
7.4.1. 金属坩埚
目前使用的金属坩埚多为铜制坩埚，且多用于弧熔解方式。
(1)底部开口式坩埚
此种坩埚的特点是在坩埚底部设有一个使液体钛：下流的底孔，由于钛料在等离子弧的加热下，首先从钛料的顶部开始熔化，当钛料的底部熔化时，熔化的钛熔液便从下面的底孔流人铸型腔内。其优点是不会使钛熔液发生过热现象。但为了使熔化的钛液能迅速、全部注入铸型腔内，必须具有较大的正压力(或离心力)才行。同时还需根据所熔化钛料的量来合理地调整坩埚底孔的大小。
(2)分离式坩埚
当钛料熔化后，控制系统使坩埚分离成两半，液体钛从分离的坩
埚下部流人铸型腔内。钛料均匀的熔化后才利于液体钛的下流，如果与坩埚接触的底部钛料熔化不完全时便开始下落，未熔化的钛料先到达铸道口会使铸道口阻塞，影响液体钛注入铸型腔内。
(3)倾斜式坩埚
当钛料熔化后，由控制系统使坩埚发生倾斜，液体钛随之注入铸型腔内。其优点是液体钛能全部瞬间流入到铸道口内，利于铸造的成功，目前差压式铸钛机基本上多采用此种类型坩埚。
7.4.2. 氧化铝坩埚
主要用于高频熔金的离心铸造方式。要求坩埚的表面光洁度好，致密度高。为了防止坩埚材料污染液体钛料，需要在坩埚内壁涂布一层防止钛料受污染的膜。此类坩埚的不足之处是每铸造一次后，由于坩埚受热，坩埚内壁的保护膜被烧坏而使坩埚内壁表面粗糙，残留的钛料易被烧附在坩埚内。因此，必须更换新的坩埚，造成了铸造成本增加。
7.4.3. 高密度石墨坩埚
用高密度的石墨加工成的钛铸造用坩埚。目前已用于弧熔解方式的铸造机上。由于钛料是从上部加热熔化，使坩埚底部易受污染的钛料在未熔化时就将已熔化的液体钛利用离心力注入铸型腔内，较好地解决了坩埚材料污染钛料的问题。此种类型的坩埚在国产LZ—Ⅱ牙科铸钛机上数百次的试验，证明效果良好。由于高密度石墨坩埚造价
低，可以反复使用，降低了铸造成本。
牙科铸钛机通过近十余年的研制开发，已经能较好地满足牙科铸钛的要求。因而有学者认为今后的研究重点应放在提高铸造成功率，即熔模制作、浇铸道的设置等方面，充分发挥铸钛机的能力和作用。
7.5. 国产髋—Ⅱ型牙科铸钛机的使用及注意事项
7.5.1. 国产髋—Ⅱ型牙科铸钛机的特点
该机应用惰性气体保护下的孤熔解金属方式，并通过离心力、铸型底部及周边的负压抽吸及当液态金属浇注到铸道口时施加于液态
金属表面一个较大的惰性气体正压力，以促使液体钛或含钛合金能迅速有效地注满整个铸型腔内。
该机在设计时充分考虑到了牙科铸件的大小，同时能有效的在较短的时间使熔金室和铸造室形成较高的真空度、便于两室的压差形成及节约惰性气体的使用量，熔金室和铸造室体积设计得非常小。
该机为了便于工作和检修，设置了自动、手动两套操作系统，使用方便、安全、准确。整个铸造过程按事先编好的程序输入该机的控制系统内，极大的简化了操作步骤。整个铸造过程只需按动一次按纽，铸造工作即可自动完成。
针对牙科铸件的大小不同需采用不同重量的合金块这一特点，该机设置了可调节式熔金时间调节器，满足了不同重量的合金熔化要求。该机最大熔金量可达40g。
为了提高铸造初速度，该机采用了机械储能方式。即熔金到一定
时间后，电机提前旋转，很好进入正常转速(1300转/分钟)，当合金熔化达到预定时间前数秒时停止输入惰性气体，以减少熔金室保护气体的浓度，降低产生内部缺陷的可能因素，又不影响电孤继续熔金。当达到熔金规定时间后，提前旋转的电机利用离合器的瞬间咬合使旋转离心臂快速旋转。旋转臂开始旋转时，熔金电极才自动切断电源，这样就确保了液体钛一直处于良好的流动状态，能快速流注到铸型腔内。
7.5.2. 操作步骤
(1)开启电源，预热3—5分钟。打开惰性气体输入阀门。从烤箱中取出铸型，称量后放人铸造室内，调整其位置。
(2)在熔金室的坩埚内放置适当重量的钛或含钛合金锭，调整钨极与铸锭之间的距离，使之在4.5—5mm之间。
(3)在熔金室与铸造室之间的隔离板上放置密封圈。
(4)关闭熔金室与铸造室之间的锁紧装置，旋紧铸造室的铸型紧固旋纽，使铸型与隔离板紧密接触，形成各自封闭的熔金室和铸造室。
(5)调整旋转臂的平衡法码，使旋转臂两端达到平衡。
(6)根据钛锭的重量调整熔金时间调节器后，即可按动自动熔金按纽，此时该机按预定程序开始工作。
(7)当铸造完成，离心臂停止转动后，打开铸造机门，旋松铸型紧固旋纽，打开熔金室与铸造室之间的锁紧装置，取出铸型，放置冷水中急冷铸件(根据需要，也可待其自然冷却)。
上海大学 本科生课程论文论文题目：钛合金在多领域的应用与发展 课程名称： 课程号： 学生姓名： 学生学号： 所在学院：材料科学与工程学院 日期：2015.05.24
摘要：钛合金因具有强度高、耐蚀性好、耐热性高等特点而被广泛用于各个领域。世界上许多国家都认识到钛合金材料的重要性，相继对其进行研究开发，并得到了实际应用。本文综述了钛合金在航空航天飞行器、热氢处理、发动机、高温钛合金、生物医用材料等方面的应用与发展。 关键词：钛合金；航空；氢；发动机；生物医用材料 钛合金在航空方面的应用与发展 钛合金具有比强度高、耐腐蚀性好、耐高温等优点。从20世纪50年代开始,钛合金在航空航天领域中得到了迅速的发展。钛合金是当代飞机和发动机的主要结构材料之一,可以减轻飞机的重量,提高结构效率。在飞机用材中钛的比例,客机波音777为7%,运输机C-17为10.3%,战斗机F-4为8%,F-15为25.8%,F-22为39%。 高性能航空发动机的发展需求牵引着高温钛合金的发展,钛合金的使用温度逐步提高,从20世纪50年代以Ti-6Al-4V合金为代表的350℃,经过IMI679和IMI829提高到了以IMI834合金为代表的600℃。目前,代表国际先进的高温钛合金有美国的Ti-6242S,Ti-1100,英国的IMI834,俄罗斯的BT36以及中国的Ti-60。表2为600℃主要高温钛合金的成分及性能特点。 Ti-6242S(Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-0.1Si)钛合金是美国于20世纪60年代为了满足改善钛合金高温性能的需要,特别是为了满足喷气发动机使用要求而研制的一种近α型钛合金。合金的最高使用温度为540℃,室温的σb=930 MPa。特点是具有强度、蠕变强度、韧性和热稳定性的良好结合,并具有良好的焊接性能,主要应用于燃气涡轮发动机零件,发动机结构板材零件,飞机机体热端零件。 BT36(Ti-6.2A1-2Sn-3.6Zr-0.7Mo-0.1Y-5.0W-0.15Si)合金是俄罗斯于1992年研制成功的一种使用温度在600～650℃的钛合金。合金中加入了5%W和约0.1%Y。加入W对提高合金的热强性有明显作用。加入微量Y可以明显地细化合金的晶粒,改善了合金的塑性和热稳定性。 Ti60(Ti-5.8 Al-4.8 Sn-2.OZr-1.0 Mo-0.35Si-0.85Nd)合金由中国科学院金属研究所在Ti55合金基础上改型设计、宝鸡有色金属加工厂参与研制的一种600℃高温钛合金。Ti60合金的特点之一是合金中加入了1%Nd(质量分数),通过内氧化方式形成富含Nd、Sn和O的稀土相,降低基体中的氧含量,从而起到净化基体,改善合金热稳定性的作用。Ti60合金已进行了半工业性中试试验(包括压气机盘模锻)和全面性能测定。 根据国内外研究现状,未来高温钛合金的发展趋势是:(1)研制600℃以上的新型高温钛合金。可对现有高温钛合金的成分进行调整,改进加工工艺,或研发新的高温钛合金,提高高温钛合金的使用温度。(2)稀土元素在高温钛合金中的作用尚待进一步研究。我国研制的含稀土元素的高温钛合金其使用温度已达到600℃,其各项性能显示均为良好。但稀土元素在合金
各品牌种植体的介绍 目前国内口腔市场的种植体虽多，大多为韩国品牌，他们主要以模仿欧洲种植体为主，理念虽然有但是毕竟工业制造发展时间短，有些工艺上只能接近欧洲品质，他们也拿不出科学分析报告来证明自己，存留率不高，不过韩国品牌推广营销做的好，国内医生也很多习惯用他们的工具，不过前景不乐观，现在已经越来越多德国欧洲品牌进入中国。 德国ICX的核心人员都曾作为诺贝尔的核心技术研究人员，掌握各大种植体制造工艺的精髓，结合世界三大种植体领导产品的优点，融入创新的理念，以德国精湛工艺创造了ICX 种植体，媲美士卓曼、诺贝尔的品质，并有着价格上的优势，有三十多个国家地区的临床经验，现已在亚太地区登录，并格外注重中国市场发展。 鉴别种植体的好坏主要在于判断种植体表面处理，材质以及内部构造 1、表面处理 “士桌曼”的表面处理技术被公认为最好的，ICX的表面处理跟他的bone level系列一样，S.L.A大颗粒喷砂加酸蚀。实验证明我们ICX的表面处理工艺媲美士桌曼，而耐疲劳强度比士桌曼还高。 ICX-templant?Straumann?Bone Level以及其他13个种植体品牌的耐疲劳强度测试结果： 诺贝尔的TiUnite钛易耐表面处理，则为105.1（注：测试结果越小越好）目前市场上的种植体大多还是以单纯喷砂为主，包括奥齿泰。个别品牌，例如韩国登腾是S.L.A，他们的数据检测无法跟ICX和士桌曼相比。 良好的亲水性是骨结合的重要因素，能够缩短愈合周期，提高种植初期的稳定性，同时
更适合即刻负重和早期负重登手术方式。 水接触角检测 测量方式和误差：取中间值，误差不超过3° 液体大小：1μ 测量仪器：OCA15plus 测量日期：20.5.2011 根据测试结果显示，ICX和士桌曼表面水接触角最小，具有优良的亲水性 2、材质 与人体相溶最好的金属为纯钛，但由于钛的物理强度不够。一般市面上采用的都是钛合金。ICX采用的是冷作钛变体，即纯钛经过冷作加工，增加物理强度。选材和工艺与诺贝尔是一样的，而诺贝尔是以其材质加工工艺“钛易耐”TiUnite，即冷作钛变体。而费亚丹，Astra，士桌曼都是采用钛2级的，物理强度没ICX好。 3、内部结构 1、Astra Tech来自瑞典的种植体，其名气跟士桌曼，诺贝尔并列为世界五大种植体。其优 点在于内部构造不但精密，而且独特的内部结构设计，尤其是其11°内锥机构，经过无数的临床检验报告证明，内锥结构有利于种植体的稳定性，此特点ICX同样具备。ICX 深层次锥形封闭架构，植体和基台紧密的密封嵌合，微间隙度仅为0.40μm，有效阻止微动和微漏。 ICX-templant表面扫描电镜分析
原题：让“近净成形”结构件飞上蓝天--北航教授王华明 王华明，北京航空航天大学材料学院材料加工工程系主任、材料加工工程学科责任教授、“长江学者特聘教授”。开辟“快速凝固激光材料制备与成形”研究新领域，建成先进的“激光材料加工制造技术实验室”，在先进材料快速凝固激光制备加工与成形制造领域取得多项原创性成果并在航空发动机及飞机上得到应用。2000年来主持“国家自然科学基金重点项目”、“国家863计划课题”“教育部跨世纪优秀人才计划基金”、“总装武器装重点基金”、“国防基础科研重点项目”等科研项目10余项，发表论文被SCI及EI收录137篇次、授权与申请发明专利7项、获得“北京市教学成果一等奖”及“国家教学成果二等奖”。2013年入选国家“万人计划”第一批科技创新领军人才。 当前，“绿色浪潮”席卷全球，推行绿色制造技术，实现制造过程的环保、绿色化已是题中之义。而“增材制造”在这一浪潮的影响下受到日益广泛的关注。北京航空航天大学的王华明教授及其带领的科研团队在大型钛合金结构件激光直接制造技术领域取得令人瞩目的成绩，并且在航空航天装备应用中取得了重要突破。 从“减法”到“加法” 实现质的飞跃 高性能金属构件激光成形技术是以合金粉末为原料，通过激光熔化逐层堆积（生长），从零件数模一步完成高性能大型复杂构件的“近净成形”。这一技术1992年在美国首先提出并迅速发展。由于高性能金属构件激光成形技术对大型钛合金高性能结构件的短周期、低成本成形制造具有突出优势，在航空航天等装备研制和生产中具有广阔的应用前景，受到政府和业界的高度关注。 在王华明教授看来，从传统的大型钛合金结构件制造方法，如整体锻造、切削技术，到这种新型的激光直接制造技术，实现了加工技术由“减法”到“加法”的质的飞跃。采用整体锻造等传统方法制造大型钛合金结构件，是一个做“减法”的过程。零件的加工除去量非常大。例如，美国的F-22飞机中尺寸最大的Ti6Al4V 钛合金整体加强框，所需毛坯模锻件重达 2796千克，而实际成形零件重量不足144千克，材料的利用率不到4. 90%，这势必造成大量的原材料损耗。与此同时，在铸造毛坯模锻件的过程中会消耗大量的能源，也降低了加工制造的效率。
医用钛及钛合金种植体材料的研究进展 【摘要】从钛及其合金的成分、组织与性能、钛表面的腐蚀与离子释放、钛及其合金的组织反应和钛的表面活性化处理等四个方面综述了近几年有关钛及其合金种植体材料的研究进展,提出具有合适粗糙度、表面离子释放少的活性表面设计和制作将是今后的重要研究方向之一。 现代科学技术的进步已使得人类能够进行改造和创建新的生命形态，器官的人工化成为当今医学科学的尖端技术之一。其潜在的核心是医用生物材料的开发，医用生物材料的发展将使人们把处理人体失去功能组织的方法由组织去除、组织替代最终实现组织重建[1]。目前，生物材料的世界市场份额已超过120亿美元，而且由于社会的进步、技术的发展和人口老龄化的加剧，它正以7％的速度增长[2]。由于其广阔的应用前景，日本、意大利、美国等发达国家投巨资支持生物材料的研究和开发，我国亦加大了对生物材料领域的资助力度，以对抗激烈的国际竞争。人工牙、人工关节和人工骨等硬组织替代材料在医用生物材料的应用中占有较大比例,并以较快速度增长[3]。 在人工种植体的研究和应用中，钛、钛合金及其磷灰石涂层复合材料一直倍受关注。磷灰石生物陶瓷由于具有良好的生物活性和生物相容性,作为涂层材料，它能促进种植体与骨形成骨性结合，降低种植体金属离子向人体的释放和保护金属表面不受环境因素的影响。对于多孔金属种植体，能够促进骨长入[4]。因此，钛与钛合金表面热喷涂磷灰石涂层种植体材料因其优异的早期临床效应而在研究和应用中日益得到重视[5～10]。但由于金属―陶瓷界面的存在以及喷涂所引起的结晶度的降低，羟基磷灰石的分解与表面粗糙度的提高会导致涂层的剥离[11～13]和植入后涂层表面的溶解[14]，从而影响种植体的长期效果。因此不少学者近年来积极开展了新型钛合金及钛表面活性的研究。与传统的不锈钢和钴基合金相比，钛及其合金由于具有低密度、低模量、高强度、优异的生物相容性和耐腐蚀性等特点而在生物材料领域获得越来越广泛的应用，而且钛在地壳中储量丰富（0.6％,在所有元素中排第9位，在常用金属元素中仅次于铁、镁、铝排第4位），具有进一步开发的潜在优势，是理想的、应用前景广阔的生物医学工程材料。本文从钛及其合金的成分、组织与性能、钛表面的腐蚀与离子释放、钛及其合金的组织反应和钛的表面活性化处理等4个方面综述了近几年有关钛及其合金种植体材料的研究进展。 1钛及其合金的成分、组织与性能 工业纯钛（commercially－puretitanium,CPtitanium）共有4个级别，溶有不同量的H,O,N,C 和Fe。1～4级Ti最大含O量分别为（wt）0.18％,0.25％,0.35％和0.40％;最大含Fe量分别为0.20％,0.30％,0.30％和0.50％。所有4个级别的Ti中N,H,C的最大浓度分别为0.03％,0.015和0.10％[15]。Ti有20余种合金，为临床使用提供了选择的余地。Ti及其合金具有α，β两种同素异形体[16]。有研究表明Ti－6Al－4V合金中的V有毒性和不利的组织反应[17]，Al会引起神经紊乱[18],因此，人们研究和开发了不含Al,V的β型钛合金[19,20]。常用的新型医用纯钛及其合金种植体的成分、组织类型和力学性能汇总如表1所示。 2钛表面的腐蚀与离子释放 Akahori等认为金属生物材料中钛及其合金之所以具有最好的生物相容性，是因为其表面能形成一层极稳定的相－TiO2[22],氧化膜的存在还使钛合金具有优异的耐蚀性[21]。新鲜钛表面可快速形成5～10nm厚的氧化膜，在一定条件下该氧化膜可以生长[15]。可形成的氧化物包括TiO2,TiO,Ti2O3等，有研究者认为其中TiO2最常见，也有人认为Ti2O3占主导地位[23]。Ducheyne等人的研究表明，尽管钛表面被一层热力学稳定的氧化膜覆盖，但植入后钛仍向周围组织和体液释放出腐蚀产物[24]。这种腐蚀产物可引起组织细胞的变性和坏死、非特异性炎症、过敏反应，甚至导致肿瘤的形成[25]。Espoeito等研究者在分析了失败种植
钛合金的特性及其应用,材料工程学论文,工学论文 ［摘要］综述了钛合金材料的应用及研究现状，着重介绍了钛及钛合金的主要特性，加工性能及其在航空航天、军事工业和汽车制造方面的应用，并在此基础上展望了钛合金的发展方向。 ［关键词］钛合金特性加工性能应用领域 Ti在地壳中的丰度为0.56%(质量分数，下同)，在所有按元素中居第9位，而在可作为结构材料的金属中居第4位，仅次于Al、Fe、Mg，其储量比常见金属Cu，Pb，Zn储量的总和还多。我国钛资源丰富，储量为世界第一。钛合金的密度小，比强度、比刚度高，抗腐蚀性能、高温力学性能、抗疲劳和蠕变性能都很好，具有优良的综合性能，是一种新型的、很有发展潜力和应用前景的结构材料。近年来，世界钛工业和钛材加工技术得到了飞速发展，海绵钛、变形钛合金和钛合金加工材的生产和消费都达到了很高的水平，在航空航天领域、舰艇及兵器等军品制造中的应用日益广泛，在汽车、化学和能源等行业也有着巨大的应用潜力。 一、钛及钛合金的特性 钛及钛合金具有许多优良特性，主要体现在如下几个方面： 1.强度高。钛合金具有很高的强度，其抗拉强度为686—1176MPa，而密度仅为钢的60%左右，所以比强度很高。 2.硬度较高。钛合金(退火态)的硬度HRC为32—38。 3.弹性模量低。钛合金(退火态)的弹性模量为1.078×10－1.176×10MPa，约为钢和不锈钢的一半。 4.高温和低温性能优良。在高温下，钛合金仍能保持良好的机械性能，其耐热
性远高于铝合金，且工作温度范围较宽，目前新型耐热钛合金的工作温度可达550—600℃；在低温下，钛合金的强度反而比在常温时增加，且具有良好的韧性，低温钛合金在－253℃时还能保持良好的韧性。 5.钛的抗腐蚀性强。钛在550℃以下的空气中，表面会迅速形成薄而致密的氧化钛膜，故在大气、海水、硝酸和硫酸等氧化性介质及强碱中，其耐蚀性优于大多数不锈钢。 二、钛及钛合金的加工性能 1.切削加工性能 钛合金强度高、硬度大，所以要求加工设备功率大，模具、刀具应有较高的强度和硬度。切削加工时，切屑与前刀面接触面积小，刀尖应力大。与45钢相比，钛合金的切削力虽然只有其2/3—3/4，可是切屑与前刀面的接触面积却更小(只有45钢的1/2—2/3)，所以刀具切削刃承受的应力反而更大，刀尖或切削刃容易磨损；钛合金摩擦因数大，而热导率低(分别仅为铁和铝的1/4和1/16)；刀具与切屑的接触长度短，切削热积聚于切削刃附近的小面积内而不易散发，这些因素使得钛合金的切削温度很高，造成刀具磨损加（转载自文章资源库https://www.doczj.com/doc/de3251267.html,，请保留此标记。）快并影响加工质量。由于钛合金弹性模量低，切削加工时工件回弹大，容易造成刀具后刀面磨损的加剧和工件变形；钛合金高温时化学活性很高，容易与空气中的氢、氧等气体杂质发生化学反应，生成硬化层，同时进一步加剧了刀具的磨损；钛合金切削加工中，工件材料极易与刀具表面粘结，加上很高的切削温度，所以刀具易于产生扩散磨损和粘结磨损。 2.磨削加工性能 钛合金化学性质活泼、在高温下易与磨料亲和并粘附，堵塞砂轮，导致砂轮磨
钛合金的应用现状及发展趋势 摘要：本文综述了钛合金材料的发展及应用现状，着重介绍了钛合金的主要性能及其在航空航天、汽车制造和生物医药等方面的应用，并对钛合金未来的发展进行了展望。 关键字钛合金，性能，应用，发展趋势 1引言 金属元素钛在地壳中的分布范围比较广泛，据估计和推算，其含量是地壳质量的0.4%还要多一点，世界储量约34亿吨，在所有元素中含量居第10位（氧、硅、铝、铁、钙、钠、钾、镁、氢、钛）[1]。其丰富的储量，为金属钛及钛合金的生产和发展提供了主要的原料来源。 自20世纪50年代以来，钛及钛合金的发展已经历了半个多世纪的历程，钛合金的种类已从1954年的Ti-6Al-4V合金[2]发展到数百种。因为具有比强度高、耐蚀性好、耐热性高等特点，钛合金被广泛用于各个领域，包括航空航天、汽车制造、医药卫生以及其他日常生活领域。世界上的许多国家如美国、日本、俄罗斯以及中国等都认识到钛合金材料的重要性，并相继对其进行了研究开发，得到了实际应用[2,3]。 2 钛合金的性能 2.1 钛合金的高温性能 在高温下，钛合金仍能保持良好的机械性能，其耐热性远高于铝合金，且工作温度范围较宽。高温钛合金不仅具有良好的室温性能和高温强度，并且在蠕变性能、热稳定性、疲劳性能和断裂韧性等方面具有良好的匹配。世界上第一个研制成功的高温钛合金使用温度仅为300~350℃[4]，经历了40多年的发展，目前新型耐热钛合金的工作温度可达550~600℃，而Ti-Al金属间化合物的崛起，打破了600℃的使用温度界限，将使用温度升至700℃以上。 2.2 钛合金的腐蚀性能 钛的抗腐蚀性强，在550℃以下的空气中，表面会迅速氧化形成薄而致密的TiO2钝化膜，故在大气、海水、硝酸和硫酸等氧化性介质及碱性溶液中，其耐蚀
材料与人类文明 论文 题目：钛合金在医疗方面的应用班级： 姓名： 学号： 【摘要】
钛是非常常见的物质，海绵钛纯度能达到99.9%。钛合金产品的物理、化学性质十分稳定，不会被人体吸收，与体液和药品接触也不会发生化学反应，也不会电离，也不与人体的肌肉骨骼发生反应，因而被人们称为“亲生物金属”。因为钛具有“亲生物”性，钛在人体内，能抵抗分泌物的腐蚀且无毒，对任何杀菌方法都适应。因此被广泛用于制医疗器械，制造人体髋关节、膝关节、肩关节、胁关节、头盖骨，主动心瓣、骨骼固定夹。 【关键词】 材料钛合金文明生物医疗 【正文】 金属材料是最早用于临床医学的生物医用材料，目前用于外科植入物和矫形器械的金属材料主要包括不锈钢、钴基合金和钛合金三大系列，它们占整个生物材料产品市场份额的40% 左右。其中，钛合金已广泛应用于人体硬组织（包括人体躯干中所有的骨骼和牙齿）的缺损、创伤和疾病等修复、矫形及替代等治疗。20 世纪中叶以来，以钛合金为主的医用金属材料开始在人体硬组织的外科植入及人体软组织（包括心脑血管、外周血管及非血管如肝脏、胆道、尿道等）的介入治疗方面显示出独特而神奇的疗效，而钛合金人工关节、牙种植体、血管内支架和心脏瓣膜等具有中国医疗器械用钛合金材料研发、生产与应用、及典型代表性的医疗器械产品的问世，对医学的发展具有划时代的意义和革命性贡献，使得临床治疗从初级的简单“修复、矫形”治疗上升到更高层次的组织与器官的“替代式”治疗，极大改善和提高了人们的生活质量，克服了以往重大疾病 只能单纯依靠药物治疗的不足。 1.钛合金材料在我国的发展历史 上世纪七十年代初，我国开始采用了国产钛及钛合金制品，在北京多家医院，先后采用钛及钛合金人造骨头与关节用于临床治疗应用和研究，制造的髋关节、肘关节、下颌骨等用于临床治疗病人。同时，一些医院与公司的模拟人体体液的浸泡实验，电化学阳极化实验和腐蚀动力学曲线的测定，证明了钛及钛合金人造骨头与关节用于人体具有优异的耐腐蚀性，生物学反应也很小，是一种理想的人体植入物，对植入人体骨头与关节进行力学性能也经过测定，认为钛及钛合金的强度满足了人体植入物的要求。 上世纪八十年代中期以后，我国钛材用于制造人体植入物的数量增加，其中钛形状记忆合金的开发与应用达到国际先进水平。到了九十年代中期，国产钛及钛合金加工材，在矫形外科、神经外科、心血管系统、口腔颌面外科、人体外培养机等方面广泛应用。近５年，国内一大批企业成为钛及不锈钢等人体植入物生产企业。采用钛及钛合金制造的股骨头、髋关节、肱骨、颅骨、膝关节、肘关节、肩关节、掌指关节、颌骨以及心辨膜、肾辨膜、血管扩张器、夹板、假体、紧固
钛及钛合金牌号、特性及应用 Ti-6Al-4V 属于热处理强化的钛合金，它具有较好的焊接性薄板成型性和锻造性能。用于制造喷气发动机压缩机叶片，叶轮等。其他如起落架轮和结构件，紧固件，支架，飞机附件，框架、桁条结构、管道，应用非常广泛。 Ti-5Al-2.5Sn 锻造时抗裂纹的能力较好，成型性尚可，焊接性良好，热处理不能强化。用于传动齿轮箱外壳，喷气发动机外壳装置及导向叶片罩，管道结构等。 Ti-8Al-1Mo-1V 成型性及锻造时抗裂纹的能力尚可，焊接性好，但不可热处理强化。用地制作喷气发动机叶片，叶轮和外壳，陀螺仪万向导向叶片罩，喷管装置的内蒙皮和框架等。 Ti-6Al-6V-2Sn 属于可热处理强化的钛合金，锻造时抗裂纹的能力好，但焊接性差。用于制造紧固件，入风口控制导向装置，试验结构件。 Ti-13V-11Cr-3Al 属于可热处理强化的钛合金，成型性良好，锻造时有一定抗裂纹能力，焊接性尚可，用作结构锻件，板状桁条结构，蒙皮，框架、支架、飞机附件，紧固件。 Ti-2.25Al-11Sn-5Zr-1Mo-0.2Si 属于可热处理强化的钛合金，锻造时抗裂纹的能力好，用于制造喷气发动机叶片，叶轮，起落架滚轮，飞机骨架、紧固件等。 Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo 成型性焊接性好，锻造时有良好的抗裂纹能力，但不热处理强化。用于制造压缩机叶片，叶轮，起落架滚轮，隔圈压气机箱组合件，飞机骨架，蒙皮构件等。 Ti-4Al-3Mo-1V 属于可热处理强化的钛合金，锻造性、成型性好。用于制造飞机骨架构件。 IMI125 IMI130 IMI160 工业纯钛，抗蚀性优异，比强度较高，疲劳极限较好，锻造性好，可用普通方法锻造、成形和焊接。可制成板、棒、丝材。应用于航空、医疗、化工等方面，如排气管，防火墙、受热蒙皮以及要求塑性好、能抗蚀的零件 IMI317 属于α型钛合金，可焊接，在315~593℃具有良好的抗氧化性、强度和高温稳定性，可制造锻件及板材零件，如航空发动机压气机叶片、壳体、支架。 IMI315 属于α+β型钛合金，可热处理强化，用于航空发动机压气机盘和叶片、导弹部件等。IMI318 α+β型合金，锻造性及综合性能良好，是各国普遍使用的钛合金，用于航空发动机压气机盘和叶片等部件。 IMI550 α+β型钛合金，易锻造，室温强度好，蠕变抗力较高（400℃以下），持久强度高，广泛用于制造发动机及机翼滑轨，动力控制装置外壳等。 IMI551 属于α+β型钛合金高强度钛合金，它具有强度高、蠕变极限高（400℃以下），锻造性
钛合金的应用与前沿发展 X X X （太原科技大学材料学院） 摘要：先进材料钛及钛合金的应用与前沿技术的发展一直是当前材料领域的热点研究课题之一。本文从钛合金的应用与前沿发展为基点出发，列举了钛合金的研究和应用在国内外取得的重大进步，并试图阐述钛合金最近一些前沿技术与中国现代化科技强国目标、西部大开发的关系，分析其优势与局限性，并展望发展趋势。 自从人类1790年发现钛元素，1951年进入工业化生产以来，钛逐渐显示出它独特的优越性能。它不仅具有金属结构材料的优越性能，而且在许多工艺介质中具有优异的耐腐蚀性能，钛的应用可以获得明显的技术进步和经济效益。它的蕴藏量是铜的十倍，是继铁、铝之后的"第三金属"，被称为"空间金属"。 从使用钛的意义上看，一个国家使用钛的多少，标志着国家的科技水平、军事实力、经济实力的强弱。所以，推广使用钛、发挥钛特性的优势作用，对促进工业发展、增强产品竞争的活力，是非常必要的，也是现代技术发展的方向。 关键词：钛 ; 钛合金 ; 开发应用 ; 前沿发展 报告正文： 钛是周期表中第ⅣB类元素，外观似钢，熔点达1 672 ℃，属难熔金属。钛在地壳中含量较丰富，远高于Cu、Zn、Sn、Pb等常见金属。我国钛的资源极为丰富，仅四川攀枝花地区发现的特大型钒钛磁铁矿中，伴生钛金属储量约达4.2亿吨。 纯钛机械性能强，可塑性好，易于加工，如有杂质，特别是0、N、C等元素存在，会提高钛的强度和硬度，但会降低其塑性，增加脆性。 钛是容易钝化的金属，且在含氧环境中，其钝化膜在受到破坏后还能自行愈合。因此，钛对空气、水和若干腐蚀介质都是稳定的。钛和钛合金有优异的耐蚀性，只能被氢氟酸和中等浓度的强碱溶液所侵蚀。特别是钛对海水很稳定，将钛或钛合金放入海水中数年，取出后，仍光亮如初，远优于不锈钢。 钛的另一重要特性是密度小。其强度是不锈钢的3.5倍，铝合金的1.3倍，是目前所有工业金属材料中最高的。 液态的钛几乎能溶解所有的金属，形成固溶体或金属化合物等各种合金。合金元素如A1、V、Zr、Sn、Si、Mo和Mn等的加入，可改善钛的性能，以适应不同部门的需要。由于上述优异性能，钛享有“未来的金属”的美称，钛合金已广泛用于国民经济各部门，它是火箭、导弹和航天飞机不可缺少的材料。船舶、化工、电子器件和通讯设备以及若干轻工业部门中要大量应用钛合金。 为促进我国钛工业的发展，选准"十一五"期间我国钛冶炼技术的发展方向，中国有色金属工业协会科技部和钛业分会合作，于2005年5月10日在北京召开了"钛冶炼技术发展规划研讨会"。曹春晓院士等28名我国钛行业的专家出席了会议。中国有色金属工业协会钮因键副会长、国家发改委肖春泉处长、国家科技部黄世兴处长、国防科工委贺守华处长等也应邀出席了会议。会议中首先由中国有色金属工业协会钮因键副会长和协会科技部张洪国主任作会议主旨发言；北京有色金属研究总院的邓国珠教授介绍了国内外钛冶炼技术的现状、我国钛冶炼技术所存在的问题，初步提出了我国"十一五"期间技术发展的主要方向；遵义钛厂胥力厂长和抚顺钛厂刘禹明副厂长分别介绍了各厂在建钛项目的进展情况、存在及需要解决的问题；北京科技大学的朱鸿民教授分析了FFC法的优缺点，介绍了一种钛冶炼新方法的初步研究结果；锦铁集团的梁志忠高工介绍了该企业大型熔盐氯化和矿物油除钒的技术。
钛合金是以钛为基础加入其他元素组成的合金。钛有两种同质异晶体：882℃以下为密排六方结构α钛，882℃以上为体心立方的β钛。 合金元素根据它们对相变温度的影响可分为三类： ①稳定α相、提高相转变温度的元素为α稳定元素,有铝、碳、氧和氮等。其中铝是钛合金主要合金元素，它对提 高合金的常温和高温强度、降低比重、增加弹性模量有明显效果。 ②稳定β相、降低相变温度的元素为β稳定元素，又可分同晶型和共析型二种。前者有钼、铌、钒等；后者有铬、 锰、铜、铁、硅等。 ③对相变温度影响不大的元素为中性元素，有锆、锡等。 氧、氮、碳和氢是钛合金的主要杂质。氧和氮在α相中有较大的溶解度,对钛合金有显著强化效果,但却使塑性下降。 通常规定钛中氧和氮的含量分别在0.15～0.2%和0.04～0.05%以下。氢在α相中溶解度很小,钛合金中溶解过多的氢会产生氢化物，使合金变脆。通常钛合金中氢含量控制在0.015%以下。氢在钛中的溶解是可逆的，可以用真空退火除去。 性能 编辑 钛是一种新型金属，钛的性能与所含碳、氮、氢、氧等杂质含量有关，最纯的碘化钛杂质含量不超过0.1%，但其强度低、塑性高。99.5%工业纯钛的性能为：密度ρ=4.5g/立方厘米，熔点为1725℃，导热系数λ=15.24W/(m.K)，抗拉强度σb=539MPa，伸长率δ=25%，断面收缩率ψ=25%，弹性模量E=1.078×105MPa，硬度HB195。 强度高 钛合金的密度一般在4.51g/cm3左右， 仅为钢的60%，一些高强度钛合金超过了许多合金结构钢的强度。因此钛合金的比强度(强度/密度)远大于其他金属结构材料，见表7-1，可制出单位强度高、刚性好、质轻的零部件。飞机的发动机构件、骨架、蒙皮、紧固件及起落架等都使用钛合金。 热强度高 使用温度比铝合金高几百度，在中等温度下仍能保持所要求的强度,可在450～500℃的温度下长期工作这两类钛合金在150℃～500℃范围内仍有很高的比强度，而铝合金在150℃时比强度明显下降。钛合金的工作温度可达500℃，铝合金则在200℃以下。 抗蚀性好
近十年来国内外关于钛合金材料的研究 赵宙 化学化工学院化学三班兰州 730070 摘要：钛及钛合金因具有优异的综合力学性能在航空、航天、船舶、石油、化工、兵器、电子等行业得到高度重视和广泛应用15年前国外高度重视新型钛合金的研制近几年国外更重视钛合金性能改性和挖潜。国内从钛合金研发开始一直重视新型钛合金研制，10年前重点是仿制,之后是既创新又仿制,目前以创新研制为主。本文介绍近10年国外、国内钛合金研究的发展现状、趋势与差距，及对我国钛合金研制的建议。 关键词：钛合金材料、性能、发展、研究、应用 Research on titanium alloy materials at home and abroad in the recent ten years Zhao Zhou Chemical engineering chemistry class 3 Lanzhou 730070 Abstract: titanium and titanium alloy with excellent comprehensive mechanical properties in the aviation, aerospace, shipbuilding, petroleum, chemical industry, the weapons industry, electronic industry attaches great importance to and widely used 15 years ago abroad attach great importance to the development of new type of titanium alloy in recent years, attaches great importance to the performance of titanium alloy modification and tapping. Domestic starting from the research and development of titanium alloy has always attached great importance to the new titanium alloys developed, focus on generic 10 years ago, after is both innovative and generic, mainly developed at present. In this paper, the recent 10 years on the titanium alloy research home and abroad, the development present situation, trend and gap, and some Suggestions of titanium alloys developed in China. Keywords: titanium alloy materials, performance, development, research, and application 1 钛及其钛合金的简介 1.1 钛的简介 钛是20世纪50年代发展起来的一种重要的结构金属，在地壳中的丰度为0.56%，在所有按元素中居第9位，而在可作为结构材料的金属中居第4位，仅次于Al、Fe、Mg，其储量比常见金属Cu，Pb，Zn储量的总和还多。我国钛资源丰富，储量为世界第一。 钛是一种金属元素，灰色，原子序数22，相对原子质量47.87。能在氮气中燃烧，熔点高。钛是一种新型金属，钛的性能与所含碳、氮、氢、氧等杂质含量有关，最纯的碘化钛杂质含量不超过0.1%，但其强度低、塑性高。99.5%工业纯钛的性能为：密度ρ=4.5g/cm3，熔点为1725℃，导热系数λ=15.24W/(m.K)，抗拉强度σb=539MPa，伸长率δ=25%，断面收缩率ψ=25%，弹性模量E=1.078×105MPa，硬度HB195。 1.2 钛合金的简介 钛合金是以钛为基加入其他元素组成的合金。钛有两种同质异晶体：882℃以下为密排六方结构α钛，882℃以上为体心立方的β钛。 合金元素根据它们对相变温度的影响可分为三类： 1）.稳定α相、提高相转变温度的元素为α稳定元素,有铝、碳、氧和氮等。其中铝是钛合金主要合金元素，它对提高合金的常温和高温强度、降低比重、增加弹性模量有明显效果。 2）.稳定β相、降低相变温度的元素为β稳定元素，又可分同晶型和共析型二种前者有钼、铌、钒等；后者有铬、锰、铜、铁、硅等。 3）.对相变温度影响不大的元素为中性元素，有锆、锡等。
第35卷第4期Vol.35No.4 稀有金属 CHINESE JOURNAL OF RARE METALS 2011年7月Jul．2011 收稿日期：2011－03－31；修订日期：2011－05－10 基金项目：国家科技部中韩联合研究项目（2010DFA52280）资助 作者简介：杨冬雨（1979－），男，湖南宁乡人，硕士，工程师；研究方向：钛合金*通讯联系人（E －mail ：yangdongyu@comac．cc ） 高强高韧钛合金研究与应用进展 杨冬雨1*，付艳艳2，惠松骁2，叶文君2 ，于 洋2，梁恩泉 1（1．上海飞机设计研究院标准材料设计部，上海200232；2．北京有色金属研究总院有色金属材料制备加工国家重点实验室，北京100088） 摘要：航空航天业的发展对高强度、高断裂韧性的新型钛合金的需求越来越迫切，研究具有自主知识产权并用于航空大型结构件的新型高强高韧钛合金得到世界各国的重视。综合评述了国外传统的Ti-1023、BT22合金、β-21S 合金、β-C 合金，新型Timetal555和VST55531合金以及我国的TB2和TB10合金等7种高强高韧钛合金研究及应用现状， 分析了合金的成分、组织、强度、塑性、断裂韧性等特点。根据国内外高强高韧钛合金发展现状，提出发展方向：研制R m ≥1300MPa ，K IC ≥55Pa ·m 1/2新型高强韧钛合金；新型合金成分应以Ti-Al-Mo-V-Cr 系为主；探索加工工艺与高强高韧钛合金合金组织及性能的关系；发展具有优异的淬透性及良好的锻造性能为主的大型锻件用高强高韧钛合金。 关键词：钛合金；高强；高韧；锻件 doi ：10．3969/j．issn．0258－7076．2011．04．017中图分类号：TG146．2 文献标识码：A 文章编号：0258－7076（2011）04－0575－06 Research and Application of High Strength and High Toughness Titanium Alloys Yang Dongyu 1*，Fu Yanyan 2，Hui Songxiao 2，Ye Wenjun 2，Yu Yang 2，Liang Enquan 1 （1．Department of Standard and Materials ，Shanghai Aircraft Design and Research Institute ，Shanghai 200232，China ；2．State Key Laboratory of Non-Ferrous Metals and Processes ，General Research Institute for Non-Ferrous Metals ，Beijing 100088，China ） Abstract ：With the continuous development of the aerospace industry ，the demand of new high strength and fracture toughness tita-nium alloy would grow increasingly．The research on new high strength and tough titanium alloy of intellectual property rights ，which was applied to large structures of aerospace ，aroused the interest of the world．The present development on the investigation of high strength and toughness titanium alloys was introduced ，including traditional foreign Ti-1023，BT22，β-21S ，β-C ，new type Timet-al555，VST55531and domestic TB2and TB10alloys．Meanwhile ，the characteristics of components ，structures ，strength ，plasticity and fracture toughness were analyzed．Based on the development of these titanium alloys ，the author's opinions about development trend in this field were also presented ：to develop a new high-strength and toughness titanium alloy with R m ≥1300MPa ，K IC ≥55Pa ·m 1/2；the components of new alloy should be based on Ti-Al-Mo-V-Cr series alloy ；to probe into the relationship between processing technology and microstructure and properties of high strength and toughness titanium alloy ；to develop the high strength and toughness titanium alloy with excellent hardenability and good forgeability that were used as heavy forgings．Key words ：titanium alloys ；high strength ；high toughness ；forging 钛及钛合金因具有比强度高、耐腐蚀性好等优点，已被广泛应用于在航空、航天、车辆工程、生物医学工程等各个领域 ［1，2］ 。近年来，随着航空 航天业对高强度、高断裂韧性的新型结构钛合金的需要越来越迫切，因此研究具有自主知识产权， 能够替代超高强度钢并用于航空大型结构件的新型高强高韧钛合金得到世界各国的重视。 高强高韧钛合金一般指抗拉强度在1000MPa 以上，断裂韧性在55MPa ·m 1/2以上的钛合金。表1为几种典型高强钛合金的概况，其中国外的高强高
种植牙根（种植体）材料 一、种植牙与种植体相关概念 假牙主要分为活动假牙、固定假牙和种植牙三类。 （ａ）活动假牙（ｂ）固定假牙（ｃ）种植牙 图１假牙分类 种植牙已经广泛地应用于牙列缺损、缺失的修复。种植牙主要结构由牙冠和种植体组成， 如图2所示。 图２种植牙结构 1.种植体结构 种植体是植人骨组织内的结构，起到天然牙龈的作用支持、传导、分散颌力。种植 体又称为牙种植体，还称为人工牙根。是通过外科手术的方式将其植入人体缺牙部位的上下 颌骨内，待其手术伤口愈合后，在其上部安装修复假牙的装置。种植体由三部分构成（图3）：
1)体部:种植体体部是种植义齿植入组织内，获得支持、固位、稳定的部分。 2)颈部:种植体颈部是种植体穿牙槽靖顶勃骨膜处的较窄部分.它将种植体体部与基桩相连。 3)基桩:种植体基桩是种植体露在勃膜外的部分.它将上部结构与种植体体部相接，为上部结构提供固位、支持和稳定。 （ａ）
（ｂ） 图3种植体结构 2.种植体类型 按形态结构分类:圆柱状种植体、叶状种植体、螺旋状种植体、基架式种植体、穿下颇 骨种植体、下领支支架种植体、其他种植体(图4)按种植体结构分类:一段式种植体、二段式种植体。 图4种植体种类
二、种植体材料性能与成分 1.种植材料性能要求 理想的口腔种植材料应具备以下性能： (1)良好的生物学性能 ①组织相容性，指材料植入后与机体软、硬组织及体液接触时，具有良好的亲和关系。 ②生物力学相容性，硬组织及体液接触时，材料的力学性能(弹性模量等参数)与骨组织相近，以避免种植体受力时在与骨组织的界面上形成过大应力集中。 (2)良好的机械性能 种植技术是建立在近代机械加工的发展基础之上的。良好的加工性能才能满足形态设计 的需要，咬合是牙的基本功能，种植体能够承载静态和动态咀嚼咬合力，不致在漫长的使用过程中发生折断、变形、磨损。 (3)良好的加工成形性能 临床上大量使用外形尺寸一致，表面加工精细的标准化种植体，有时也针对个体解剖形 态特点用种植材料个别制作，以恢复缺损的硬组织。 (4)良好的耐消毒灭菌性能 种植体在植入前必须严格地施行消毒灭菌，因此要求所用的种植材料不会因高压、高温、各种消毒液体和气体的浸泡熏蒸、紫外线和γ射线照射等处理而发生变性，又不会滞存残量消毒物质，以保证种植手术的安全和成功 2.种植材料的种类 （1）金属材料:如钦及其合金。 （2）陶瓷材料:如氧化铝陶瓷、玻璃陶瓷等。 （3）碳素材料:如玻璃碳等。 （4）复合材料:如陶瓷与金属复合体。
钛及钛合金力学性能 ，物理性能，以及相关介绍等 一。以下是个人对外六角螺栓和内六角螺栓使用情况的一点小总结，请参考俺的个人观点： 1。内六角的螺栓,适用于结构空间小,或者要求上平面是平面的情况下。 结构空间小，活动扳手占空间大,所以不能用，只能使用内六角螺栓，方便装卸。 产品要求安装后上平面是平面的情况下，主要适用于精密仪器/设备，一些设备要求安装后平面度的，或者要求整体产品外观良好，或者要求产品安装后上平面必须平，以此来避免挡碍的情况下需要使用内六角螺栓。 2。其他情况下，均建议用外六角螺栓。 3。从成本上考虑，用外六角螺栓，从外观效果上考虑，用内六角螺栓。 4。我们单位一般情况下，将内六角螺栓翻译为内六角螺钉，呵呵，请大家参考，也就是说一般意义上的内六角螺栓=内六角螺钉。当然，德标DIN和ISO 的标准正规些。 现在市场上的该类紧固件都在努力向DIN和ISO标准上靠拢。 二。钛及钛合金 钛及钛合金是导弹上重要结构材料之一。钛的密度为.507g/cm3,介于铝、铁之间。钛的熔点为1668℃比铁的熔点还高，能在高温下工作，耐热性能远超过铝。钛在含氧环境中易形成一层薄而坚固的氧化物薄膜。这层膜和基体结合牢固致密，破坏后还能自愈合，从而起到保护作用。 a.型钛合金
这类合金不能通过热处理强化，一般在退火状态下应用。它的特点是具有良好的耐热性和组织稳定性，低温性能优于其它类型钛合金。缺点是对变形抗力大，常温下强度不够高。 这类合金的牌号有TA1，…，TA7，TA8，其中TA1～TA3为工业纯钛； TA4，TA5，TA6属Ti-Al二元合金；TA4用作焊丝；TA5、TA6可用于一般结构件或耐蚀结构件；TA7是常用的典型型合金。 b.型钛合金 这类合金可通过淬火和时效得到强化，其优点是固溶处理状态下塑性很好，易加工成形，在时效状态下强度高。缺点是弹性模量低，耐热性差，焊接性能差，低温塑性不如型合金。 常用牌号为TB2，它可用于整体式固体火箭—冲压发动机的燃气发生器。 c.（+）型钛合金 这类合金的中国产品的牌号有TC1，…，TC4，…，TC10等品种，其中TC1和TC2为低强钛合金，TC3、TC4为中强钛合金，TC10属高强钛合金，TC6，TC9和TC11则属高强耐热钛合金。这类合金兼备钛合金和钛合金的优点。导弹上使用最多的是TC4（Ti-6Al-4V）钛合金，导弹上广泛的采用TC4钛合金制作高压气瓶，受力较大的杆式焊接支架，舵轴以及在较高热环境下工作的结构件，也可用作固体发动机壳体，压气机盘，叶片等。 (3)结构复合材料 复合材料是由两种或两种以上的性状不同的材料经选择、设计、成型而得到的一种宏观多相新材料。其组分可包括金属、非金属等各种材料，按作用又可分为基体材料和增强材料两部分。 三。钛及钛合金力学性能 牌号室温力学性能，不小于高温力学性能，不小于 抗拉强度σbMPa屈服强度σ0.2