CN107354335A - 一种用于制备生物医用开孔泡沫锌材料的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于制备生物医用开孔泡沫锌材料的方法及装置，其方法包括如下步骤：首先将粒径均匀的球形氯化钙颗粒进行烧结，得到氯化钙预制体；将金属锌置于氯化钙预制体上，置于真空渗流装置中加热升温，同时开启真空泵和真空阀门抽真空；完全液封后，关闭真空泵和真空阀门；当达到渗流温度后保温，之后打开加压阀门进行渗流铸造，得到锌‑氯化钙复合体；待复合体凝固后，用水溶除去氯化钙颗粒，即得到开孔泡沫锌材料。该方法制备的开孔泡沫锌材料孔隙分布均匀，孔隙率可调，孔径尺寸及其分布可控，孔隙间贯通性好，同时可制备具有梯度结构的开孔泡沫锌材料，适用于骨组织工程支架材料。本发明的装置解决了现有装置渗流不足，渗流过度等技术问题。

Description

一种用于制备生物医用开孔泡沫锌材料的方法和装置

技术领域

本发明属于生物医用材料制备技术领域，具体涉及一种用于制备生物医用开孔泡沫锌材料的方法和装置。

背景技术

医用金属材料作为人体硬组织修复及替换材料已得到广泛的应用。但是临床研究发现医用金属材料与骨的弹性模量不匹配，植入后产生“应力屏蔽”现象，导致植入体的松动或断裂。其次，尽管某些医用金属材料具有良好的生物相容性，但它们仍属于生物惰性材料，植入后难以与硬组织形成直接的结合，容易发生松动，导致植入失败。为了解决上述问题，学者们提出了在医用金属材料中引入孔隙的方法，将其制成多孔金属材料。孔隙的存在对材料的性能有以下几个方面的改善：多孔金属材料的密度、强度和弹性模量可以通过对孔径大小和孔隙率的调整来达到生物力学相容，从而可以减轻或消除应力遮挡现象；并且，特有的多孔结构及粗糙的内外表面有利于成骨细胞的黏附增殖和分化，促使新骨组织长入孔隙，使植入体同骨之间形成生物固定；另外，三维连通的孔结构能够使体液和营养物质在植入体中传输，促进组织再生与重建，加快愈合过程。

目前，可作为骨组织修复与替换的多孔金属材料主要有多孔Ti及Ti合金、多孔钽等。但人体对金属材料植入物的功能需求在一些情况下只是暂时的，例如骨科钢板、螺钉材料、血管支架等，往往需要行二次手术取出。此外，金属植入物长期存植入骨骼会产生应力遮挡效应，影响骨骼生长发育。鉴于上述原因，近年来，国内外研究人员对医用可降解金属材料进行研究和开发，目前对于可降解金属生物材料的研究主要集中在镁及镁合金，但镁在人体内降解速率较快，往往难以达到要求。与可降解镁合金体内降解机理类似，锌及锌合金在生物体内也可以降解，相对于镁及其合金而言，锌及锌合金降解速率相对缓慢，能在体内发挥足够长的时间，更适宜作为需要降解速率较低的骨组织工程支架材料，因而成为最近的研究热点，但是采用常规方法制备出的泡沫金属一般为多角形孔，孔的形状不规则，使其的使用受到限制。

对于多孔金属材料，制备方法决定了其多孔结构，进而影响了其他性能。烧结法广泛应用于多孔金属材料的制备，这种技术具有明显的缺点：孔结构贯通性较差；孔隙度普遍较低；材料尺寸和形状受到制备设备的限制。相比之下，渗流铸造法是通过对预制体的“反向复制”而得到所需的开孔泡沫金属，可以通过改变预制体制备工艺，实现对开孔泡沫金属孔洞的形状、尺寸及其分布的控制，制备工艺简便灵活，获得的多孔金属材料孔隙结构均匀，贯通性好。但是传统的渗流铸造法存在渗流不足、渗流过度和中间缺陷等固有的缺陷问题，并且通常选用工业盐氯化钠颗粒作为预制体烧结材料，最终获得的多孔金属材料孔隙为多角形，其内部结构非常复杂，性能的可再现性和可重复性不好；并且多孔金属材料孔隙的连通性不好，很容易形成闭孔缺陷，导致孔隙中的氯化钠颗粒无法溶解，长时间会对其产生严重的腐蚀，最终影响材料的质量。

此外，如何解决孔隙率与抗压强度等力学性能之间的矛盾已成为生物医用金属材料研究的重要方向。目前，解决这一矛盾的方法主要有两类，一类是通过改变其组成，如通过添加稀土来改善力学性能。另一类就是通过设计合理的几何结构，通过制备具有梯度结构的多孔金属来实现，如利用激光近形成形法制备具有梯度孔隙率的多孔钛来降低其刚度，使其达到与人类皮质骨相匹配的弹性模量。但其加工出来的孔横向贯通性较差，且孔壁不含微孔，不利于材料与骨组织的结合。也有学者通过定向冷冻铸造成形的方式来实现梯度结构，得到外部疏松，内部致密的梯度多孔钛，然而，该方法制备的多孔钛孔径太小，且工艺复杂，效率低下。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为了解决现有技术的上述问题，本发明提供一种用于制备生物医用开孔泡沫锌材料的方法及装置，所述方法制备的开孔泡沫锌材料可作为用于骨组织工程支架材料，其孔隙分布均匀，孔隙率可调，孔径尺寸及其分布可控，孔隙间贯通性好，其装置解决了现有装置渗流不足，渗流过度等技术问题。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

一种用于制备生物医用开孔泡沫锌材料的方法，包括如下步骤：

S1、取球形氯化钙颗粒，烧结结合制备一开孔多孔氯化钙预制体；

S2、将所述步骤S1获得的氯化钙预制体置于密封装置中，将金属锌或锌合金覆盖于所述氯化钙预制体上，内部真空度维持在-0.09～-0.098MPa，逐渐升温使所述金属锌及锌合金材料融化；

S3、在熔融金属锌或锌合金在预制体上部实现完全液封后，关闭真空；

S4、在550℃～650℃保温10分钟～30分钟，对所述密封装置内部加压，在渗流压力下进行渗流铸造，渗流完毕后形成锌-氯化钙复合体；

S5、待所述锌-氯化钙复合体凝固后，除去球形氯化钙颗粒，获得球形孔开孔泡沫锌。

如上所述的制备方法，优选地，所述步骤S1中球形氯化钙颗粒的粒径为0.3mm～5.0mm。

如上所述的方法，优选地，所述步骤S1中烧结结合制备一开孔多孔氯化钙预制体包括：将所述氯化钙颗粒装到模具内，在所述氯化钙颗粒上施加压力，加热烧结，所述烧结温度为600℃～720℃，所述烧结时间为2小时～10小时，之后随炉冷却得到开孔多孔氯化钙预制体。

其中，烧结时间和施加的压力可根据对产品孔隙率的要求而定，模具可采用刚玉坩埚，氯化钙颗粒上施加的压力为0.1kg～0.8kg的重物压力，颗粒越大压重越大。

如上所述的方法，优选地，所述步骤S1中将不同粒径的氯化钙颗粒分层装到模具内，制备出具有梯度结构的开孔多孔氯化钙预制体。

如上所述的方法，优选地，所述步骤S4中，对密封装置内部加压用惰性气体加压，所述渗流压力为0.1Mpa～1.0Mpa。

如上所述的方法，优选地，所述步骤S2中的密封装置包括电阻加热炉、导气管、用于制备多孔材料的模具和铸造室，其中，所述铸造室置于所述电阻加热炉的空腔内，所述导气管为T字形连通的管道，其下端穿过所述电阻加热炉连通所述铸造室，所述导气管的左右两端分别连接有惰性气体高压瓶和真空泵；所述用于制备多孔材料的模具置于所述铸造室内，所述惰性气体高压瓶和真空泵均设有压力表。

进一步，所述铸造室包括铸造室筒盖和铸造室筒壁，所述铸造室筒盖和铸造室筒壁之间由螺栓固定连接，所述导气管的下端连通所述铸造室筒盖，所述铸造室筒盖和铸造室筒壁之间设有密封垫圈，在所述导气管上靠近所述惰性气体高压瓶的一端设有加压阀门，靠近所述真空泵的另一端设有真空阀门。

一种用于制备生物医用开孔泡沫金属材料的装置，其包括电阻加热炉、导气管、用于制备多孔材料的模具和铸造室，其中，所述铸造室置于所述电阻加热炉的空腔内，所述导气管为T字形连通的管道，其下端穿过所述电阻加热炉连通所述铸造室，所述导气管的左右两端分别连接有惰性气体高压瓶和真空泵；所述用于制备多孔材料的模具置于所述铸造室内，所述惰性气体高压瓶和真空泵均设有压力表。

如上所述的装置，优选地，所述铸造室包括铸造室筒盖和铸造室筒壁，所述铸造室筒盖和铸造室筒壁之间由螺栓固定连接，所述导气管的下端连通所述铸造室筒盖，所述铸造室筒盖和铸造室筒壁之间设有密封垫圈。

如上所述的装置，优选地，在所述导气管上靠近所述惰性气体高压瓶的一端设有加压阀门，靠近所述真空泵的另一端设有真空阀门。

如上所述的装置，优选地，所述电阻加热炉包括朝向所述铸造室筒壁外周均匀加热的加热装置。

如上所述的装置，优选地，所述加热装置包括多条沿铸造室筒壁轴向均匀间隔布置的环形加热元件，或者包括一条围绕铸造室筒壁均匀布置的螺旋形加热元件。

(三)有益效果

本发明的有益效果是：

1.本发明的制备方法，工艺简单，操作方便，解决了现有常规方法中存在渗流不足、渗流过度和中间缺陷等技术缺陷问题。采用本发明方法制备的开孔泡沫锌材料孔形状为球形，性能的可重复性和再现性好，无闭孔缺陷，孔隙的连通性好，孔径尺寸及其分布可控。

2.本发明采用氯化钙颗粒通过高温烧结方式来制备具有三维贯通结构的开孔氯化钙预制体，再采用真空加压渗流方式保证金属液完全填充预制体从而得到锌-氯化钙复合体。因此，该预制体的结构特征就直接成为了开孔泡沫锌材料的孔隙特征。

3.本发明可以通过选取不同尺寸的氯化钙颗粒、采用不同的烧结温度和时间以及采用不同的压重来调控开孔氯化钙预制体的孔隙特征，最终获得孔径尺寸及其分布可控，孔隙分布均匀，孔隙率可调，孔隙间贯通性好的开孔泡沫锌材料。

4.本发明可以采用按序堆积不同粒径的球形氯化钙颗粒的方式制备具有梯度结构的开孔多孔氯化钙预制体，最终可以制备出具有梯度结构的开孔泡沫锌，其孔径大小可成梯度排列，降低其刚度，同时保证所需孔隙率，有效改善了材料性能。

5.本发明采用的球形氯化钙是一种工业制品，成本低廉，常用作干燥剂和道路融冰剂。20℃时氯化钙在水中的溶解度为74.5g，远大于氯化钠在水中的溶解度(20℃时为36g)，与常规方法采用的氯化钠相比，氯化钙在最终水溶的过程中更易于溶解，不易形成残留，提高了生产效率和产品质量。

6.本发明制备的生物医用开孔泡沫锌材料生物相容性优良，开孔泡沫锌材料的力学性能与人骨力学性能相匹配，并且三维连通的开孔结构能够使体液和营养物质在植入体中传输，促进组织再生与重建，加快愈合过程。

7.本发明提供的用于制备生物医用开孔泡沫金属材料的装置，有效解决了现有渗流装置出现的渗流不足、渗流过度或制备过程难以控制等缺陷，其装置简单加工程度低，便于制造，成本低，使用操作简单，方便，不需要较高的技术人员均可进行操作。

附图说明

图1为本发明一优选地真空渗流装置的剖面图；

图2为本发明中实施例3-5中制备的开孔泡沫锌材料的结果图；

图3为本发明中实施例3中制备的开孔泡沫锌材扫描电镜图；

图4为本发明中实施例4中获得的不同孔隙率的泡沫锌压缩应力应变曲线图；

图5为本发明中实施例6中制备的开孔泡沫锌材料的结果图。

【附图标记说明】

1：电阻加热炉；

2：用于制备多孔材料的模具；

3：导气管；

4：筒盖；

5：筒壁；

6：螺栓；

7：加压阀门；

8：真空阀门；

9：预制体；

10：金属锌；

1-1：加热元件。

具体实施方式

为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述，其中，所述的方法及试剂未特别声明均采用本技术领域中常规方法及市售试剂。

实施例1

本发明中设计的真空渗流装置，可用于制备开孔泡沫金属材料，其结构示意图如图1所示，包括电阻加热炉1、铸造室、用于制备多孔材料的模具2、导气管3，其中，铸造室置于电阻加热炉1的空腔内，铸造室包括筒盖4和筒壁5，筒盖4和筒壁5之间由螺栓6固定连接，导气管3为T字形连通的管道，其下端穿过电阻加热炉1连通铸造室，导气管的左右两端分别连接有用于为铸造室提供渗流压力的惰性气体高压瓶和用于抽真空装置的真空泵；将用于制备多孔材料的模具置于铸造室内，在惰性气体高压瓶出气口处设有压力表，也可以在惰性气体高压瓶与导流管之间设有压力表，用于控制渗流压力；惰性气体高压瓶为铸造室内提供一种惰性气体的渗流压力，真空泵是铸造室内提供负压环境，其真空泵带有压力表，用于显示所抽环境的真空度。

为了进一步便于控制铸造室内渗流压力与真空度，在导气管3上靠近惰性气体高压瓶的一端设有加压阀门7，打开加压阀门7时，惰性气体高压瓶将与铸造室内连通可为铸造室提供渗流压力，有利于用于制备多孔材料的模具的金属溶液渗入预制体中；在导气管3上靠近真空泵的另一端设有真空阀门8。加压阀门7与真空阀门8的设置使铸造室内加有渗流压力和能够形成抽真空密闭的腔体，有效保证铸造室内的渗流压力与真空度。

电阻加热炉可为朝向所述铸造室筒壁外周均匀加热的加热装置，进一步地，加热装置为沿铸造室筒壁轴向均匀间隔布置的多条环形加热元件1-1，加热装置也可设为一条围绕铸造室筒壁均匀布置的螺旋形加热元件，加热元件可电炉丝或电路条。多条环形加热元件或螺旋形加热元件使铸造室内加热均匀，有效保证金属块熔化。

用于制备多孔材料的模具可根据需要制成所需要多孔材料的形状，设计模具的形状。本申请中采用的模具采用刚玉坩埚，本发明的真空渗流装置在使用前，如图1中所示，将预制体9置于将用于制备多孔材料的模具中，预制体上方放置金属锌10或锌合金材料或其它金属材料，将刚玉坩埚置于铸造室筒壁5中，盖上筒盖4，采用螺栓6固定连接筒壁5与筒盖4，为了使铸造室内的密封性更加优越，筒壁与筒盖之间还设有密封垫圈，密封垫圈为铜垫圈。其中，筒壁材料，筒盖材料与导气管均是耐热不锈钢或45#钢材料，导气管的下端与筒盖是直接焊接在一起，导气管的两端分别与真空泵和惰性气体高压瓶的连接是用不锈钢螺纹管连接，真空泵和惰性气体高压瓶分别带有压力表，用于测量铸造室内真空度与进入铸造室惰性气体的压力；其中，真空泵可采用藤原真空泵工作站进行抽真空，惰性气体高压瓶的惰性气体可采用氮气或氩气高压瓶等。

一般制备的预制体为具有多孔毛细结构的复杂铸型。若按照常规重力铸造过程，金属液在填料颗粒之间的细孔中渗流时，由于液体表面张力、金属液与模具表面及金属液内部之间的摩擦的存在会产生较大的充型阻力，仅靠重力作用难以充型完全。适当提高渗流温度以提高金属液的流动性，或者通过加压渗流的方式均能提高金属液的充型能力，但若铸型中存在大量气体无法排出时，仍无法实现较好的充型效果。因此在渗流铸造过程中，保持预制体内部处于负压状态，是保证充型过程能够顺利进行的必要条件，只有在一定的负压下，锌液才能顺利的渗入到多孔铸型中，最终获得结构完整的开孔泡沫锌。真空度不仅影响充型能否顺利进行，也影响着最后泡沫锌的成型质量和孔隙结构参数。本发明人通过大量实验研究发现，真空度会影响制备的金属材料的孔隙率及通孔率大小，因为真空度大小会影响金属液在预制体颗粒之间孔隙的充满程度，真空度越大，充满程度越大，孔隙率和通孔率随之都减小，反之亦然。另外，真空度的大小影响着金属液渗流的速度。过低的真空度对充型辅助作用过小，渗流速度较低，可能影响到充型的完整性。而过大，同样可能发生过充型情况，同样得不到完整的材料。本发明中选择真空度为-0.090MPa～-0.098MPa。

传统渗流铸造制备开孔泡沫金属工艺中，其真空负压是升液的作用(即在负压作用下使熔体从下往上运行)，真空度控制不当容易使得制备出的样品出现各种缺陷，当真空度选择过小时容易出现渗流不足，真空度选择过大时易出现渗流过度等缺陷。而本发明的装置与现有技术中真空渗流装置不同，采用原理也不同，本发明装置在使用过程中制备开孔泡沫金属材料时，先进行抽真空，将预制体中的空气都排出，使预制体处于负压状态，之后进行加热熔化金属材料，金属材料与预制体在同一容器中，熔化的金属熔液使预制体完全覆盖，就是将预制体完全液封，在预制体内部负压，并在外加压力即渗流压力作用金属熔液渗入预制体内，可将金属熔液完全渗入预制体内进行渗流铸造。避免出现渗流不足、渗流过度和中间存有结晶等缺陷，可见，本发明的真空渗流铸造装置可以有效的解决现有技术中渗流不足、渗流过度和中间缺陷等固有的缺陷的技术问题。

本发明的真空渗流装置的使用可直接用于预制体的烧结，将球形氯化钙颗粒装到模具内，在颗粒上加上重物进行加压，用螺栓将筒壁与筒盖密封连接，关闭导流管上边左右两端的加压阀门与真空阀门，关闭电阻加热炉的门，进行加热烧结；烧结完成之后，随炉冷却得到开孔多孔氯化钙预制体，打开电阻加热炉的门，打开螺栓将筒盖取下，取下重物，放入金属锌或锌合金材料或其它金属材料于预制体上，再用螺栓和铜垫圈将筒体与筒盖密封连接，用不锈钢螺纹管把导气管左右两端分别与抽真空***的真空泵和加压***的惰性气体高压瓶连接。最后再放入电阻加热炉中进行真空渗流；完成真空渗流之后，随炉冷却后，先把真空泵和惰性气体高压瓶拆卸下来，再打开加压阀门或真空阀门与空气连通进行泄压。

实施例2

制备生物医用开孔泡沫锌材料，采用实施例1中所述的真空渗流装置，具体制备方法包括如下步骤：

(1)、将球形氯化钙经不同孔径的筛网进行筛分，选取粒径为0.5mm的球形氯化钙颗粒待用；

(2)、将上述粒径的球形氯化钙颗粒装到模具内，加热烧结，烧结温度为600℃，恒温烧结时间为2小时，同时在颗粒上施加0.1kg的压力，之后随炉冷却得到开孔多孔氯化钙预制体；

其中，在颗粒上施加压力是根据所要求制备的产品孔隙率的要求确定；

(3)、将金属锌或锌合金材料置于预制体上，装配好真空渗流装置即将筒盖盖上，用螺栓紧固，关闭加压阀门和真空阀门进行密封，加热升温，同时打开真空泵和真空阀门抽真空使内部真空度维持在-0.09～-0.098MPa；

(4)、升温使金属锌及锌合金材料完全熔化，待熔融金属液在预制体上部实现完全液封后，关闭真空泵和真空阀门；

根据大量实验的经验得出：因锌的熔点是420℃左右，所以缓慢升温到500-550℃时认为锌材料熔化实现液封，也就是快到达渗流温度时就可以关闭真空；如果采用不同的锌合金材料，也就当升温到渗流温度即可认为锌合金材料完全熔化，且熔融金属液在预制体上部也实现完全液封，就可关闭真空泵和真空阀门；

(5)、当达到渗流温度650℃后保温10～30分钟，然后打开加压阀门，打开惰性气体高压瓶，使渗流压力为1.0MPa，进行渗流铸造，加压渗流5min之后，即渗流完毕，关闭加压阀门，形成锌-氯化钙复合体；

(6)、待复合体凝固后，用水溶除去球形氯化钙颗粒，即得到球形孔开孔泡沫锌。

实施例3

与实施例2的不同之处在于，(1)选取粒径为2mm的球形氯化钙颗；(2)烧结温度为650℃，恒温烧结时间为4小时，施加压力为0.3kg的重物压力；(5)渗流温度620℃，渗流压力为0.7Mpa。

实施例4

与实施例2的不同之处在于，(1)选取粒径为3mm的球形氯化钙颗；(2)烧结温度为670℃，恒温烧结时间为6小时，施加压力为0.5kg的重物压力；(5)渗流温度600℃，渗流压力为0.5Mpa。

实施例5

与实施例2的不同之处在于，(1)选取粒径为4mm的球形氯化钙颗；(2)烧结温度为700℃，恒温烧结时间为7小时，施加压力为0.8kg的重物压力；(5)渗流温度570℃，渗流压力为0.3Mpa。

对实施例3-5分别进行三次试验，对获得的开孔泡沫锌的进行测定，具体在实验中将样品经线切割成Φ40×30mm的圆柱体，基于流体静力学法(测定多孔金属试样排开水的体积，即为多孔金属的实体体积和闭孔体积之和(水可以填满多孔金属试样中的开孔部分))，测量多孔金属试样的开孔孔隙率；采用直接测量体积和质量的方法测定多孔样品的总孔隙率。具体计算模型如下：

开孔孔隙率：总孔隙率：

式中：m——为样品的质量(g)；ν——为样品的表观体积(cm³)；

ρ——为金属的密度(g/cm³)；ν_实+闭——为实体体积和闭孔体积之和(cm³)；

多孔材料的的压缩性能测试在Instron5843型万能试验机上进行，加载速度为1mm/min，测试温度为室温。

物理参数的测定结果见表1，压缩性能参数的测定结果见表2，其中编号为1-1、1-2、1-3分别为实施例3的平行试验，编号为2-1、2-2、2-3分别为实施例4的平行试验，编号为3-1、3-2、3-3分别为实施例5的平行试验。

表1实施例3-5中所获得的开孔泡沫锌材料的物理参数

本发明制备的开孔泡沫锌的孔隙率在59％～70％之间，松质骨的孔隙率约为40％～90％，可以看出真空渗流铸造制备的开孔多孔锌的孔隙率与人体骨骼松质骨的孔隙率匹配程度较高，并且还可以通过对工艺参数的调整达到特定部位骨骼孔隙率的要求。如尤其对于1-3、2-3、3-3这三组的开孔孔隙率高，孔的连通性好，闭孔缺陷非常少。

表2开孔泡沫锌材料的压缩性能参数

上述结果说明三种孔径的开孔泡沫锌材料的弹性模量分为0.4GPa～0.7GPa、0.5GPa～0.9GPa和1.6GPa～2.1GPa之间，抗压强度分别为6.3MPa～8.6MPa、6.7MPa～13.0MPa和11.3MPa～14.8MPa之间，高于人骨松质骨的抗压强度，弹性模量与人骨的弹性模量相匹配，符合松质骨的要求(人骨松质骨的抗压强度为0.3MPa～1.5MPa，弹性模量为1GPa～2GPa)。

对实施例3-5制备的开孔泡沫锌材料，结果如图2所示，其中A、B、C分别为实施例3-5制备的开孔泡沫锌材料的俯视图，a、b、c分别为实施例3-5制备的开孔泡沫锌材料的立体图，从图中也可看出孔径分别为2.0mm、3.0mm、4.0mm，孔隙分布均匀，孔隙间贯通性好，孔隙可根据氯化钙颗粒粒径的大小进行调节，孔隙率可根据预制体的制备技术来调节，如采用所压重物的大小来调节。

其中，对实施例3制备的开孔泡沫锌材料的孔结构进行电镜扫描分析，其SEM照片如图3所示，从图中可以看出孔隙连通性较好，孔隙率和开孔孔隙率较高，力学性能也较好。

对于实施例4中孔径为3.0mm的3-1、3-2、3-3这三种不同空隙率的泡沫锌压缩应力应变曲线如图4所示，其中横坐标为应变，纵坐标是应力，从图中可以看出，制备的泡沫锌呈现典型的塑性泡沫特征。

实施例6

与实施例2的不同之处在于，(1)选取粒径分别在4mm、3mm、2mm的球形氯化钙颗；(2)将一定量的粒径为4mm的球形氯化钙颗粒装到模具内作为底层，再在底层上装入一定量的粒径为3mm的球形氯化钙颗粒作为中间层，最后将一定量的粒径为2mm的球形氯化钙装在中间层上方作为顶层；烧结温度为680℃，恒温烧结时间为5小时，施加压力为0.6kg的重物压力；(5)渗流温度620℃，渗流压力为0.7Mpa；(6)获得具有梯度结构的球形孔开孔泡沫锌，孔径大小成梯度排列，结果如图5所示，顶层孔径为2.0mm，中间层孔径为3.0mm，底层孔径为4.0mm，改善材料性能。

实施例7

本实施例是制备开孔泡沫锌材料的孔径为5mm，具体方法不同于实施例2中的是：(1)选取粒径为5mm的球形氯化钙颗；(2)烧结温度为720℃，恒温烧结时间为10小时，施加压力为0.8kg的重物压力；(5)渗流温度550℃，渗流压力为0.1Mpa。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明做其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于制备生物医用开孔泡沫锌材料的方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、取球形氯化钙颗粒，烧结结合制备一开孔多孔氯化钙预制体；

S2、将所述步骤S1获得的氯化钙预制体置于密封装置中，将金属锌或锌合金置于所述氯化钙预制体上，内部真空度维持在-0.09～-0.098MPa，逐渐升温使所述金属锌及锌合金材料融化；

S3、在熔融金属锌或锌合金在所述氯化钙预制体上部实现完全液封后，关闭真空；

S4、在550℃～650℃保温10分钟～30分钟，对所述密封装置内部加压在渗流压力下进行渗流铸造，渗流完毕后形成锌-氯化钙复合体；

S5、待所述锌-氯化钙复合体凝固后，除去球形氯化钙颗粒，获得球形孔开孔泡沫锌。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S1中球形氯化钙颗粒的粒径为0.3mm～5.0mm。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S1中烧结结合制备一开孔多孔氯化钙预制体包括：将所述氯化钙颗粒装到模具内，在所述氯化钙颗粒上施加压力，加热烧结，所述烧结温度为600℃～720℃，所述烧结时间为2小时～10小时，之后随炉冷却得到开孔多孔氯化钙预制体。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤S1中将不同粒径的氯化钙颗粒分层装到模具内，制备出具有梯度结构的开孔多孔氯化钙预制体。

5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤S4中，对密封装置内部加压用惰性气体加压，所述渗流压力为0.1Mpa～1.0Mpa。

6.一种用于制备生物医用开孔泡沫金属材料的装置，其特征在于，其包括电阻加热炉、导气管、用于制备多孔材料的模具和铸造室，其中，所述铸造室置于所述电阻加热炉的空腔内，所述导气管为T字形连通的管道，其下端穿过所述电阻加热炉连通所述铸造室，所述导气管的左右两端分别连接有惰性气体高压瓶和真空泵；所述用于制备多孔材料的模具置于所述铸造室内，所述惰性气体高压瓶和真空泵均设有压力表。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述铸造室包括铸造室筒盖和铸造室筒壁，所述铸造室筒盖和铸造室筒壁之间由螺栓固定连接，所述导气管的下端连通所述铸造室筒盖，所述铸造室筒盖和铸造室筒壁之间设有密封垫圈。

8.如权利要求6所述的装置，其特征在于，在所述导气管上靠近所述惰性气体高压瓶的一端设有加压阀门，靠近所述真空泵的另一端设有真空阀门。

9.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述电阻加热炉包括朝向所述铸造室筒壁外周均匀加热的加热装置。

10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述加热装置包括多条沿铸造室筒壁轴向均匀间隔布置的环形加热元件，或者包括一条围绕铸造室筒壁均匀布置的螺旋形加热元件。