人工指關(guān)節(jié)用碳-碳復(fù)合材料制備及其性能的研究.pdf

1、碳/碳復(fù)合材料因密度低、比強(qiáng)度高、摩擦磨損性能好以及出色的高溫力學(xué)性能，主要被人們用作航空航天高溫結(jié)構(gòu)材料。近年來(lái)，由于其具有與人骨接近的彈性模量和良好的生物相容性等特點(diǎn)也被用來(lái)制作人工關(guān)節(jié)等生物硬組織替代材料。
　　 本文采用樹(shù)脂液相浸漬法在不同的工藝條件下制備出用于人工指關(guān)節(jié)的碳/碳復(fù)合材料，通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究了碳/碳復(fù)合材料的致密化規(guī)律，并測(cè)試了材料的抗彎強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、彈性模量等主要力學(xué)性能指標(biāo)和摩擦磨損性能。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，自制的

2、碳/碳復(fù)合材料樣品的主要力學(xué)性能指標(biāo)能夠接近一些國(guó)外剎車盤碳/碳材料樣品。
　　 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，隨著碳/碳復(fù)合材料致密化循環(huán)次數(shù)的增加，材料的密度逐漸增大，氣孔率和致密化效率逐漸降低。同時(shí)，針刺預(yù)制體由于內(nèi)部存在更多的浸漬擴(kuò)散通道，因而比三維細(xì)編結(jié)構(gòu)的預(yù)制體具有更高的致密化效率，但是最終制品的密度并不高。通過(guò)材料的彎曲實(shí)驗(yàn)和壓縮實(shí)驗(yàn)我們可知碳/碳復(fù)合材料具有比一般金屬材料低得多的彈性模量，1200℃下碳化的試樣比800℃和100

3、0℃碳化的試樣的彎曲強(qiáng)度更高。碳/碳復(fù)合材料的斷裂呈現(xiàn)出假塑性和脆性兩種不同的斷裂方式，材料究竟以何種方式斷裂則取決于碳纖維與基體之間的結(jié)合狀況。材料的摩擦磨損實(shí)驗(yàn)表明碳/碳復(fù)合材料具有優(yōu)異的摩擦磨損性能，對(duì)于針刺結(jié)構(gòu)的碳/碳材料，制備時(shí)的工藝參數(shù)對(duì)材料的摩擦磨損性能也有一定程度的影響，比如隨著碳化溫度的升高，試樣的磨損體積逐漸增大，質(zhì)量磨損率卻逐漸減小。同時(shí)還發(fā)現(xiàn)，三維細(xì)編結(jié)構(gòu)的碳/碳試樣比針刺的試樣具有更低的磨損體積、質(zhì)量磨損率和摩