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，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也被用來制作人工關(guān)節(jié)等生物硬組織替代材料。
　　 本文采用樹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，通過實驗研究了碳/碳復(fù)合材料的致密化規(guī)律，并測試了材料的抗彎強度、抗壓強度、彈性模量等主要力學(xué)性能指標和摩擦磨損性能。實驗發(fā)現(xiàn)，自制的

2、碳/碳復(fù)合材料樣品的主要力學(xué)性能指標能夠接近一些國外剎車盤碳/碳材料樣品。
　　 實驗結(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，針刺預(yù)制體由于內(nèi)部存在更多的浸漬擴散通道，因而比三維細編結(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。通過材料的彎曲實驗和壓縮實驗我們可知碳/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。材料的摩擦磨損實驗表明碳/碳復(fù)合材料具有優(yōu)異的摩擦磨損性能，對于針刺結(jié)構(gòu)的碳/碳材料，制備時的工藝參數(shù)對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。同時還發(fā)現(xiàn)，三維細編結(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