低溫各向同性熱解炭的結(jié)構(gòu)和性能變化研究.pdf

1、人工機(jī)械心瓣是一種能夠?qū)崿F(xiàn)天然心臟瓣膜功能，代替出現(xiàn)病變心瓣的人工器官，它主要是由各向同性熱解炭材料制成。各向同性熱解炭是采用流化床化學(xué)氣相沉積法制備的，由于其在人體生理環(huán)境中具有良好的抗血凝性能、生物相容性以及優(yōu)良的力學(xué)性能，是目前公認(rèn)最好的用于制造人工機(jī)械心瓣的材料。密度、硬度和孔隙結(jié)構(gòu)是熱解炭材料的重要參數(shù)，它們直接影響材料的耐磨性、楊氏模量、斷裂強(qiáng)度等機(jī)械性能。
　　本文綜合考慮了熱解炭沉積的影響因素，利用流化床化學(xué)氣相沉

2、積工藝，在不同沉積溫度和丙烷氣體濃度條件下制備出低溫各向同性熱解炭材料，利用密度計(jì)測(cè)量試樣密度，利用掃描電鏡觀察試樣自然斷面形貌，利用透射電鏡觀察試樣的微觀結(jié)構(gòu)，利用壓汞儀測(cè)量高密度低溫各向同性熱解炭的孔隙結(jié)構(gòu)，利用顯微硬度計(jì)測(cè)量所制備的熱解炭試樣的顯微硬度。結(jié)合以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果，分析了不同沉積條件下制備的熱解炭的結(jié)構(gòu)及其性能的變化規(guī)律，并繪制了不同沉積條件下低溫各向同性熱解炭的沉積模型圖。主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)果如下：
　?。?）研究了低

3、溫各向同性熱解炭隨沉積條件的密度變化。結(jié)果表明，較低沉積溫度以及較低的丙烷濃度條件下能夠沉積得到密度較高的各向同性熱解炭，隨著沉積溫度以及丙烷氣體濃度的升高，熱解炭的密度逐漸降低，對(duì)于中低濃度（25％~40％）的丙烷氣體來(lái)說(shuō)，沉積溫度對(duì)熱解炭密度的變化影響更大；高溫（1350~1450℃）以及高濃度（60％）的丙烷氣體能夠顯著降低熱解炭的密度。
　?。?）研究了人工機(jī)械心瓣用高密度各向同性熱解炭的孔隙結(jié)構(gòu)變化。結(jié)果表明，高密度各向

4、同性熱解炭的孔隙主要由類(lèi)球形生長(zhǎng)特性間的孔隙和類(lèi)球形生長(zhǎng)特性?xún)?nèi)的孔隙兩部分構(gòu)成；類(lèi)球形生長(zhǎng)特性間的孔隙主要由0.83μm左右的較大孔隙和62 nm左右的中孔組成，生長(zhǎng)特性?xún)?nèi)的孔隙主要是由纏結(jié)體結(jié)構(gòu)形成的微孔隙。
　?。?）研究了熱解炭密度和微觀孔隙結(jié)構(gòu)的關(guān)系。結(jié)果表明，相似密度熱解炭的孔隙結(jié)構(gòu)并不相同；生長(zhǎng)特性間的孔隙的分布對(duì)高密度熱解炭的密度有較大的影響。
　?。?）研究了低溫各項(xiàng)同性熱解炭隨沉積條件的顯微硬度變化。結(jié)果表

5、明，隨著沉積溫度和丙烷氣體濃度的升高，熱解炭的顯微硬度逐漸降低；較低的沉積溫度和較低的丙烷濃度條件下能夠沉積得到顯微硬度較高的熱解炭；對(duì)于中低濃度（25％~40％）的丙烷氣體來(lái)說(shuō)，沉積溫度對(duì)熱解炭的顯微硬度影響更大；高溫（1350~1450℃）以及高濃度（60％）的丙烷氣體能夠顯著降低熱解炭的顯微硬度。
　?。?）研究了不同沉積條件下，流化床化學(xué)氣相沉積制備的低溫各向同性熱解炭的沉積機(jī)制。結(jié)果表明，低溫、低丙烷濃度條件下沉積的熱解