人工指關(guān)節(jié)用C-C復(fù)合材料及其改性研究.pdf

1、碳/碳（C/C）復(fù)合材料具有密度低、幾何穩(wěn)定性強(qiáng)及彈性模量與人體骨相近等優(yōu)點(diǎn)，在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域有著廣闊應(yīng)用前景。但其為生物惰性，材料本身不具顯影性且耐磨性不高。針對(duì)上述局限性，本文通過添加增強(qiáng)相、在其表面制備碳化硅（SiC）和羥基磷灰石（HA）涂層等來分別提高其顯影性、耐磨性和生物活性。
　　首先，本文采用液相浸漬法制備C/C復(fù)合材料，研究了超聲處理和炭化溫度對(duì)C/C復(fù)合材料致密化、組織形貌和彎曲強(qiáng)度的影響。結(jié)果表明：炭化溫度較低時(shí)(8

2、00℃)，超聲處理對(duì) C/C復(fù)合材料的制備過程和性能影響較?。惶炕瘻囟容^高時(shí)(1200℃)時(shí)，由于超聲波的振蕩作用，處理后的試樣結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)了多孔組織，這種多孔組織在彎曲受力時(shí)可阻斷裂紋的傳播，改善C/C復(fù)合材料的彎曲性能，其彎曲強(qiáng)度可達(dá)105MPa，且使C/C復(fù)合材料的斷裂方式由脆性斷裂轉(zhuǎn)變成偽塑性斷裂。
　　其次，本文研究了硝酸和超聲表面處理后，采用液相浸漬法結(jié)合熱處理在C/C復(fù)合材料中添加增強(qiáng)相TaC，ZrO2及Ta2O5+S

3、iC的工藝。結(jié)果表明：50％硝酸處理后的C/C復(fù)合材料表面生成較多有機(jī)官能團(tuán)，這些有機(jī)官能團(tuán)提高了C/C復(fù)合材料的潤濕性，使得更多的ZrO2顆粒強(qiáng)化C/C/復(fù)合材料，其彎曲強(qiáng)度可達(dá)95MPa。制備的ZrO2-C/C復(fù)合材料在X光下可清晰顯影。由于顯影性與物質(zhì)的比重和濃度有關(guān)，因此當(dāng)浸漬液為15%的乙醇鉭和15%的乙酸鋯時(shí)制備的試樣具有較好的顯影性，且試樣的彎曲強(qiáng)度分別為90MPa和95MPa。
　　第三，本文研究了低溫包埋法在C/

4、C復(fù)合材料表面制備SiC涂層的工藝，并對(duì)其耐磨性進(jìn)行了評(píng)價(jià)。文中重點(diǎn)探討了包埋溫度、包埋時(shí)間及包埋材料中各組分的比例對(duì)SiC涂層的結(jié)構(gòu)、成分、表面形貌及摩擦性能的影響。結(jié)果顯示：當(dāng)包埋溫度為1200℃時(shí)制備的SiC涂層最致密，由于SiC涂層中含有適量的石墨，因此其摩擦系數(shù)約為0.18。當(dāng)Si:MgO:C為2：1：1時(shí)制備所得的SiC涂層的組織最致密，且其摩擦系數(shù)保持在0.18左右。
　　最后，本文通過電化學(xué)沉積結(jié)合NaOH處理在C