人工機(jī)械心瓣熱解炭的微觀結(jié)構(gòu)及性能研究.pdf

1、人工機(jī)械心瓣是用來置換人體病變心臟瓣膜的替代品，通過手術(shù)更換可幫助心臟瓣膜病患者重建血液循環(huán)功能，從而挽救其生命。采用流化床化學(xué)氣相沉積工藝制備得到的低溫各向同性熱解炭，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。
　　本文采用準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)流化床化學(xué)氣相沉積工藝制備人工機(jī)械心瓣低溫各向同性熱解炭材料，首先綜述了高低密度的低溫各向同性熱解炭在高分辨的掃描電鏡和透射電

2、鏡下的微觀結(jié)構(gòu)特征；然后利用納米壓痕儀測涂層材料的納米硬度和彈性模量，同時(shí)采用ABAQUS有限元軟件對納米壓痕實(shí)驗(yàn)過程進(jìn)行模擬仿真；最后研究了熱處理對人工機(jī)械心瓣低溫各向同性熱解炭涂層材料微觀結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能的影響，主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下：
　?。?）針對高低密度的低溫各向同性熱解炭材料，從能夠識別低溫各向同性熱解炭微觀結(jié)構(gòu)的生長特性、微晶排列和擇優(yōu)取向度三個(gè)方面，通過對比分類綜述了它們在高分辨掃描電鏡和透射電鏡下的微觀結(jié)構(gòu)特征。結(jié)

3、果表明，高密度和低密度各向同性熱解炭都是由直徑大約0.5μm的類球形顆粒狀生長特性所組成的，炭顆粒間連接緊密，顆粒間有孔隙存在。單個(gè)的類球形炭顆粒生長特性大致包含兩相結(jié)構(gòu)：核心是幾個(gè)炭黑小顆粒組成的聚集體，外部是具有“類洋蔥”結(jié)構(gòu)的無定形炭。但是不同密度的低溫各向同性熱解炭，類球形顆粒狀生長特性的外形、生長特性內(nèi)部的微晶排列方式和各向異性度（織構(gòu)）會(huì)有很大差異。
　　（2）利用納米壓痕儀測人工機(jī)械心瓣熱解炭涂層材料的納米硬度和彈性

4、模量。結(jié)果表明，熱解炭具有典型的脆性材料性質(zhì)，其加卸載曲線幾乎完全重合，完全卸載后試樣表面沒有殘余壓痕，表明涂層表現(xiàn)出完全的彈性變形，塑性變形可以忽略不計(jì)。涂層的納米硬度和彈性模量的平均值分別約為4.5 GPa和32 GPa。
　?。?）為驗(yàn)證納米壓痕實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，采用ABAQUS有限元軟件仿真模擬人工機(jī)械心瓣熱解炭涂層的納米壓痕實(shí)驗(yàn)過程。結(jié)果表明，有限元仿真模擬得到的壓深-載荷曲線與壓痕實(shí)驗(yàn)結(jié)果十分吻合，從而證實(shí)了實(shí)驗(yàn)的有效