本文關(guān)鍵詞：人工機械心瓣熱解炭的微觀結(jié)構(gòu)及性能研究

  更多相關(guān)文章： 人工機械心瓣 低溫各向同性熱解炭 微觀結(jié)構(gòu) 納米壓痕 有限元法 熱處理

【摘要】：人工機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，同時采用ABAQUS有限元軟件對納米壓痕實驗過程進(jìn)行模擬仿真；最后研究了熱處理對人工機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： （1）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)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)）會有很大差異。 （2）利用納米壓痕儀測人工機械心瓣熱解炭涂層材料的納米硬度和彈性模量。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。涂層的納米硬度和彈性模量的平均值分別約為4.5GPa和32GPa。 （3）為驗證納米壓痕實驗數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，采用ABAQUS有限元軟件仿真模擬人工機械心瓣熱解炭涂層的納米壓痕實驗過程。結(jié)果表明，有限元仿真模擬得到的壓深-載荷曲線與壓痕實驗結(jié)果十分吻合，從而證實了實驗的有效性。 （4）研究了熱處理對人工機械心瓣熱解炭涂層材料結(jié)構(gòu)及納米壓痕力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明，經(jīng)熱處理后，涂層材料的孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，涂層的抗形變能力降低，納米硬度略有降低，而彈性模量基本不變。
【關(guān)鍵詞】：人工機械心瓣 低溫各向同性熱解炭 微觀結(jié)構(gòu) 納米壓痕 有限元法 熱處理
【學(xué)位授予單位】：杭州電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：R318.11;TQ127.11
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 緒論10-23
• 1.1 炭材料11-12
• 1.1.1 炭材料分類11
• 1.1.2 炭材料結(jié)構(gòu)11-12
• 1.2 熱解炭材料12-15
• 1.2.1 熱解炭材料的制備12-13
• 1.2.2 熱解炭材料的分類13-15
• 1.3 人工機械心瓣熱解炭材料15-18
• 1.3.1 人工機械心瓣15-16
• 1.3.2 低溫各向同性熱解炭16-18
• 1.4 低溫各向同性熱解炭國內(nèi)外研究現(xiàn)狀18-22
• 1.4.1 微觀結(jié)構(gòu)18-20
• 1.4.2 納米壓痕力學(xué)性能20-21
• 1.4.3 熱處理對微觀結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能的影響21-22
• 1.5 論文主要內(nèi)容22-23
• 第2章 實驗材料與方法23-30
• 2.1 引言23
• 2.2 準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)流化床化學(xué)氣相沉積工藝23-27
• 2.2.1 沉積反應(yīng)裝置及源材料23-24
• 2.2.2 沉積工藝參數(shù)設(shè)置24-26
• 2.2.3 沉積工藝流程26-27
• 2.3 檢測方法27-30
• 2.3.1 偏光顯微鏡分析27-28
• 2.3.2 掃描電鏡分析28
• 2.3.3 納米壓痕測試28-30
• 第3章 低溫各向同性熱解炭微觀結(jié)構(gòu)30-39
• 3.1 引言30
• 3.2 透射電鏡理論基礎(chǔ)30-32
• 3.3 微觀結(jié)構(gòu)32-37
• 3.3.1 生長特性32-35
• 3.3.2 微晶排列35-36
• 3.3.3 各向異性度36-37
• 3.4 本章小結(jié)37-39
• 第4章 納米壓痕實驗及有限元仿真研究39-51
• 4.1 壓痕硬度簡介39-41
• 4.2 納米壓痕硬度和彈性模量測量原理41-42
• 4.3 納米壓痕實驗結(jié)果與討論42-43
• 4.4 ABAQUS 有限元仿真模擬43-49
• 4.4.1 有限元仿真平臺及求解器的選擇43-44
• 4.4.2 有限元模型的建立44-45
• 4.4.3 網(wǎng)格劃分及單元類型選擇45-46
• 4.4.4 材料屬性46
• 4.4.5 分析步及邊界條件46-47
• 4.4.6 有限元分析結(jié)果后處理47-49
• 4.5 本章小結(jié)49-51
• 第5章 熱處理對人工機械心瓣熱解炭結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能的影響51-56
• 5.1 熱處理對人工機械心瓣熱解炭結(jié)構(gòu)的影響51-53
• 5.2 熱處理對人工機械心瓣熱解炭納米壓痕力學(xué)性能的影響53-55
• 5.3 本章小結(jié)55-56
• 第6章 總結(jié)與展望56-58
• 6.1 總結(jié)56-57
• 6.2 展望57-58
• 致謝58-59
• 參考文獻(xiàn)59-63
• 附錄63

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：1089935