本文關(guān)鍵詞：人工心瓣熱解炭涂層結(jié)合強(qiáng)度研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：本文對(duì)人工心瓣熱解炭涂層結(jié)合強(qiáng)度進(jìn)行了研究。人工心瓣包括人工機(jī)械心瓣以及生物瓣，本文所研究的是人工機(jī)械心瓣，下文所說(shuō)的人工心瓣皆指人工機(jī)械心瓣。在各種涂層材料中，低溫各向同性熱解炭具有足夠的強(qiáng)度及耐磨性，彎曲強(qiáng)度大，彈性模量低，同時(shí)具有良好的化學(xué)惰性和血液相容性，因此廣泛用作人工心瓣的涂層材料。人工心瓣一旦植入人體，一年需要啟閉四千萬(wàn)到五千萬(wàn)次，輸送血液總量達(dá)四千萬(wàn)噸，在這樣的環(huán)境中需要持續(xù)工作數(shù)十年，而目前瓣膜的耐久性尚不能完全保證如此長(zhǎng)的使用時(shí)間，因磨損、腐蝕、疲勞和斷裂等結(jié)構(gòu)損壞引起的失效時(shí)有發(fā)生。熱解炭涂層與石墨基體的界面是整個(gè)結(jié)構(gòu)中比較容易失效的部位，一旦界面處出現(xiàn)裂紋、開(kāi)裂、脫粘等情況，人工心瓣就無(wú)法繼續(xù)正常工作。因此，提高熱解炭涂層與石墨基體的結(jié)合強(qiáng)度對(duì)于延長(zhǎng)人工心瓣的整體壽命有很大的意義。 本文綜合考慮了多種涂層基體結(jié)合強(qiáng)度的表征方法，根據(jù)熱解炭涂層與石墨基體的材料特性以及樣品制備的特殊性，選擇改進(jìn)的剪切測(cè)試法定量測(cè)量了熱解炭涂層石墨基體的剪切結(jié)合強(qiáng)度值。在試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，利用有限元軟件分析了在承受剪切應(yīng)力時(shí)，涂層厚度、涂層彈性模量以及殘余應(yīng)力對(duì)涂層基體結(jié)合強(qiáng)度的影響。此外由于熱解炭涂層石墨基體也很容易發(fā)生接觸破壞，較高的接觸應(yīng)力會(huì)使系統(tǒng)產(chǎn)生細(xì)小的裂紋或者加速原先存在的裂紋的擴(kuò)展，因此在有限元基礎(chǔ)上，對(duì)熱解炭涂層的赫茲接觸進(jìn)行了模擬，分析球形壓頭壓入涂層表面時(shí)整個(gè)系統(tǒng)的受力情況，以及涂層厚度、彈性模量對(duì)赫茲接觸下涂層基體結(jié)合強(qiáng)度的影響。主要研究?jī)?nèi)容及結(jié)果如下： （1）采用改進(jìn)的剪切測(cè)試法，，自行設(shè)計(jì)及制作夾具，在瑞格爾萬(wàn)能材料拉伸試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行定量測(cè)量，得到熱解炭涂層石墨基體的平均剪切結(jié)合強(qiáng)度為。 （2）基于有限元分析軟件，對(duì)試驗(yàn)的加載及約束進(jìn)行了模擬，計(jì)算得到界面最大剪切應(yīng)力值為，界面平均剪切應(yīng)力值為，驗(yàn)證了有限元模型的正確性。 （3）在上述模型的基礎(chǔ)上，分析得到在承受平行于界面的剪切應(yīng)力時(shí)，較薄的涂層厚度以及較大的涂層彈性模量有利于熱解炭涂層與石墨基體的結(jié)合。 （4）同樣基于，采用熱結(jié)構(gòu)耦合分析的方法研究不同的沉積溫度下界面剪切應(yīng)力的變化，通過(guò)沉積溫度建立起殘余應(yīng)力與界面結(jié)合強(qiáng)度的關(guān)系，沉積溫度較低時(shí)殘余應(yīng)力較小，對(duì)界面結(jié)合有利。 （5）同樣利用有限元軟件分析球形壓頭壓入熱解炭涂層石墨基體系統(tǒng)表面時(shí)整個(gè)系統(tǒng)的受力情況，分析得到最易發(fā)生失效的部位是涂層表面與球形壓頭接觸的區(qū)域以及該區(qū)域正下方的第一層界面處。 （6）分析在承受接觸應(yīng)力的情況下涂層厚度以及彈性模量對(duì)界面結(jié)合強(qiáng)度的影響，涂層厚度較厚、彈性模量較小時(shí)，對(duì)熱解炭涂層與石墨基體結(jié)合較為有利。
【關(guān)鍵詞】：人工心瓣 界面結(jié)合強(qiáng)度 剪切測(cè)試 有限元分析 赫茲接觸
【學(xué)位授予單位】：杭州電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：R318.11
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-9
• 目錄9-11
• 第1章 緒論11-26
• 1.1 引言11
• 1.2 研究意義11-13
• 1.3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-22
• 1.4 涂層/基體結(jié)合強(qiáng)度的影響因素與改善方法22-24
• 1.4.1 涂層/基體結(jié)合強(qiáng)度的影響因素22-23
• 1.4.2 涂層/基體結(jié)合強(qiáng)度改善方法23-24
• 1.5 本文研究目的與主要內(nèi)容24-26
• 第2章 人工心瓣熱解炭涂層制備26-30
• 2.1 引言26
• 2.2 人工心瓣熱解碳沉積材料選用26
• 2.3 人工心瓣熱解炭沉積機(jī)理26-27
• 2.4 人工心瓣熱解炭沉積裝置27-28
• 2.5 沉積工藝中影響涂層制備的因素28-30
• 第3章 熱解炭涂層/石墨基體界面結(jié)合強(qiáng)度試驗(yàn)研究30-38
• 3.1 引言30
• 3.2 樣品制備及界面微觀結(jié)構(gòu)30-32
• 3.2.1 樣品制備30
• 3.2.2 界面微觀結(jié)構(gòu)30-32
• 3.3 試驗(yàn)方法選擇及原理32-33
• 3.3.1 試驗(yàn)方法選擇32
• 3.3.2 試驗(yàn)原理32-33
• 3.4 試驗(yàn)儀器及夾具設(shè)計(jì)33-34
• 3.4.1 試驗(yàn)儀器33
• 3.4.2 夾具設(shè)計(jì)33-34
• 3.5 試驗(yàn)過(guò)程及結(jié)果分析34-36
• 3.5.1 試驗(yàn)過(guò)程34-36
• 3.5.2 結(jié)果分析36
• 3.6 小結(jié)36-38
• 第4章 熱解炭涂層/石墨基體界面結(jié)合強(qiáng)度有限元分析38-48
• 4.1 引言38
• 4.2 有限元簡(jiǎn)介38
• 4.3 有限元模型建立38-40
• 4.4 熱解炭涂層/石墨基體系統(tǒng)參數(shù)對(duì)應(yīng)力分布的影響40-43
• 4.4.1 涂層厚度對(duì)界面剪切應(yīng)力分布的影響40-41
• 4.4.2 不同材料性能對(duì)界面剪切應(yīng)力分布的影響41-43
• 4.5 殘余應(yīng)力對(duì)界面結(jié)合強(qiáng)度的影響43-46
• 4.6 小結(jié)46-48
• 第5章 熱解炭涂層/石墨基體赫茲接觸應(yīng)力分析48-58
• 5.1 引言48
• 5.2 接觸力學(xué)48
• 5.3 接觸問(wèn)題的有限元分析48-49
• 5.4 熱解炭涂層/石墨基體系統(tǒng)應(yīng)力分析49-53
• 5.5 熱解炭涂層/石墨基體系統(tǒng)參數(shù)對(duì)應(yīng)力分布的影響53-57
• 5.5.1 涂層厚度對(duì)系統(tǒng)應(yīng)力的影響53-55
• 5.5.2 熱解炭涂層彈性模量對(duì)系統(tǒng)應(yīng)力的影響55-57
• 5.6 小結(jié)57-58
• 第6章 總結(jié)與展望58-61
• 6.1 總結(jié)58-59
• 6.2 展望59-61
• 致謝61-62
• 參考文獻(xiàn)62-65
• 附錄65

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