[實用新型]人工心瓣熱解炭及其復合材料斷裂韌性測試裝置

有效

• 申請號: 201320166693.2
• 申請日: 2013-04-03
• 公開（公告）號: CN203178137U
• 公開（公告）日: 2013-09-04
• 發明（設計）人: 張建輝;李學鵬;楊歡;韋靜;邢興
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: G01N3/08
• 分類號: G01N3/08
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 杜軍

技術領域

本實用新型涉及一種人工心瓣熱解炭及其復合材料斷裂韌性測試裝置。

背景技術

人工心瓣是人體心瓣的代用品，供心臟瓣膜病患者更換之用，其瓣片常采用純熱解炭或熱解炭包覆石墨復合材料，瓣環常采用純熱解炭或鈦合金制成。人工心瓣運行于人體內復雜的生理環境中幾十年，需要很高的耐久性和結構可靠性，因此作為其表面涂層的熱解炭材料需要具有良好的斷裂性能。

平面應變斷裂韌性是熱解炭材料斷裂性能的重要參數，表征材料抵抗裂紋擴展和脆性斷裂的能力，一般用K_IC表示。精確測試材料斷裂韌性值，研究影響材料斷裂韌性的因素，可明確和改善熱解炭斷裂性能，對人工心瓣組件損傷容限和壽命預測程序也有重要意義。

熱解炭材料采用化學氣相沉積工藝制備，是一種典型的脆性材料。由于其制備工藝特殊性，樣品尺寸小、厚度薄，許多傳統的斷裂韌性測試方法對其并不適用，因此針對人工心瓣熱解炭斷裂韌性的測試，國內尚無此類報道。國外Ritchie、Cao?Hengchu、Glipin等人曾對人工心瓣熱解炭斷裂韌性進行了一定的研究，但未提出一套針對人工心瓣熱解炭斷裂韌性的測試方法和裝置。

發明內容

本實用新型針對現有技術的不足，提供一種人工心瓣熱解炭及其復合材料斷裂韌性測試裝置。該裝置可精確測定純熱解炭和熱解炭復合材料的斷裂韌性。

本實用新型包括拉伸測試機構和用待測試的人工心瓣熱解炭或其復合材料制備的樣品。

所述的樣品為立方體，中部加工有缺口，缺口上下兩端分別開設加載孔，所述缺口為直通形缺口，一端開設在樣品的側面，另一端為尖端；應力作用有效寬度為W，所述的應力作用有效寬度為樣品上位于同一表面的加載孔的中心與樣品未開缺口端側面的距離；樣品的寬度為D，長度為L，厚度為B，缺口寬度為d，加載孔的孔徑為Φ，加載孔的豎直中心線與缺口尖端的距離為a₀；W=18.8mm，a₀=4.8mm，D=1.25W，L=1.2W，B=0.5W，d=0.5W，Φ=0.25W；

樣品上預制有尖銳裂紋，所述的尖銳裂紋貫通樣品前后表面，其起點位于缺口尖端，尖銳裂紋長度為1.5～2.5mm；所述的尖銳裂紋長度為尖銳裂紋的兩個端點在水平面上的投影距離。

所述的拉伸測試機構包括兩個U型夾具、加載平臺和固定平臺。

兩個U型夾具分別夾住樣品的兩個加載孔的兩端，兩根銷軸分別穿過兩個U型夾具的兩個側面和對應的加載孔，將U型夾具與樣品固定連接；引伸計架設在缺口位于樣品側壁的開放端上，引伸計的兩個引腳分別固定在缺口上、下的刀口處；所述的引伸計采用電子引伸計，用以檢測樣品機制加工缺口前緣的張開量；

樣品上部的U型夾具的頂面中心豎直固定設置有加載桿，加載平臺與加載桿連接；所述的加載平臺可以對加載桿施加向上的載荷；?

樣品下部的U型夾具的底面中心豎直固定設置有固定桿，固定平臺上開設通孔，固定桿穿過通孔活動設置，固定桿的下端部設置有限位銷，限位銷的尺寸大于通孔的孔徑。

本實用新型充分考慮到了熱解炭材料的硬脆性和制備尺寸局限性等因素，在引伸計、U型夾具、預制裂紋方法等方面均進行了調整和改進，保證了測試程序可行性和測試結果可靠性。

附圖說明

圖1為本實用新型中樣品的結構示意圖；

圖2為本實用新型的結構示意圖。

具體實施方式

人工心瓣熱解炭及其復合材料斷裂韌性測試裝置，包括拉伸測試機構和用待測試的人工心瓣熱解炭或其復合材料制備的樣品。

如圖1所示，樣品1為立方體，中部機制加工缺口1-1，缺口1-1上下兩端分別開設加載孔1-2。缺口1-1為直通形缺口，一端開設在樣品1的側面，另一端為尖端；應力作用有效寬度W為樣品1上位于同一表面的加載孔1-2的中心與樣品1未開缺口端側面的距離，W=18.8mm；樣品1的寬度D=1.25W、長度L=1.2W、厚度B=0.5W、缺口寬度d=0.5W、加載孔的孔徑Φ=0.25W，加載孔的豎直中心線與缺口尖端的距離a₀=4.8mm，以上尺寸準確到0.1﹪。

樣品1上預制有尖銳裂紋1-3，尖銳裂紋1-3貫通樣品1前后表面，其起點位于缺口1-1尖端，尖銳裂紋長度a為1.5～2.5mm。尖銳裂紋長度為尖銳裂紋1-3的兩個端點在水平面上的投影距離。