[实用新型]人工心瓣热解炭及其复合材料断裂韧性测试装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种人工心瓣热解炭及其复合材料断裂韧性测试装置。

背景技术

人工心瓣是人体心瓣的代用品，供心脏瓣膜病患者更换之用，其瓣片常采用纯热解炭或热解炭包覆石墨复合材料，瓣环常采用纯热解炭或钛合金制成。人工心瓣运行于人体内复杂的生理环境中几十年，需要很高的耐久性和结构可靠性，因此作为其表面涂层的热解炭材料需要具有良好的断裂性能。

平面应变断裂韧性是热解炭材料断裂性能的重要参数，表征材料抵抗裂纹扩展和脆性断裂的能力，一般用K_IC表示。精确测试材料断裂韧性值，研究影响材料断裂韧性的因素，可明确和改善热解炭断裂性能，对人工心瓣组件损伤容限和寿命预测程序也有重要意义。

热解炭材料采用化学气相沉积工艺制备，是一种典型的脆性材料。由于其制备工艺特殊性，样品尺寸小、厚度薄，许多传统的断裂韧性测试方法对其并不适用，因此针对人工心瓣热解炭断裂韧性的测试，国内尚无此类报道。国外Ritchie、Cao Hengchu、Glipin等人曾对人工心瓣热解炭断裂韧性进行了一定的研究，但未提出一套针对人工心瓣热解炭断裂韧性的测试方法和装置。

发明内容

本实用新型针对现有技术的不足，提供一种人工心瓣热解炭及其复合材料断裂韧性测试装置。该装置可精确测定纯热解炭和热解炭复合材料的断裂韧性。

本实用新型包括拉伸测试机构和用待测试的人工心瓣热解炭或其复合材料制备的样品。

所述的样品为立方体，中部加工有缺口，缺口上下两端分别开设加载孔，所述缺口为直通形缺口，一端开设在样品的侧面，另一端为尖端；应力作用有效宽度为W，所述的应力作用有效宽度为样品上位于同一表面的加载孔的中心与样品未开缺口端侧面的距离；样品的宽度为D，长度为L，厚度为B，缺口宽度为d，加载孔的孔径为Φ，加载孔的竖直中心线与缺口尖端的距离为a₀；W=18.8mm，a₀=4.8mm，D=1.25W，L=1.2W，B=0.5W，d=0.5W，Φ=0.25W；

样品上预制有尖锐裂纹，所述的尖锐裂纹贯通样品前后表面，其起点位于缺口尖端，尖锐裂纹长度为1.5～2.5mm；所述的尖锐裂纹长度为尖锐裂纹的两个端点在水平面上的投影距离。

所述的拉伸测试机构包括两个U型夹具、加载平台和固定平台。

两个U型夹具分别夹住样品的两个加载孔的两端，两根销轴分别穿过两个U型夹具的两个侧面和对应的加载孔，将U型夹具与样品固定连接；引伸计架设在缺口位于样品侧壁的开放端上，引伸计的两个引脚分别固定在缺口上、下的刀口处；所述的引伸计采用电子引伸计，用以检测样品机制加工缺口前缘的张开量；

样品上部的U型夹具的顶面中心竖直固定设置有加载杆，加载平台与加载杆连接；所述的加载平台可以对加载杆施加向上的载荷； 

样品下部的U型夹具的底面中心竖直固定设置有固定杆，固定平台上开设通孔，固定杆穿过通孔活动设置，固定杆的下端部设置有限位销，限位销的尺寸大于通孔的孔径。

本实用新型充分考虑到了热解炭材料的硬脆性和制备尺寸局限性等因素，在引伸计、U型夹具、预制裂纹方法等方面均进行了调整和改进，保证了测试程序可行性和测试结果可靠性。

附图说明

图1为本实用新型中样品的结构示意图；

图2为本实用新型的结构示意图。

具体实施方式

人工心瓣热解炭及其复合材料断裂韧性测试装置，包括拉伸测试机构和用待测试的人工心瓣热解炭或其复合材料制备的样品。

如图1所示，样品1为立方体，中部机制加工缺口1-1，缺口1-1上下两端分别开设加载孔1-2。缺口1-1为直通形缺口，一端开设在样品1的侧面，另一端为尖端；应力作用有效宽度W为样品1上位于同一表面的加载孔1-2的中心与样品1未开缺口端侧面的距离，W=18.8mm；样品1的宽度D=1.25W、长度L=1.2W、厚度B=0.5W、缺口宽度d=0.5W、加载孔的孔径Φ=0.25W，加载孔的竖直中心线与缺口尖端的距离a₀=4.8mm，以上尺寸准确到0.1﹪。

样品1上预制有尖锐裂纹1-3，尖锐裂纹1-3贯通样品1前后表面，其起点位于缺口1-1尖端，尖锐裂纹长度a为1.5～2.5mm。尖锐裂纹长度为尖锐裂纹1-3的两个端点在水平面上的投影距离。