等离子体预处理的炭/炭复合材料等离子喷涂制备羟基磷灰石涂层

为了提高等离子喷涂法所制羟基磷灰石涂层与炭/炭复合材料的结合力,采用氩气等离子体预处理结合等离子体喷涂法在炭/炭基体表面制备羟基磷灰石涂层,采用扫描电镜、X射线衍射仪、红外光谱仪、划痕仪等研究羟基磷灰石涂层的形貌、相组成以及羟基磷灰石涂层与基体的结合力。结果表明:采用或不采用等离子体处理炭/炭复合材料,羟基磷灰石涂层形貌和相组成接近,羟基磷灰石涂层的临界载荷分别为14.0 N、8.9 N,前者比后者临界载荷提高了57.3%。采用等离子体处理可提高等离子体喷涂羟基磷灰石涂层与炭/炭复合材料基体的结合力。

碳纤维密度测量不确定度评定

采用氯化锌溶液配置密度梯度柱测定碳纤维密度,并评定其测量不确定度。结果表明:密度测量不确定度来源于密度梯度管内浮子间距、刻度读数精度、浮子密度校准精度和相邻两浮子密度差;减小密度梯度管配置时高低密度溶液密度差,可以有效降低测量不确定度。

石英纤维准三维结构针刺预制体性能分析

本文研究了预制体内部结构对石英纤维准三维针刺预制体力学性能的影响,力学性能包括:X-Y向拉伸强度、Z向连接强度、T型剥离强度。研究表明:全网毡针刺结构、单层织物/网毡针刺结构、双层织物/网毡针刺结构预制体X-Y向拉伸强度递增;含织物预制体Z向连接强度和T型剥离强度递减。针刺成型工艺过程中短纤维迁移是Z向性能提高的关键。合理设计针刺预制体内部结构,可优化石英纤维针刺预制体X-Y向和Z向的各项性能。

炭/炭复合骨植入材料研究

为评价自制炭/炭复合骨植入材料的生物相容性和力学性能,采用等温化学气相沉积法制备炭/炭复合材料并测试其力学性能,通过细胞毒性实验、微核实验、致敏实验以及植入实验评价其生物相容性。炭/炭复合骨植入材料力学测试显示压缩和拉伸性能良好;细胞毒性实验显示材料浸提液对L-929小鼠成纤维细胞的生长、增殖无明显影响;实验组小鼠骨髓微核率为2.3‰±0.7‰;致敏实验中实验组动物皮肤有轻微的红斑和水肿,按照Magnusson和Kligman分级为0.188±0.40;试样植入股骨后周围组织炎症反应轻微,12周组织学和扫描电镜观察显示,实验组材料组织相容性良好;以上生物学定量指标评价的实验组材料与阴性对照组相比,均无统计学差异(P>0.05)。综合评价结果表明,炭/炭复合材料具有良好的力学性能和生物相容性,有广泛的临床应用前景。

个体化碳/碳复合材料人工骨制备及应用

本研究主要探讨个体化碳/碳复合材料人工骨的制备及应用。利用计算机断层图像(CT)进行三维图像采集,对骨轮廓进行人工和自动勾画,并用二值体数据描述,采用移动立方体(marching cubes)算法得到三维物体的表面信息,再用geomagic软件转换成非均匀有理B样条(NURBS)曲面,最后通过数控加工中心加工得到个体化碳/碳复合材料人工骨。对兔子进行肱骨头更换,从影像学和病理切片来观察植入效果。研究结果表明,采用此方法加工的骨其形状与替换骨一致,且植入后与周围骨组织结合密切,表面骨组织生长良好。因此,此方法为个体化碳/碳复合材料人工骨制备奠定了一定的理论和实验基础。

复合材料构件数字化精确成形技术与装备

在分析国内外复合材料预制体成形技术与装备研究现状基础上,分析了复合材料构件的成形制造目前存在用工密集制造效率低、形性精确成形调控难、成形过程自动化程度低等问题,介绍了数字化柔性导向三维织造成形方法和变曲率预制体铺放-缠绕-针刺一体化成形方法,提出了复合材料构件成形技术与装备的未来发展建议,以推动复合材料构件高效率、高性能、高质量的自动化数字化成形制造技术发展,更好地提升基于纤维预制体复合材料构件制造水平。