医用炭/炭复合材料表面梯度CVD热解炭涂层的摩擦性能研究

doi:10.3724/SP.J.1077.2012.00545

无机材料学报 ›› 2012, Vol. 27 ›› Issue (5): 545-549.DOI: 10.3724/SP.J.1077.2012.00545 CSTR: 32189.14.SP.J.1077.2012.00545

医用炭/炭复合材料表面梯度CVD热解炭涂层的摩擦性能研究

倪昕晔^1,2, 汤晓斌¹, 林涛², 耿长冉¹, 蔡雷铭², 顾卫东², 陈达¹

(1．南京航空航天大学材料科学与技术学院, 南京 210016; 2. 南京医科大学附属常州第二人民医院, 常州 213003)

收稿日期:2011-06-28 修回日期:2011-09-12 出版日期:2012-05-10 网络出版日期:2012-03-31
作者简介:倪昕晔(1975-), 男, 博士研究生. E-mail: nxy2000@yahoo.com.cn
基金资助:
江苏省常州市社会发展基金(CS20102019);南京航空航天大学基础科研业务费专项基金(Y1065-0630)

Friction of Pyrolytic Carbon Coating Prepared by Gradient CVD on Medical Carbon/Carbon Composites Surface

NI Xin-Ye^1,2, TANG Xiao-Bin¹, LIN Tao², GENG Chang-Ran¹, CAI Lei-Ming², GU Wei-Dong², CHEN Da¹

(1. College of Material Science and Technology, Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, Nanjing 210016, China; 2. Second People’s Hospital of Changzhou, Nanjing Medical University, Changzhou 213003, China)

Received:2011-06-28 Revised:2011-09-12 Published:2012-05-10 Online:2012-03-31
About author:NI Xin-Ye. E-mail: nxy2000@yahoo.com.cn

摘要/Abstract

摘要：

采用医用炭/炭复合材料并通过梯度化学气相沉积法(CVD)在其表面制备热解炭涂层, 研究分析了涂层的显微结构、摩擦系数、磨损情况. 结果发现, 该热解炭涂层表面被直径约20 μm热解炭球致密覆盖, 在断口处呈现紧密、多层的热解炭. 与用沥青浸渍/炭化法制备的炭/炭复合材料相比, 在干摩擦时, 热解炭涂层样品的摩擦系数更大; 在模拟人体关节的湿摩擦时, 它的摩擦系数低; 在干摩擦和湿摩擦的情况下, 它的磨损要小很多. 这些结果表明利用梯度的化学气相沉积法(CVD)制备医用炭/炭复合材料的涂层可以提高其表面的耐磨性.

关键词: 炭/炭复合材料, 化学气相沉积, 梯度, 摩擦

Abstract:

Pyrolytic carbon coating was prepared by gradient chemical vapor deposition (CVD) on medical carbon/carbon composites surface. Microstructure, friction coefficient and wear capacity of the pyrolytic carbon cating were investigated. The results show that the pyrolytic carbon coating is covered densely by spherical pyrdytic carbon with dimension of about 20 μm, and close, multi-layer pyrolytic carbon is shown on the fracture. Compared with carbon/carbon composite prepared by asphalt impregnated/carbonization, the friction coefficient of the byrolytic carbon coating is higher in the dry friction whereas in wet friction of simulated human joints, its friction coefficient is lower. The wear loss of the pyrolytic carbon coating is much smaller than that of the latter in dry and wet friction. It suggests that medical carbon/carbon composites surface prepared by gradient CVD can improve the wear resistance of the carbon/carbon composites.

Key words: carbon/carbon composites, CND, gradient, friction

中图分类号:

TB332

倪昕晔, 汤晓斌, 林涛, 耿长冉, 蔡雷铭, 顾卫东, 陈达. 医用炭/炭复合材料表面梯度CVD热解炭涂层的摩擦性能研究[J]. 无机材料学报, 2012, 27(5): 545-549.

NI Xin-Ye, TANG Xiao-Bin, LIN Tao, GENG Chang-Ran, CAI Lei-Ming, GU Wei-Dong, CHEN Da. Friction of Pyrolytic Carbon Coating Prepared by Gradient CVD on Medical Carbon/Carbon Composites Surface[J]. Journal of Inorganic Materials, 2012, 27(5): 545-549.

图/表 6

图1 炭/炭复合材料的SEM表面和断面形貌及其对应能谱分析

Fig. 1 Surface and fracture SEM images of carbon/carbon composites

图2 炭/炭复合材料表面XRD图谱

Fig. 2 XRD patterns of carbon/carbon composites surface

图3 干摩擦的实时摩擦系数

Fig. 3 Real dry friction coefficients of carbon/carbon composites surface

图4 湿摩擦的实时摩擦系数

Fig. 4 Real wet friction coefficients of carbon/carbon composites surface

图5 干摩擦的表面磨损照片

Fig. 5 Surface wear morphologies of dry friction

图6 湿摩擦的表面磨损照片

Fig. 6 Surface wear morphologies of wet friction

参考文献 14

[1]	Gott V L, Whiffen J D, Dutten R C. Heparin bonding colloidal graphite surfaces. Science, 1963, 142(3597): 1279-1298.
[2]	Brückman H, Hüttinger K J. Carbon, a promising material in endoprosthetics. Part 1: the carbon materials and their mechanical properties. Biomaterials, 1980, 1(2): 67-72.
[3]	侯向辉, 陈强, 喻春红, 等. 碳/碳复合材料的生物相容性及生物应用. 功能材料, 2000, 31(5): 460-463.
[4]	ZHANG Lei-Lei, LI He-Jun, LI Ke-Zhi, et al. Effect of surfare roughness of carbon/carbon composites on Osteob casts. Journal of Inorganic Materials, 2008, 23(2): 341-345.
[5]	Shimmin A, Beaulé P E, Campbell P. Metal-on-metal hip resurfacing arthroplasty. J. Bone Joint Surg. Am., 2008, 90(3): 637-654.
[6]	Brandwood A, Noble K R, Schindhelm K. Phagocytosis of carbon particles by macrophages in vitro. Biomaterials, 1992, 13(9): 646-648.
[7]	黄荔海, 李贺军, 胡志彪. 石墨化度对2.5D 炭/炭复合材料在低能条件下的摩擦学性能影响. 材料科学与工程学报, 2005, 23(5): 487-490.
[8]	Xiong Xiang, Huang Baiyun, Li Jianghong, et al. Friction behaviors of carbon/carbon composites with different pyrolytic carbon textures. Carbon, 2006, 44(3): 463-467.
[9]	Huttona T J, Johnsona D, McEnaney B. Effects of fibre orientation on the tribology of a model carbon-carbon composite. Wear, 2001, 249(8): 647-655.
[10]	胡志彪, 李贺军, 陈强, 等.炭/炭复合材料摩擦学性能及摩擦机制研究进展. 材料工程, 2004, 12: 59-62.
[11]	ZHANG Lei-Lei, HU Tao, LI He-Jun, et al. Wear partiles of carbon/carbon composite artifical hip joints. Journal of Inorganic Materials, 2010, 25(4): 349-353.
[12]	窦文浩, 翟士岭, 孙克宜. 一定速度下中长跑步频变化对跑步效率的影响. 北京体育学院学报, 1990, 47(1): 44-50, 57.
[13]	胡侦明, 罗先正. 髋关节的生物力学. 中华骨科杂志, 2006, 26(7): 498-500.
[14]	郭云良, 刘丰春, 李相民.股骨头的直径、表面积和体积的计算及其意义. 佳木斯医学院学报, 1993, 16(3): 6-8.

[1]	鲍可, 李西军. 化学气相沉积法制备智能窗用热致变色VO₂薄膜的研究进展[J]. 无机材料学报, 2024, 39(3): 233-258.
[2]	薛顶喜, 伊炳尧, 李国君, 马帅, 刘克勤. 功能梯度阳极固体氧化物燃料电池热应力数值模拟研究[J]. 无机材料学报, 2024, 39(11): 1189-1196.
[3]	郝永鑫, 秦娟, 孙军, 杨金凤, 李清连, 黄贵军, 许京军. 坩埚底角形状对提拉法生长同成分铌酸锂晶体的影响[J]. 无机材料学报, 2024, 39(10): 1167-1174.
[4]	戴乐, 刘洋, 高轩, 王书豪, 宋雅婷, 唐明猛, 刘丽莎, 汪尧进. 浓度梯度掺杂实现BiFeO₃薄膜自极化[J]. 无机材料学报, 2024, 39(1): 99-106.
[5]	代晓栋, 张露伟, 钱奕成, 任智鑫, 曹焕奇, 印寿根. 锡铅混合钙钛矿太阳能电池垂直组分梯度的溶剂工程调控[J]. 无机材料学报, 2023, 38(9): 1089-1096.
[6]	汪波, 余健, 李存成, 聂晓蕾, 朱婉婷, 魏平, 赵文俞, 张清杰. Gd/Bi_0.5Sb_1.5Te₃热电磁梯度复合材料的服役稳定性[J]. 无机材料学报, 2023, 38(6): 663-670.
[7]	张硕, 付前刚, 张佩, 费杰, 李伟. C/C多孔体的高温热处理对C/C-SiC复合材料摩擦磨损行为的影响[J]. 无机材料学报, 2023, 38(5): 561-568.
[8]	程玮杰, 王明磊, 林国强. 电弧离子镀CrAlN-DLC硬质复合薄膜的成分、结构与性能[J]. 无机材料学报, 2022, 37(7): 764-772.
[9]	郭隐犇, 陈子曦, 王宏志, 张青红. 基于无机填料复合薄膜的摩擦纳米发电机研究进展[J]. 无机材料学报, 2021, 36(9): 919-928.
[10]	孟猛, 祁强, 丁栋舟, 赫崇君, 赵书文, 万博, 陈露, 施俊杰, 任国浩. Gd₃(Al,Ga)₅O₁₂:Ce闪烁晶体扭曲生长、组分偏析与性能研究[J]. 无机材料学报, 2021, 36(2): 188-196.
[11]	孙付通, 冯爱虎, 陈兵兵, 于云, 杨红. 铜基底预处理对CVD法生长石墨烯薄膜的影响[J]. 无机材料学报, 2020, 35(10): 1177-1182.
[12]	韩杰敏, 王梅, 仝召民, 马一飞. 基于石墨烯森林电极的摩擦纳米发电机[J]. 无机材料学报, 2019, 34(8): 839-843.
[13]	姚秀敏, 王晓洁, 刘学建, 陈忠明, 黄政仁. 碳化硅/碳化钨硬面密封摩擦副的摩擦磨损性能和机理研究[J]. 无机材料学报, 2019, 34(6): 673-678.
[14]	荚桂玉, 李怡雯, 王红宁, 陈若愚. 具有梯度渐变折射率的超疏水减反膜的制备及其性能[J]. 无机材料学报, 2018, 33(9): 1011-1016.
[15]	王诗阳, 傅宇东, 陈磊, 王玉金. W-Y₂O₃复合材料和梯度材料的制备及力学性能[J]. 无机材料学报, 2018, 33(6): 596-602.

医用炭/炭复合材料表面梯度CVD热解炭涂层的摩擦性能研究

Friction of Pyrolytic Carbon Coating Prepared by Gradient CVD on Medical Carbon/Carbon Composites Surface

RichHTML

PDF (PC)

可视化

被引次数

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表 6

参考文献 14

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价