刘 刚，王丽雅，查 潇，张建辉

(杭州电子科技大学机械工程学院，浙江 杭州 310018)

0 引 言

热解炭具有耐磨、耐腐蚀以及优异的生理相容性等特点，自1969年首次使用以来，无论是作为整体材料还是作为石墨基体的涂层，已成为大多人工机械心脏瓣膜的首选材料[1]。植入人体的人工机械心瓣瓣片表面长期承受血流的循环冲击，由于空化气蚀等原因，在涂层表面不可避免地出现半椭圆形微小裂纹[2]。这些微小裂纹可能对宏观裂纹的扩展产生重大影响，甚至威胁患者的生命[3]，因此，对热解炭涂层表面微裂纹扩展的研究至关重要。目前，国内对热解炭涂层断裂性能研究方面的报道较少，国外相关研究人员对热解炭涂层材料裂纹扩展进行了较多的研究，如Ritchie等[4]使用电伺服液压测试系统对热解炭包覆石墨复合材料进行疲劳裂纹扩展试验，研究人工心瓣的断裂韧性与疲劳裂纹扩展速率；Ryder等[5]运用损伤容限设计方法对人工心脏瓣膜组件进行疲劳寿命预测。断裂力学中，根据裂纹所受载荷形式将裂纹分为3种类型：张开型(Ⅰ型)、滑开型(Ⅱ型)及撕开型(Ⅲ型)[6]。人工心瓣瓣片在心脏内作开合运动时，热解炭涂层裂纹扩展面与血流载荷之间的夹角时刻变化，瓣片表面裂纹受到不同方向血流的载荷作用，涂层不是单纯的Ⅰ型或Ⅱ型断裂，因此研究人工心瓣热解炭涂层表面Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹更为合理。裂纹初始起裂角是研究裂纹扩展的重要参数，在预测裂纹扩展路径与处理止裂问题上具有重要意义[7]。……