Tribological characteristics of carbon materials subjected to annealing intended for use in heart valves

Carbon materials such as glassy carbon or C/C composites do not always meet the requirements set down for them in technical and biomechanical applications. The most important problem of the manufacturing process that the authors have managed to overcome was the elimination of internal cracks, which cause splitting, in the finished samples. The resulting uniform research material, due to the extremely sensitive implantation site, must meet the following numerous requirements: have high mechanical and chemical strength, exhibit biotolerance, and have high resistance to tribological wear. The paper presents the results of tribological, stereometric, and micromechanical tests of carbon materials that were annealed in a graphite furnace at temperatures of 1500°C, 2000°C, and 2500°C. In order to analyse tribological characteristics, a methodology for performing tests on the ball-on-disk apparatus (T-01 testing machine) was developed that reflect load conditions prevailing in the real node. The tribological tests of glassy carbon confirmed predictions that the temperature of manufacturing has a big impact on its tribological properties, and a higher temperature of annealing does not always improve the material properties.

Materiały węglowe typu węgiel szklisty lub kompozyt C/C nie zawsze spełniają wymagania im stawiane w zastosowaniach technicznych i biomechanicznych. Najistotniejszym problemem procesu wytwarzania, który udało się autorom pokonać było wyeliminowanie pęknięć wewnętrznych w gotowych próbkach powodujących ich podzielenie. Uzyskany jednolity materiał badawczy ze względu na niezwykle newralgiczne miejsce wszczepienia musi spełniać liczne wymagania: wykazywać wysoką wytrzymałość mechaniczną i chemiczną, biotolerancję oraz wysoką odporność na zużycie tribologiczne. W pracy przedstawiono wyniki badań tribologicznych, stereometrycznych i mikromechanicznych materiałów węglowych, które zostały wygrzane w piecu grafitowym, w temperaturach odpowiednio: 1500°C, 2000°C i 2500°C. W celu przeprowadzenia analiz charakterystyk tribologicznych opracowano metodykę badań na stanowisku kula-tarcza (tester T-01), która powinna odzwierciedlić warunki obciążeniowe panujące w rzeczywistym węźle. Przeprowadzone badania tribologiczne węgla szklistego potwierdziły przypuszczenia, iż temperatura wytwarzania tego materiału ma duży wpływ na jego własności tribologiczne, a wyższa temperatura wygrzewania nie zawsze oznacza poprawę właściwości materiału.