316L纤维尺寸和含量对HA-ZrO2(CaO)/316L纤维复合生物材料性能的影响

摘要： 研究了316L纤维的长度、直径与含量对HA-ZrO2(CaO)/316L纤维生物复合材料的力学性能的影响规律. 结果表明: 纤维直径为40μm的复合材料力学性能优于纤维直径为50μm的复合材料; 纤维长度为0.8～1.2mm的复合材料力学性能优于纤维长度为2～3mm的复合材料; 随着纤维体积分数增大, 纤维之间相互接触而导致在复合材料中形成的微孔增多, 并成为微裂纹源, 导致材料力学性能下降. 含20vol%直径为40μm、长度为0.8～1.2mm的316L纤维的HA-ZrO2(CaO)/316L纤维生物复合材料的综合力学性能最佳, 其抗弯强度、杨氏模量、断裂韧性和相对密度分别为140.1MPa、117.8GPa、5.81MPa·m 1/2和87.1%. 复合材料微观组织随HA粉末和316L纤维成分的变化呈规律性变化, 没有出现明显的裂纹或孔隙, 316L纤维与HA-ZrO2(CaO)基体紧紧地咬合在一起, 其结合主要靠基体对316L纤维的物理附着力所致. 基体中发生微量Fe元素扩散, 但在316L纤维中不发生基体Ca、P元素的扩散. 含5%316L纤维复合材料表现为脆性断裂, 而含10%、20%、40%316L纤维复合材料均表现为韧性断裂, 且韧性程度随316L纤维含量的增加而增大.