圖 18. 實驗流程圖
圖 19. Pin-on-Disc 磨耗裝置
圖 20. Pin-on-Disc 磨耗裝置(圖 19)之手動操作面盤
圖 21. Pin-on-Disc 磨耗裝置(圖 19)中改裝之外部直流馬達配合原有之 光感測器
2. 負載傳遞機構: 本裝置之負載係由砝碼透過槓桿原理設計來放 大，其放大比例為 10:1。實驗條件中之 50、70 與 90Kg 荷重係以 5KG、7KG 及 9KG 之砝碼組合所產生。圖 22 為位於 Disc 試片 下方之負載傳遞機構。
3. 數據擷取及傳輸: 圖 23 為該機構較為詳細之示意圖。Disc 試片潛 變下陷深度係利用數位千分表來量測。數據的擷取頻率由改裝之 小型直流馬達搭配光感測器來作控制。在潛變過程中，當 Disc 試片因負載而造成受壓區域下陷的深度變化將會經由數位千分 表傳輸至電腦軟體並記錄之。同理，在潛變鬆弛過程中，Disc 試 片回彈之深度變化同樣可藉由數位千分表來讀取及傳輸，如此即 可記錄完整之潛變負載及潛變鬆弛之 Disc 試片深度變化之數 據，參見圖 24。
圖 22. 潛變試驗裝置之負載施加處(箭頭指處)，該裝置係利用槓桿 原理將砝碼重量放大後傳送到 Pin 與 Disc 的接觸面
圖 23. 潛變試驗裝置之負載傳遞機構示意圖
圖 24. 紀錄 Disc 試片潛變深度變化量之數位千分表，該表頂針垂直 接觸於試片載台上
3-2 試驗材料準備試驗材料準備試驗材料準備試驗材料準備
本實驗所採用之UHMWPE係生醫級材料，其分子量大於3百萬 amu、密度為0.93 mg/mm
3
、蕭氏硬度與降伏強度分別為HRS68與 2.34kg/mm2
。將UHMWPE切割成直徑50mm與高10mm的圓盤，製作 UHMWPE 之 Disc 試片表面粗糙度大致可控制在 0.51µm~0.82µm 範圍內。圖 29 為本測試所使用之表面粗度儀。4. 震盪清洗：將 Pin 與 Disc 試片放入燒杯中後倒入酒精覆蓋住全部，
再將燒杯置於已裝水之超音波清洗槽中以間接方式清洗，去除任 何可能的外部油汙或汙染，參見圖 30 處理實況。
5. 乾燥：震盪清洗後將 Pin 與 Disc 試片表面擦乾，置入乾燥箱(相對 濕度 30%)中保存，等候試驗開始時再取出使用。
圖25. UHMWPE之Disc試片外觀及尺寸圖
圖 26. Ti 合金之 Pin 試片外觀及尺寸圖
圖 27. 濕式手磨台
圖 28. 電動圓盤研磨拋光機
圖 29. 表面粗度計(廠牌：MITUTOYO，型號：SJ-401)
圖 30. 超音波震盪器(槽內為純水，燒杯內為酒精)
3-3 潛變試驗步驟與數據擷取方法潛變試驗步驟與數據擷取方法潛變試驗步驟與數據擷取方法潛變試驗步驟與數據擷取方法
點因為失去負載而脫離，在砝碼陸續取下後，最後保留一個小砝碼 (500g)於槓桿機構的長力臂端上，以確保深度變化記錄的連續性。
(5) 基礎零點彈性量修正： 在潛變負載進行當中，由數位千分 表量測到的深度變化除了來自 Disc 試片本身的潛變變形，另外還包 含了潛變裝置本身的彈性變形量。依據步驟(1)相同的方法，將 Pin 直 接接觸試片載台，記錄在不同負載狀態下試片載台位置變化的情形，
此一數值可視為潛變裝置本身的彈性變形量。此一彈性量必須先行測 得並於後續記錄之潛變應變中於以扣除修正之。至於在潛變鬆弛部 分，由於裝置本身的彈性變形量會立即完全回復，所以不需進行上述 修正動作。
(6) 數據的擷取與分析： 當試驗結束之後，將數位千分表量 測到的 Disc 試片下陷深度數據以應變(Y 軸)隨時間(X 軸)變化方式來 呈現。
按以上各步驟即可完成一組完整之潛變試驗，下一單元再針對潛 變試驗的其它規劃參數做說明。
3-4 潛變試潛變試潛變試潛變試驗之試片驗之試片驗之試片驗之試片規劃規劃規劃規劃
表2. 編號A~D四組試驗之測試參數
試驗編號
潛變試驗參數條件 荷重
(kg)
潛變負載時間(min)
A
90 6000
B C D
註： A、B與C試驗所用之試片分別取自同批號不同的試片，
而D試驗與C試驗係取自同一塊試片中不同的區域
表3. 編號No.1~27組試驗之測試參數組合
圖 31. 在 ε vs. time 潛變曲線圖中定義潛變負載時間(t1)、潛變鬆弛時 間(t
R
)與潛變鬆弛穩定時間(t2)第四章第四章第四章 試驗在潛變時間 6000min 及 12000min 時所對應之應變值，這兩個應 變之標準差分別只佔其平均值的 1.5%與 6%。上述結果反應出本研究 改裝之潛變裝置與自訂標準化之測試方法具一定程度穩定性，此外試 片材料本身之變異度也應該不大，不至於影響後續正式實驗之判斷。