[發明專利]一種自潤滑性多孔陶瓷基復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201410186200.0
• 申請日: 2014-05-06
• 公開（公告）號: CN103992133A
• 公開（公告）日: 2014-08-20
• 發明（設計）人: 潘建梅;程曉農;嚴學華;李軍;張成華
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: C04B38/06
• 分類號: C04B38/06;C04B35/10;C04B35/622
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 樓高潮

技術領域

??本發明屬于復合材料技術領域，具體涉及一種自潤滑性多孔陶瓷基復合材料及其制備方法。

背景技術

????陶瓷基自潤滑復合材料是以陶瓷為基體組元，加入固體潤滑劑和一些附加組元，通過一定工藝制備而成的具有一定強度和自潤滑性能的復合材料；潤滑過程是由自潤滑材料本身含有的潤滑介質，在工作過程中逐漸向配對副摩擦界面轉移形成潤滑轉移膜實現的；如果采用有效的結構設計合成多孔陶瓷基復合材料可使這類陶瓷在受載模式下的強度優于理論密實材料，達到最大比剛度和比強度，同時可在磨損表面形成良好的自潤滑膜，從而提高其摩擦學性能；文獻“T.C.?Wang,?D.S.?Xiong,?T.L.?Zhou,?G.D.?Zhang,?Preparation?and?wear?behavior?of?carbon/epoxy?resin?composites?with?an?interpenetrating?network?structure?derived?from?natural?sponge.?Carbon.?48?(2010)?2435–2441”介紹了利用海綿制備具有網絡互穿結構碳/環氧樹脂復合材料，研究表明復合材料中的碳材料及網絡互穿的多孔結構明顯改善了復合材料的摩擦學性能；現有技術“T.C.?Wang,?T.X.?Fan,?D.?Zhang,?G.D.?Zhang,?The?fabrication?and?wear?properties?of?C/Al?and?(C?+?SiC)/Al?composites?based?on?wood?template，Materials?Letters.?60?(2006)?2695–2699”公開了利用真空加壓浸漬技術，將鋁合金浸漬木炭模板合成C/Al和(C+SiC)/Al復合材料，該材料中的碳相使鋁合金的摩擦系數較穩定，并降低了鋁合金的磨損率，同時金屬的添加明顯改善了復合材料的強度，降低了陶瓷材料特有的脆性；然而，上述方法工藝復雜，且對設備要求較高，合成的復合材料的多孔結構被完全利用；因此，在各種工況條件下，如何改善潤滑條件，從而達到控制摩擦、減少磨損的目的，一直是摩擦學研究領域的熱點；多孔陶瓷基復合材料的多孔結構，可以為潤滑劑提供存儲通道，同時保證具有良好的強度及耐高溫性等，在摩擦學領域具有重要的應用前景，通過多孔材料中自潤滑劑的添加或形成，使該類材料有望具有良好的摩擦學性能及自潤滑性。

發明內容

????本發明的目的在于制備一種具有良好自潤滑性能的多孔陶瓷基復合材料，本發明提供的自潤滑性復合材料具有良好的耐磨性，在干摩擦條件下具有良好的摩擦學性能。

為了達到上述目的，本發明自潤滑性多孔陶瓷基復合材料的平均摩擦系數在0.11～0.18，磨損率在（0.35～1.08）×10^-6，且該自潤滑性多孔陶瓷基復合材料由質量配比為（1~2）：（1~3）：（0.1~0.8）：（0.2~0.5）的甘蔗渣粉、環氧樹脂、鋁粉及三氧化二鋁粉組成。

所述甘蔗渣為粉狀，粒徑為40~60目；鋁粉粒度為100~200目；三氧化二鋁粉的粒度為100~200目。

??一種自潤滑性多孔陶瓷基復合材料的制備方法，包括步驟如下：

（1）將甘蔗渣粉末、鋁粉和三氧化二鋁粉末按比例球磨混合均勻，取出并烘干。

（2）以無水乙醇做溶劑，將上述甘蔗渣粉末、鋁粉和三氧化二鋁粉末浸漬環氧樹脂，邊加熱邊磁力攪拌充分浸漬12h~24h，加熱溫度控制在50~80℃；浸漬完后進行固化。

（3）將固化好的混合物壓制成試樣。

（4）將壓制成型的試樣在Ar氣氛中高溫燒結：高溫燒結起始溫度為60℃，以5℃/min的速度升溫至400℃，保溫30min，再以5℃/min的速度分別升溫至合適溫度進行燒結，保溫一定時間，然后以3℃/min的速度冷卻至室溫。

步驟（1）中所述的甘蔗渣粉末、鋁粉和三氧化二鋁粉末三者的質量比為（1~2）：（0.1~0.8）：（0.2~0.5）；球磨轉速為150~250r/min，球磨時間為10~15h；

步驟（2）中所述甘蔗渣粉末和環氧樹脂的質量比為（1~2）：（1~3），固化溫度為60~80℃，固化時間為16h~30h；

步驟（3）中所述壓制試樣的方法為：在80℃，40MPa下保壓10~15min成型，再利用冷等靜壓的方法在100~150MPa下保壓1~3min；

步驟（4）中所述燒結溫度700~900℃，保溫時間為1~3h。