[发明专利]一种自润滑性多孔陶瓷基复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

  本发明属于复合材料技术领域，具体涉及一种自润滑性多孔陶瓷基复合材料及其制备方法。

背景技术

    陶瓷基自润滑复合材料是以陶瓷为基体组元，加入固体润滑剂和一些附加组元，通过一定工艺制备而成的具有一定强度和自润滑性能的复合材料；润滑过程是由自润滑材料本身含有的润滑介质，在工作过程中逐渐向配对副摩擦界面转移形成润滑转移膜实现的；如果采用有效的结构设计合成多孔陶瓷基复合材料可使这类陶瓷在受载模式下的强度优于理论密实材料，达到最大比刚度和比强度，同时可在磨损表面形成良好的自润滑膜，从而提高其摩擦学性能；文献“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”介绍了利用海绵制备具有网络互穿结构碳/环氧树脂复合材料，研究表明复合材料中的碳材料及网络互穿的多孔结构明显改善了复合材料的摩擦学性能；现有技术“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”公开了利用真空加压浸渍技术，将铝合金浸渍木炭模板合成C/Al和(C+SiC)/Al复合材料，该材料中的碳相使铝合金的摩擦系数较稳定，并降低了铝合金的磨损率，同时金属的添加明显改善了复合材料的强度，降低了陶瓷材料特有的脆性；然而，上述方法工艺复杂，且对设备要求较高，合成的复合材料的多孔结构被完全利用；因此，在各种工况条件下，如何改善润滑条件，从而达到控制摩擦、减少磨损的目的，一直是摩擦学研究领域的热点；多孔陶瓷基复合材料的多孔结构，可以为润滑剂提供存储通道，同时保证具有良好的强度及耐高温性等，在摩擦学领域具有重要的应用前景，通过多孔材料中自润滑剂的添加或形成，使该类材料有望具有良好的摩擦学性能及自润滑性。

发明内容

    本发明的目的在于制备一种具有良好自润滑性能的多孔陶瓷基复合材料，本发明提供的自润滑性复合材料具有良好的耐磨性，在干摩擦条件下具有良好的摩擦学性能。

为了达到上述目的，本发明自润滑性多孔陶瓷基复合材料的平均摩擦系数在0.11～0.18，磨损率在（0.35～1.08）×10^-6，且该自润滑性多孔陶瓷基复合材料由质量配比为（1~2）：（1~3）：（0.1~0.8）：（0.2~0.5）的甘蔗渣粉、环氧树脂、铝粉及三氧化二铝粉组成。

所述甘蔗渣为粉状，粒径为40~60目；铝粉粒度为100~200目；三氧化二铝粉的粒度为100~200目。

  一种自润滑性多孔陶瓷基复合材料的制备方法，包括步骤如下：

（1）将甘蔗渣粉末、铝粉和三氧化二铝粉末按比例球磨混合均匀，取出并烘干。

（2）以无水乙醇做溶剂，将上述甘蔗渣粉末、铝粉和三氧化二铝粉末浸渍环氧树脂，边加热边磁力搅拌充分浸渍12h~24h，加热温度控制在50~80℃；浸渍完后进行固化。

（3）将固化好的混合物压制成试样。

（4）将压制成型的试样在Ar气氛中高温烧结：高温烧结起始温度为60℃，以5℃/min的速度升温至400℃，保温30min，再以5℃/min的速度分别升温至合适温度进行烧结，保温一定时间，然后以3℃/min的速度冷却至室温。

步骤（1）中所述的甘蔗渣粉末、铝粉和三氧化二铝粉末三者的质量比为（1~2）：（0.1~0.8）：（0.2~0.5）；球磨转速为150~250r/min，球磨时间为10~15h；

步骤（2）中所述甘蔗渣粉末和环氧树脂的质量比为（1~2）：（1~3），固化温度为60~80℃，固化时间为16h~30h；

步骤（3）中所述压制试样的方法为：在80℃，40MPa下保压10~15min成型，再利用冷等静压的方法在100~150MPa下保压1~3min；

步骤（4）中所述烧结温度700~900℃，保温时间为1~3h。