[发明专利]一种钢纤维和硅酸铝纤维混杂增强陶瓷基复合材料

说明书

一种钢纤维和硅酸铝纤维混杂增强陶瓷基复合材料，纤维增强陶瓷基复合材料因具有优异的耐高温、抗氧化性、耐磨损及热稳定性能，作为高温摩擦材料具有广阔的应用前景。利用热压烧结法制备了钢纤维和硅酸铝纤维混杂增强陶瓷基复合材料。随硅酸铝纤维含量的增加，复合材料的摩擦因数增大；高温下复合材料的耐磨性能随硅酸铝纤维含量的增大而降低；未添加硅酸铝纤维复合材料的磨损形式主要表现为脆性脱落和疲劳磨损，并伴有磨粒磨损；添加了硅酸铝纤维的陶瓷基摩擦材料的磨损形式均以粘着磨损为主。

技术领域

本发明涉及一种粉末冶金材料，尤其涉及一种钢纤维和硅酸铝纤维混杂增强陶瓷基复合材料。

背景技术

纤维增强陶瓷基复合材料因具有优异的耐高温、抗氧化性、耐磨损及热稳定性能，作为高温摩擦材料具有广阔的应用前景。增强纤维是摩擦材料中重要的组元之一，其对摩擦材料的力学性能和摩擦磨损性能具有重要影响。目前，摩擦材料中常用的增强纤维主要为钢纤维， 其在半金属摩擦材料甚至是铜基粉末冶金摩擦材料中也取得了良好的效果。

钢纤维存在易生锈、锈蚀后出现粘着或刮伤对偶的问题，使得摩擦材料的制动性能不稳定，磨损也较大。硅酸铝陶瓷纤维具有密度低、耐高温和抗氧化能力强等特点，可以作为增强纤维来增强陶瓷基复合材料。添加硅酸铝纤维能够降低Al2O3-SiO2系陶瓷基复合材料的脆性，并提高其强度和热稳定性能。此外，硅氧铝陶瓷纤维能够显著提高树脂基摩擦材料的抗热衰退性能，当添加质量分数为5%-10%时，摩擦材料具有较好的摩擦和磨损性能。然而，硅酸铝陶瓷纤维韧性较差，而钢纤维作为一种金属纤维，其韧性较高，如果将钢纤维和硅酸铝陶瓷纤维混杂来增强陶瓷基摩擦材料，就可以起到互补作用，其摩擦磨损性能可能会更好。

发明内容

本发明的目的是为了改善陶瓷基复合材料的耐磨效果，设计了一种钢纤维和硅酸铝纤维混杂增强陶瓷基复合材料。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

钢纤维和硅酸铝纤维混杂增强陶瓷基复合材料的制备原料包括：陶瓷基体原料由氧化铝（江都市新晶辉特种耐火材料有限公司）、粘土（武钢集团矿业有限责任公司焦作矿）和钾长石（临湘市天信矿石有限公司）组成，其颗粒大小分别为120-150，80μm和45μm，质量配比为29：20：15，以45μm碳化硅（淄博国凯铝业有限公司）、75μm鳞状石墨（山东省南墅石墨矿）和还原铁粉（上海纪东粉末冶金厂生产并过200目筛）作为摩擦调节剂，其质量配比为1：1：1；以钢纤维（珠海大正金属纤维有限公司，D3-52F型，等效直径为60-180μm，长度为1-3mm）和硅酸铝纤维（山东鲁阳有限公司，直径5-10μm，长度3-5mm）作为增强材料。

钢纤维和硅酸铝纤维混杂增强陶瓷基复合材料的制备步骤为：在保持陶瓷基体组分、钢纤维及摩擦调节剂相对比例不变（16:6:3）的前提下，分别加入质量分数为0%，8%，16%，24%的硅酸铝陶瓷纤维。用精密天平称量各组分后，用LVH-0.1型高速混料机混料，混料时间为15min，然后在混料中添加质量分数为1.7%的聚乙烯醇溶液，搅拌均匀，最终将混料烘干。用YX32-500型油压机在25MPa压制力下压制成尺寸为200mmX100mmX10mm的样块，并在氮气作保护气氛的DGNL-300型多功能烧结炉中于1100℃烧结，压力为2MPa，保温2h，最后将烧结体机加工成尺寸为25mmX25mmX6mm的试样。