B4C/PTFE复合材料的制备及性能研究

论文摘要

聚四氟乙烯(PTFE)由于具有优良的摩擦学性能而被广泛应用于摩擦领域,但是其强度及耐磨性较差,在高载荷及高滑动速度的作用下容易发生变形及磨损。B4C陶瓷具有高硬度、良好的耐蚀性及高耐磨性等特点,也被用于摩擦领域,但脆性大的缺点限制了其应用。目前第二相填充PTFE复合材料的研究非常广泛,主要集中在碳纤维、纳米Al2O3、SiC等与PTFE复合方面,B4C/PTFE复合材料的研究还未见报道。本文通过真空烧结法制备了B4C/PTFE复合材料,研究了复合材料的力学性能以及载荷、滑动速度、B4C含量和B4C粒径对复合材料摩擦性能(摩擦系数、磨损量和摩擦机理)的影响,并研究了偶联剂对B4C颗粒表面的改性。研究结果表明：(1)B4C/PTFE复合材料的弯曲强度及断裂韧性随着PTFE含量的增多而升高,当PTFE质量百分含量为50%时,弯曲强度为60MPa,是纯PTFE的5倍,比国内制备的Ba2Ti902o/PTFE复合材料弯曲强度提高了3倍；当PTFE含量一定时,复合材料的力学性能随着粗B4C颗粒含量的增加而降低,主要是因为大颗粒容易成为应力集中源,降低了力学性能。(2)添加细B4C颗粒的复合材料和纯PTFE相比耐磨性有很大提高,摩擦系数有所提高。然而在高速高载条件下,复合材料的摩擦系数接近纯PTFE的摩擦系数,约为0.04。细B4C/PTFE复合材料对摩擦工件有很好的保护作用,复合材料的磨损形式主要为粘着磨损,因此可用做耐磨材料。(3)添加粗B4C颗粒的复合材料在耐磨性上比纯PTFE有更大的提高,然而摩擦系数却提高数倍,并且复合材料表面的B4C大颗粒对摩擦工件有强烈的犁削作用,磨损机理主要为B4C大颗粒断裂而形成的磨料磨损,因此可以用于磨削领域。(4)利用偶联剂对B4C颗粒进行表面改性后,可以提高B4C与PTFE之间的界面结合力,从而改善复合材料的摩擦学性能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 摩擦材料的研究现状
• 1.2.1 金属耐磨材料
• 1.2.2 陶瓷耐磨材料
• 1.2.3 高分子耐磨材料
• 1.2.4 耐磨材料存在的问题以及发展趋势
• 1.3 碳化硼概述
• 1.3.1 碳化硼的性能
• 1.3.2 碳化硼的应用
• 1.4 聚四氟乙烯概述
• 1.4.1 聚四氟乙烯性能
• 1.4.2 聚四氟乙烯材料的制备
• 1.4.3 聚四氟乙烯的应用
• 1.5 填充聚四氟乙烯复合材料研究现状
• 1.6 论文研究内容及意义
• 第二章 实验材料和实验方法
• 2.1 实验用原材料
• 2.1.1 PTFE悬浮液
• 4C粉体'>2.1.2 B₄C粉体
• 2.2 复合材料的成分设计及制备
• 2.2.1 复合材料的成分设计
• 2.2.2 混料
• 2.2.3 成型
• 2.2.4 烧结
• 2.3 复合材料性能测试
• 2.3.1 体积密度和相对密度的测定
• 2.3.2 弯曲强度的测定
• 2.3.3 断裂韧性的测定
• 2.3.4 金相和断口扫描分析
• 2.3.5 红外光谱检测
• 2.3.6 复合材料的差示扫描量热分析（DSC）
• 2.4 复合材料摩擦磨损性能研究
• 2.5 实验设备
• 4C/PTFE复合材料基本性能的研究'>第三章 B₄C/PTFE复合材料基本性能的研究
• 4C/PTFE复合材料的组织结构'>3.1 B₄C/PTFE复合材料的组织结构
• 4C/PTFE复合材料的体积密度'>3.2 B₄C/PTFE复合材料的体积密度
• 4C/PTFE复合材料DSC分析'>3.3 B₄C/PTFE复合材料DSC分析
• 4C/PTFE复合材料力学性能分析'>3.4 B₄C/PTFE复合材料力学性能分析
• 3.5 本章小结
• 4C/PTFE复合材料摩擦磨损性能研究'>第四章 B₄C/PTFE复合材料摩擦磨损性能研究
• 4C细颗粒复合材料摩擦磨损性能研究'>4.1 添加B₄C细颗粒复合材料摩擦磨损性能研究
• 4.1.1 不同载荷下复合材料摩擦磨损性能研究
• 4.1.2 不同转速下复合材料摩擦磨损性能研究
• 4C/PTFE复合材料的磨损机理及分析'>4.1.3 添加细B₄C/PTFE复合材料的磨损机理及分析
• 4C粗颗粒复合材料摩擦磨损性能研究'>4.2 添加B₄C粗颗粒复合材料摩擦磨损性能研究
• 4.2.1 不同载荷下复合材料摩擦磨损性能研究
• 4.2.2 不同转速下复合材料的摩擦磨损性能研究
• 4C颗粒复合材料的磨损机理分析'>4.2.3 添加粗B₄C颗粒复合材料的磨损机理分析
• 4.3 陶瓷颗粒表面改性对复合材料摩擦磨损性能影响
• 4.3.1 陶瓷表面处理目的及原理
• 4.3.2 陶瓷颗粒表面改性后的红外分析
• 4C经偶联剂处理复合材料的摩擦磨损性能'>4.3.3 B₄C经偶联剂处理复合材料的摩擦磨损性能
• 4.4 本章小结
• 第五章 实验结论
• 参考文献
• 致谢