氧化铝基陶瓷摩擦材料的制备与性能研究

论文摘要

随着科学技术的迅速发展,对摩擦材料性能提出越来越高的要求。传统的摩擦材料已不能满足实际需要。因此,研究开发具有优异综合性能的新型摩擦材料是十分重要而又迫切的。Al2O3是一种有着许多优良性能的重要特种陶瓷,在许多领域得到了广泛的应用。Al2O3陶瓷及其复合材料具有密度低、强度高、耐磨性及化学稳定性高,高温下摩擦系数稳定等性能,在摩擦材料领域有着极大的应用潜力。本研究以来源丰富、价格低廉的Al2O3为基体,通过添加助烧剂和钛酸钾晶须,在低温下烧结得到了氧化铝基陶瓷摩擦材料。利用正交试验设计得到了材料制备的最优化工艺。采用MM-200型磨损试验机,就不同配比和不同烧结条件对氧化铝基陶瓷摩擦材料的摩擦行为与机理影响进行了较系统的研究,并结合多种分析手段,分析讨论了氧化铝基陶瓷摩擦材料的显微结构和性能。为氧化铝基陶瓷摩擦材料的应用提供了实验参考。结果表明,钛酸钾晶须的最佳加入量为10wt%,烧结温度越高,烧结压力越大,材料的性能越好,保温时间应适当。材料的最优化制备工艺为:烧结温度1300℃,烧结压力10kN,保温时间1h。此条件下制得的试样综合性能最优。钛酸钾晶须的加入使复合材料具有较好的力学性能。材料断裂时为沿晶穿晶混合断裂模式,钛酸钾晶须的存在使裂纹发生偏转、钉扎等现象,导致裂纹扩展受阻,这是复合材料力学性能提高的重要原因。陶瓷基摩擦材料的磨损机理主要为沿晶或穿晶断裂时的晶粒脱落。在摩擦过程中,由于外力作用,材料的气孔周围会产生较大的应力集中而容易导致裂纹的产生与扩展,从而使材料产生剥落磨损。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 摩擦材料的性能要求
• 1.1.2 摩擦材料的分类
• 1.1.3 陶瓷基复合摩擦材料的研究现状
• 1.1.4 纤维在摩擦材料中的应用
• 1.1.5 陶瓷基摩擦材料的应用和发展
• 1.1.6 摩擦磨损的基本理论
• 1.2 课题的研究意义及创新点
• 1.2.1 课题的研究意义
• 1.2.2 课题的创新点
• 第二章 氧化铝基陶瓷摩擦材料的制备与表征
• 2.1 原料与仪器
• 2.1.1 试验原料
• 2.1.2 试验仪器
• 2.2 试样的制备工艺
• 2.3 材料的性能测试方法
• 2.3.1 密度和气孔率的测定
• 2.3.2 力学性能的测定
• 2.3.3 摩擦系数和磨损率的测定
• 2.3.4 材料的微观结构测试
• 第三章 正交试验设计在摩擦材料制备中的应用
• 3.1 概述
• 3.1.1 正交试验设计的基本步骤
• 3.1.2 正交试验设计结果的直观分析
• 3.2 正交试验设计在摩擦材料制备中的应用
• 3.2.1 试验设计
• 3.2.2 试验方案
• 3.3 试验
• 3.3.1 试验过程
• 3.3.2 试验结果
• 3.3.3 数据处理
• 3.3.4 理论分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 晶须含量对氧化铝基陶瓷摩擦材料的性能影响
• 4.1 试验方法
• 4.2 试验结果
• 4.2.1 试样的力学性能
• 4.2.2 试样的摩擦性能
• 4.2.3 试样的微观结构
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 晶须含量对材料力学性能的影响
• 4.3.2 晶须含量对材料摩擦性能的影响
• 4.3.3 晶须含量对材料微观结构的影响
• 4.4 本章小结
• 第五章 烧结条件对氧化铝基陶瓷摩擦材料的性能影响
• 5.1 试验方法
• 5.1.1 烧结温度
• 5.1.2 烧结压力
• 5.1.3 保温时间
• 5.2 试验结果
• 5.2.1 试样的力学性能
• 5.2.2 试样的摩擦性能
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 烧结条件对材料力学性能的影响
• 5.3.2 氧化铝基陶瓷摩擦材料的强韧化机理
• 5.3.3 烧结条件对材料摩擦性能的影响
• 5.3.4 摩擦磨损机理分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历
• 发表的学术论文