低摩擦高耐磨高纯氧化铝陶瓷的制备研究

论文摘要

高纯Al2O3陶瓷用于摩擦磨损材料,具有硬度高,耐磨性好、耐高温、耐腐蚀及寿命长等一系列优良性能,本课题以陶瓷导丝器和陶瓷电机轴的应用为研究背景,利用Al2O3原料来源丰富、价格低廉、机械性能好等特性,制备出了满足项目性能指标的高纯Al2O3陶瓷材料,分析了影响材料综合机械性能的各项因素,探讨了摩擦磨损机理,并建立了材料表面粗糙度和摩擦系数间的关系,对影响材料摩擦磨损性能的因素做了系统研究,特别提到了3GMC（Three Kinds of Grain Microstructure Ceramic）显微结构材料的低摩擦学设计原理。首先研究了成型方式和成型压力对材料力学性能的影响,研究中比较了干压和冷等静压的成型效果,并研究了在干压成型方式下,不同压力对材料性能的影响。研究了两种添加剂体系的Al2O3陶瓷材料:一种是在烧结过程中形成液相的MgO-SiO2-Al2O3体系的材料,另一种是与Al2O3基体形成固溶体的ZrO2增韧Al2O3体系的材料。总体看来,后者比前者具有更优异的综合性能,主要是由于ZrO2的相变增韧和ZrO2粒子的颗粒弥散强化增韧。对影响材料摩擦磨损性能的内因与外因做了系统化研究。就其内因而言,力学性能对材料的摩擦学性能起主导作用,显微结构也是重要影响因素;对外部因素来说,载荷和转速是最重要的影响因素。探讨了两种体系材料的摩擦磨损机理,对MgO-SiO2-Al2O3体系的材料来说,其摩擦磨损机理是磨粒磨损和疲劳磨损;对ZrO2增韧Al2O3体系材料来说,磨损机理主要是磨粒磨损和粘着磨损,且后者比前者的磨损性能好,主要是由于后者材料的力学性能较好,韧性较强,晶粒不易拔出,发生的是轻微磨损。建立了材料表面粗糙度和摩擦系数间的对应关系,指出材料的表面粗糙度越小,摩擦系数越低,并且提到了具有3GMC显微结构的材料摩擦系数低的微观摩擦学设计理念。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题的研究目的及意义
• 1.2 国内外陶瓷摩擦器件的研究现状
• 2O₃ 陶瓷概述'>1.3 高纯A1₂O₃陶瓷概述
• 2O₃ 陶瓷摩擦器件的应用'>1.4 A1₂O₃陶瓷摩擦器件的应用
• 1.5 摩擦与磨损的基本理论
• 1.6 影响陶瓷材料摩擦磨损特性的因素
• 2 研究内容及测试方法
• 2.1 研究内容
• 2.2 测试方法
• 3 成型工艺与烧结工艺研究
• 3.1 粘结剂的选择及加入量
• 3.2 成型方法及压力大小
• 2O₃ 陶瓷烧结体性能的影响'>3.3 烧结工艺对A1₂O₃陶瓷烧结体性能的影响
• 3.4 本章小结
• 4 不同添加剂对AL203 陶瓷性能的影响
• 4.1 引言
• 2复合添加剂对A1₂O₃ 陶瓷性能的影响'>4.2 MgO-SiO₂复合添加剂对A1₂O₃陶瓷性能的影响
• 2添加A1₂O₃ 陶瓷的力学性能及增韧机理'>4.3 ZrO₂添加A1₂O₃陶瓷的力学性能及增韧机理
• 2O₃稳定ZrO₂对A1₂O₃ 基陶瓷材料的影响'>4.4 Y₂O₃稳定ZrO₂对A1₂O₃基陶瓷材料的影响
• 4.5 韧化机理探讨
• 4.6 本章小结
• 5 高纯AL203 陶瓷材料的摩擦磨损行为研究
• 5.1 引言
• 2O₃ 陶瓷材料的摩擦磨损性能测试'>5.2 A1₂O₃陶瓷材料的摩擦磨损性能测试
• 2O₃ 陶瓷材料摩擦磨损性能的内因与外因分析'>5.3 影响A1₂O₃陶瓷材料摩擦磨损性能的内因与外因分析
• 2O₃ 陶瓷材料的表面粗糙度和摩擦系数间的关系'>5.4 A1₂O₃陶瓷材料的表面粗糙度和摩擦系数间的关系
• 5.5 摩擦磨损机理探讨
• 5.6 本章小结
• 6 全文总结
• 致谢
• 参考文献
• 附录 攻读硕士学位期间发表的论文目录