碳纖維、碳納米管增強(qiáng)Ti3SiC2復(fù)合材料的制備與摩擦學(xué)研究.pdf

1、Ti3SiC2是一種綜合性能優(yōu)異的三元層狀化合物，結(jié)合了金屬和陶瓷的許多優(yōu)良性質(zhì)，具有良好的導(dǎo)熱性、易加工性、耐腐蝕性、抗氧化性和自潤(rùn)滑性。但是它的硬度相對(duì)較低，剪切強(qiáng)度不高，耐磨性不足，這就極大地限制了 Ti3SiC2作為固體自潤(rùn)滑材料的使用范圍。為了改善Ti3SiC2的硬度和耐磨性，將碳纖維、碳納米管作為增強(qiáng)相與Ti3SiC2進(jìn)行復(fù)合，以制備出硬度較高、耐磨性好和自潤(rùn)滑性能優(yōu)良的碳纖維、碳納米管增強(qiáng)Ti3SiC2復(fù)合材料。
　

2、　 本文從改善碳纖維、碳納米管與Ti3SiC2界面結(jié)合的角度出發(fā)，探討了碳纖維、碳納米管表面鍍覆處理和Ti3SiC2粉末合成的工藝，研究了碳纖維、碳納米管增強(qiáng)Ti3SiC2復(fù)合材料的摩擦學(xué)特性，并討論了相應(yīng)的摩擦磨損和自潤(rùn)滑機(jī)理。
　　 (1)以Ti粉、TiH2粉和HCl(30％)溶液配制成鍍覆粉末，研究了真空微蒸發(fā)鍍覆法的鍍覆溫度和保溫時(shí)間，確定了最佳工藝為在真空度高于6.0×10-2Pa時(shí)，以15℃/min升溫到850℃，

3、保溫2h，鍍膜致密、完整和均勻。按照摩爾比為4.05Ti/2SiC/1TiC/0.2Al配制粉末，在真空度高于6.0×10-2Pa時(shí)，以15℃/min升溫至1280℃，保溫2h，可制備出Ti3SiC2粉末，其純度達(dá)到99.9wt.％。
　　 (2)將鍍覆碳纖維、碳納米管分別與Ti3SiC2粉末混合，運(yùn)用放電等離子燒結(jié)技術(shù)，在1200℃保溫10min的條件下可制備出復(fù)合材料樣品。分析了復(fù)合材料樣品的物相組成、微觀結(jié)構(gòu)、相對(duì)密度和表

4、面硬度，研究結(jié)果表明：兩種復(fù)合材料樣品的致密性良好，但是碳纖維的添加使得 Ti3SiC2樣品的表面硬度顯著下降，而碳納米管的添加使得 Ti3SiC2樣品的表面硬度顯著提高。
　　 (3)選用GCr15鋼球作為摩擦副，對(duì)復(fù)合材料樣品進(jìn)行摩擦磨損實(shí)驗(yàn)，研究結(jié)果顯示：CFs(8wt.％)-Ti3SiC2和CNTs(3wt.％)-Ti3SiC2樣品具有較好的摩擦學(xué)性能，兩者的摩擦系數(shù)和磨損率分別為0.78、6.47×10-5mm3(Nm

5、)-1和0.40、1.80×10-4mm3(Nm)-1。與純Ti3SiC2樣品相比，CFs(8wt.％)-Ti3SiC2的摩擦系數(shù)較大，磨損率卻下降了；而CNTs(3wt.％)-Ti3SiC2的摩擦系數(shù)和磨損率都較小，這說(shuō)明碳納米管對(duì)復(fù)合材料的摩擦性能改善明顯。通過(guò)對(duì)樣品磨痕、磨屑和磨球磨痕進(jìn)行微觀形貌和能譜分析，可初步判定：CFs(8wt.％)-Ti3SiC2樣品發(fā)生了氧化磨損和黏著磨損，而CNTs(3wt.％)-Ti3SiC2樣品發(fā)