氟金云母-氟磷灰石玻璃陶瓷的制備及其摩擦性能研究.pdf

1、玻璃陶瓷具有較高的力學(xué)性能、較好的耐磨性和化學(xué)穩(wěn)定性等，在建筑、電子工業(yè)、航空航天、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域有著廣闊的發(fā)展前景。由于玻璃陶瓷主要以SiO2、MgO、Al2O3等氧化物為原料，原料來源廣泛，并且在生產(chǎn)和使用過程中能耗和污染較小，因此近年來得到了廣泛的研究開發(fā)和生產(chǎn)。其中氟金云母/氟磷灰石玻璃陶瓷有較好的可加工性能、生物活性和生物相容性，在牙科和骨科修復(fù)領(lǐng)域具備較大的應(yīng)用潛力，同時(shí)，用于牙科和骨科修復(fù)領(lǐng)域時(shí)，通常要求材料具備良好的力學(xué)性能

2、和摩擦磨損性能，使其既有承擔(dān)一定靜載荷的能力，又具備承擔(dān)一定循環(huán)摩擦載荷的能力，但目前對該材料的研究主要集中在力學(xué)性能以及生物相容性方面，而對其摩擦磨損性能的研究較少，同時(shí)傳統(tǒng)的摩擦制動(dòng)材料常以磷灰石作為填料，而HA和氟磷灰石玻璃陶瓷都含有磷灰石，因此可能在摩擦制動(dòng)領(lǐng)域具備一定的應(yīng)用潛力。
　　本文以硅酸鹽相圖為依據(jù)，設(shè)計(jì)氟金云母/氟磷灰石玻璃陶瓷的基體，采用熔鑄法制備材料;借助X射線衍射、掃描電鏡及能譜分析、熱分析、透射電鏡、原

3、子力顯微鏡等檢測手段對玻璃陶瓷的相組成和顯微形貌進(jìn)行分析和研究。研究了玻璃陶瓷主要晶化相及其含量與力學(xué)性能、摩擦磨損性能的關(guān)系;為了探索氟金云母/氟磷灰石玻璃陶瓷在工業(yè)摩擦領(lǐng)域應(yīng)用的可能性，采用粉末冶金方法制備了玻璃陶瓷和HA復(fù)合材料，研究了兩者的摩擦磨損性能，結(jié)果顯示銅對穩(wěn)定材料的摩擦狀態(tài)有著重要作用，并且玻璃陶瓷基復(fù)合材料在高溫下的摩擦磨損性能更好。本論文共包含圖80幅、表14個(gè)、引用參考文獻(xiàn)151篇。主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下:

4、>　　(1)采用熔鑄法和階梯形熱處理方法制各了氟金云母/氟磷灰石玻璃陶瓷，其中氟金云母晶體呈片狀和塊狀形貌，氟磷灰石呈針狀形貌。
　　(2)氟磷灰石的生長機(jī)理為螺型位錯(cuò)生長機(jī)制，氟磷灰石針狀晶體的尖端為位錯(cuò)生長的臺階源，c晶面的生長速度較快，使得氟磷灰石具備典型的針狀形貌。
　　(3)隨著氟磷灰石成分含量的增加，玻璃陶瓷的晶化度明顯提高，力學(xué)性能也逐漸增加。當(dāng)原料中氟磷灰石的理論含量達(dá)到40％時(shí)，玻璃陶瓷的抗彎強(qiáng)度、斷裂韌性

5、、顯微硬度都達(dá)到最大值，分別為93.22MPa、3.74MPa·m1/2、698MPa。
　　(4)隨著氟磷灰石含量的增加，玻璃陶瓷的摩擦系數(shù)升高并且波動(dòng)逐漸減小。當(dāng)氟磷灰石的理論含量增加到40％時(shí)，玻璃陶瓷的磨損率降至原來的1/3。
　　(5)只含有氟金云母晶體時(shí)，材料力學(xué)性能較差，表面抗剪切能力較弱，摩擦系數(shù)較小，磨損率較大，摩擦表面的粗糙度較高。隨著氟磷灰石成分含量的增加，材料的力學(xué)性能提高，表面抗剪切能力提高，摩擦系

6、數(shù)增大，磨損率降低，摩擦表面的粗糙度降低。
　　(6)氟磷灰石含量較低時(shí)，材料表面容易斷裂剝落，磨屑中大尺寸顆粒比例較高，由于磨屑和摩擦表面的殘余玻璃相含量較高，在摩擦熱作用下，殘余玻璃相出現(xiàn)軟化和塑性變形，因此形成的磨屑具有一定的粘性，容易出現(xiàn)團(tuán)聚。隨著氟磷灰石含量的增加，磨屑粒度減小，團(tuán)聚現(xiàn)象減少。
　　(7)以HA、銅纖維、碳纖維、云母、鈦酸鉀為原料，采用熱壓工藝制備復(fù)合材料。定速摩擦實(shí)驗(yàn)表明，銅含量的增加時(shí)，有助于穩(wěn)