仿珍珠層結(jié)構(gòu)Al2O3-環(huán)氧樹脂復(fù)合材料制備與性能研究.pdf

1、作為天然生物材料的一種,貝殼經(jīng)過大自然的數(shù)百萬(wàn)年進(jìn)化已經(jīng)演變成了幾乎具有完美結(jié)構(gòu)和優(yōu)異力學(xué)性能的天然復(fù)合材料。珍珠層是存在于多種貝殼中的主要微觀結(jié)構(gòu),由于其有機(jī)質(zhì)-無(wú)機(jī)物的復(fù)合組成,高度有序的堆垛結(jié)構(gòu)方式以及其中的次級(jí)微結(jié)構(gòu)等而具有極好的強(qiáng)度和韌性,這是許多人工合成陶瓷材料無(wú)法比擬的。因此,以貝殼珍珠層結(jié)構(gòu)為模板制備仿珍珠層結(jié)構(gòu)復(fù)合材料成為了提高陶瓷強(qiáng)度,改善陶瓷脆性最受關(guān)注的方法之一。
　　本文首先以河蚌珍珠層為研究對(duì)象,運(yùn)用S

2、EM技術(shù)觀察了珍珠層的微觀堆垛結(jié)構(gòu);結(jié)合X射線儀和熱分析儀(TG和DTA)細(xì)致分析了珍珠層的相組成和熱行為;用三點(diǎn)彎曲、壓縮和納米壓痕等方法對(duì)珍珠層力學(xué)性能進(jìn)行了分析;最后對(duì)珍珠層的結(jié)構(gòu)和性能之間的關(guān)系進(jìn)行探討,總結(jié)得出珍珠層微觀堆垛結(jié)構(gòu)和有機(jī)質(zhì)對(duì)無(wú)機(jī)相的粘附作用是仿珍珠層復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要參考因素。
　　通過天然珍珠層的啟示,本文以冷凍干燥法制備的Al2O3層狀多孔陶瓷為無(wú)機(jī)相,環(huán)氧樹脂固化體系為有機(jī)相,運(yùn)用真空浸漬技術(shù)將樹

3、脂浸滲于陶瓷層片中,制備出仿珍珠層結(jié)構(gòu)Al2O3/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料。本文采用對(duì)比不同固化比例的樹脂,調(diào)節(jié)復(fù)合材料中陶瓷相的含量,引入陶瓷橋結(jié)構(gòu),和改善Al2O3-環(huán)氧樹脂界面的方法使復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)和性能不斷接近珍珠層結(jié)構(gòu)和性能。
　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:隨著樹脂體系中固化劑的增加,復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度和斷裂功的變化趨勢(shì)為先增加后降低,固化比例(環(huán)氧樹脂與固化劑的質(zhì)量比)為1:1時(shí)樹脂固化最充分,材料的強(qiáng)度和斷裂功最大;材料的強(qiáng)度和韌性主要

4、由陶瓷層片與層片間距的厚度比決定,增大陶瓷相含量可提高厚度比,對(duì)比陶瓷相含量為40％和50%的兩種復(fù)合材料,得出陶瓷相含量為50%的材料強(qiáng)度和斷裂功最高;本文采用兩種層狀結(jié)構(gòu)陶瓷(層片間有無(wú)陶瓷橋聯(lián))作為無(wú)機(jī)相,向復(fù)合材料中引入陶瓷橋結(jié)構(gòu),增加了層片間相對(duì)滑動(dòng)的阻力和裂紋擴(kuò)展的抗力,使復(fù)合材料的強(qiáng)度和斷裂功增加。因此得出,固化比例為1:1、陶瓷相含量為50%和具有陶瓷橋的復(fù)合材料強(qiáng)度和斷裂功最大,分別為62.24MPa和3.43KJ/m

5、2,珍珠層雖然材料強(qiáng)度與珍珠層相比較低,但是材料的斷裂功高于珍珠層的1.2KJ/m2,主要是因?yàn)閺?fù)合材料中樹脂含量高,彎曲時(shí)發(fā)生的塑性變形功較高。
　　將Al2O3多孔陶瓷用KH-550偶聯(lián)劑表面處理后,陶瓷表面與偶聯(lián)劑形成了Si-O-Al鍵,表面從親水性轉(zhuǎn)變?yōu)橛H油性,提高了陶瓷與樹脂的相容性。用改性后陶瓷制備復(fù)合材料使材料的強(qiáng)度和斷裂功略有提高,改性后固化比例為1:1、陶瓷相含量為50%和具有陶瓷橋的復(fù)合材料強(qiáng)度和斷裂功分別為6