三元层状陶瓷Ti_3AlC_2/超高分子量聚乙烯复合材料的制备及性能

为了增强超高分子量聚乙烯(UHMWPE)的性能,研究采用表面改性的Ti_3AlC_2填充UHMWPE,通过热压成型制备了Ti_3AlC_2/UHMWPE复合材料。采用SEM观察复合材料的微观结构,表明Ti_3AlC_2均匀分散在UHMWPE基体中,表面处理后的填料与基体界面熔合较好;热分析结果表明,Ti_3AlC_2的添加降低了UHMWPE的结晶度和结晶热焓,同时提高了聚合物的热传导性;DMA分析结果表明,添加Ti_3AlC_2有效地提高了Ti_3AlC_2/UHMWPE复合材料的抗蠕变性能,得益于无机粒子改善了复合材料的硬度和刚性,提高了复合材料抗外界应力变形能力;摩擦学性能分析表明,适量的Ti_3AlC_2(质量分数≤15wt%)填充UHMWPE能有效提高复合材料的减磨抗摩性能,同时磨痕表面形貌分析结果表明,Ti_3AlC_2/UHMWPE复合材料的摩擦磨损机制由粘着磨损向磨粒磨损转变。     

纳米ZnO和SiO2共混填充UHMWPE复合材料的摩擦磨损行为

以纳米ZnO和纳米SiO2作为复合填料,通过热压成型工艺制备了纳米ZnO-SiO2复合填充超高分子量聚乙烯(UHMWPE)复合材料;采用销-盘式摩擦磨损试验机考察了复合材料在干摩擦条件下与45#钢配副时的摩擦磨损行为;采用扫描电子显微镜观察了复合材料磨损表面形貌。结果表明,适量的纳米ZnO-SiO2作为复合填料可有效地改善UHMWPE的摩擦磨损性能,其中填充2%ZnO 2%SiO2的UHMWPE基复合材料改性效果最为明显。与纯UHMWPE材料相比,其磨损率下降了84.7%。纯UHMWPE的磨损机制主要表现为粘着磨损和疲劳磨损,而不同含量的无机纳米微粒共混填充UHMWPE基复合材料的磨损机制主要表现为不同程度的粘着磨损、犁沟效应和塑性变形特征。     

超高分子量聚乙烯纤维/有机玻璃复合材料力学及摩擦磨损性能研究

用真空浸渍法制备出了超高分子量聚乙烯纤维／有机玻璃(即UHMWPE／PMMA)复合材料，并研究了其力学性能和摩擦磨损性能。实验证明，UHMWPE／PMMA复合材料具有优良的力学性能和摩擦磨损性能。纤维表面处理可以改善复合材料的力学性能。三维编织纤维增强的复合材料的磨损量远小于长纤维增强的复合材料的，但其摩擦系数没有显著变化。     

超高分子量聚乙烯/纳米TiO_2复合材料的摩擦磨损行为

用热压成型法制备了纳米TiO2填充超高分子量聚乙烯(UHMWPE)复合材料,采用销-盘式摩擦磨损试验机考察了复合材料在干摩擦条件下与45#钢配副时的摩擦磨损行为,采用扫描电子显微镜观察了复合材料磨损表面形貌。结果表明,填充质量分数为15%的纳米TiO2能显著改善UHMWPE的耐磨性能。纯UHMWPE的摩擦过程中呈现出一次磨合期、一次稳定期、二次磨合期和二次稳定期四个明显的特征。当填充质量分数为15%的纳米TiO2时,UHMWPE基复合材料的摩擦过程中二次磨合特征已基本消失,整个摩擦过程的基本特征主要表现为磨合期和稳定期两个阶段,且磨合时间明显缩短,同时复合材料的磨损表面出现了明显的贫Ti区和富Ti区,其磨损机制主要表现为粘着磨损,局部磨损表面呈现了轻微的塑性变形特征。     

三种纤维改性超高分子量聚乙烯复合材料的力学性能

以未处理和偶联剂KH550处理的C纤维、SiC纤维和Al2O3纤维为填充材料,以超高分子量聚乙烯(UHMWPE)为基体,用模压成型法制备了三种纤维改性UHMWPE复合材料,对复合材料的硬度、弯曲强度、拉伸强度和断裂伸长率进行了实验研究,用光学显微镜观察分析了拉伸断面形貌。结果表明,未处理的C纤维、SiC纤维和Al2O3纤维改性UHMWPE复合材料硬度较纯UHMWPE分别提高了11.76%、21%和6%。经KH550处理的三种纤维改性UHMWPE复合材料弯曲强度和拉伸强度均优于未处理纤维的复合材料,已处理的SiC纤维/UHMWPE复合材料弯曲强度和拉伸强度提高较大。KH550处理的三种纤维与UHMWPE基体界面粘接紧密,未处理纤维与UHMWPE基体粘接较差。     

三维网络SiC对铝合金干摩擦磨损性能的影响

用销-盘式高温摩擦磨损实验机研究了LF3铝合金及三维网络SiC(体积分数分别为10％、20％、30％)增强LF3铝基复合材料的干摩擦磨损性能，测量了复合材料及基体合金在室温和高温(25-300℃)条件下的摩擦系数和磨损率，用扫描电镜(SEM)观察其磨损表面，研究了三维网络SiC对铝合金磨损机制的影响．结果表明：复合材料的干摩擦磨损性能远优于基体合金(LF3)，而且随着温度的升高，复合材料的抗磨损性能明显提高．三维网络SiC在磨损表面形成硬的微凸体起承载作用，同时其独特的结构制约基体合金的塑性变形和高温软化，并保护在磨损表面形成的氧化膜．在相同实验条件下，复合材料的摩擦系数、磨损率随着增强体的体积分数的增加而降低．复合材料的摩擦系数在滑行过程中的稳定性明显高于基体合金．     

空心玻璃微珠/超高分子量聚乙烯复合材料低速重载工况下的摩擦磨损性能

为提升超高分子量聚乙烯(UHMWPE)材料在低速、重载工况下的摩擦磨损性能,使用经偶联剂表面处理的空心玻璃微珠(HGM)对UHMWPE进行填充改性,通过热压成型工艺制备HGM/UHMWPE复合材料。对HGM/UHMWPE复合材料的硬度、结晶度等进行表征,并对该材料进行干摩擦环境下的重载球盘往复摩擦试验以测定其摩擦磨损性能。结果表明,添加少量HGM可以提高UHMWPE的硬度与结晶度。当摩擦时间较短时,加入HGM会在一定程度上增大UHMWPE的摩擦系数,同时磨损率随复合材料中HGM含量的增加而先降低后升高,当HGM含量为1wt%时,复合材料磨损率最低,在50 N与100 N两种法向载荷的摩擦试验中相比于纯UHMWPE磨损率分别降低44.7%与48.4%。随着摩擦时间的增长,复合材料摩擦系数与磨损率均有不同程度的升高。当摩擦时间达到120 min时,HGM含量为2wt%的复合材料平均摩擦系数最低。此时添加少量HGM的HGM/UHMWPE复合材料在磨损率上与纯UHMWPE磨损率接近。     

粉末冶金法制备CNT和SiC混杂增强铝基复合材料的摩擦磨损性能EI北大核心CSCD

以7055Al为基体,通过粉末冶金法分别制备碳化硅(SiC)颗粒、碳纳米管(CNT)以及SiC和CNT混杂增强7055Al复合材料,并对三种复合材料的干滑动摩擦磨损行为进行研究。结果表明:随着载荷提高,复合材料磨损失重增加,摩擦因数略有降低。在0.5 MPa与1.0 MPa载荷条件下,SiC-CNT/7055Al复合材料磨损失重低于单一SiC/7055Al和单一CNT/7055Al复合材料。2.0 MPa时,SiC-CNT/7055Al复合材料磨损失重急剧增加。随着载荷提高,CNT/7055Al复合材料耐磨性逐渐增加,在中、高载荷下,材料具有更为优异的耐磨性。SiC/7055Al复合材料磨损量则随着载荷提高,磨损失重逐渐增加,当载荷为2.0 MPa时,材料磨损量增加幅度较小。     

超高分子量聚乙烯／石墨包覆铜纳米粒子摩擦磨损性能

在超高分子量聚乙烯(UHMWPE)中填充石墨包覆铜纳米粒子(GECNP),利用扫描电子显微镜观察了复合材料的断面形貌,用XP销-盘摩擦磨损试验机研究了其摩擦磨损性能,并用铜粉(Copper)、纳米石墨粉(GNS)作对比添加荆进行了同等试验.结果表明,GECNP均匀分散在UHMWPE中,当线速度为0.25m·s-1,GECNP填充量不高于3%时,UHMWPE/GECNP复合材料与空白UHMWPE相比磨损率降低,摩擦系数保持不变,综合性能优于UHMWPE/Copper和UHMWPE/GNS.当GECNP填充量为1%时,磨损率最低,与空白样相比降低了53.9 %,摩擦系数也略有降低.     

PTFE/MoS_2改性聚酯纤维织物复合材料摩擦性能

将各种填料加入树脂中,制备环氧树脂和聚氨酯复合材料,将树脂复合材料与聚酯纤维织物复合制备环氧/聚酯纤维织物、聚氨酯/聚酯纤维织物复合材料,采用Amsler摩擦磨损试验机考察复合材料的摩擦磨损性能,采用SEM分析磨损表面形貌,并分析其摩擦机制。结果表明:聚四氟乙烯改善环氧/聚酯纤维织物复合材料摩擦磨损性能,降低其摩擦系数,减小磨损量;MoS_2改善PU/PET复合材料摩擦磨损性能,降低复合材料的摩擦系数,减小磨损量;摩擦试验时方向对聚酯纤维复合材料的干摩擦磨损性能有一定影响,对于粘合性能好的环氧/聚酯纤维织物复合材料,偏轴方向(30°、45°和60°)上具有较低的摩擦系数和磨损率;摩擦试验时方向对酚醛聚酯纤维织物和酚醛棉纤维织物复合材料干摩擦磨损性能也有一定影响,摩擦性能与纤维性能、基体树脂性能及二者粘接性能等因素密切相关。     

基体粉末与增强粒子的粒度级配对SiCp/Fe性能的影响

使用不同粒度的铁粉,采用电流直加热动态热压烧结工艺制备了10%(体积分数)的SiC颗粒增强铁基复合材料,研究了铁粉与SiC粒子颗粒级配对复合材料显微组织和力学性能的影响.结果表明,SiC粒子与铁粉的颗粒级配,显著影响复合材料基体中增强粒子的分布状况和力学性能.建立了粒子分布的双基体颗粒级配模型,只有铁粉中一次颗粒与二次颗粒的粒径比为6.5、二次颗粒含量为4.6%、铁粉一次颗粒与SiC的粒度比值为15.9时,SiC颗粒才能很好地填充铁粉间隙并均匀地分布在基体中,复合材料将具有较高的力学性能.模型计算的结果和实验结果相符合.     

La2O3填充超高分子量聚乙烯的摩擦磨损性能

用La2O3对超高分子量聚乙烯(UHMWPE)进行了填充改性，测试了La2O3填充量对其硬度及摩擦学性能的影响。用扫描电镜观察了材料摩擦表面磨痕形貌。结果发现：随着La2O3含量的增加，UHMWPE—La2O3复合材料的硬度上升。填充量为6％的UHMWPE—La2O3复合材料在干摩擦及磨粒磨损条件下的磨损率都最小。UHMWPE在干摩擦下的磨损主要表现为犁沟及粘着，填充La2O3可减轻磨损表面的犁沟，但填充量过高，磨损转变为表面脆性脱落。     

短切碳纤维含量对Csf/SiC复合材料摩擦磨损性能的影响

采用热压烧结法制备短切碳纤维增强碳化硅(short carbon fiber reinforced SiC composite,Csf/SIC)复合材料.采用销一盘式摩擦磨损试验测试不同短切碳纤维(Csf)含量的复合材料的干摩擦磨损性能,借助扫描电镜观察其磨痕形貌,分析不同Csf体积分数对复合材料摩擦磨损性能的影响.研究表明:由于碳纤维在复合材料中具有增强基体和固体润滑的作用,以及其自身良好的热传导性和低摩擦系数,因此,Csf/SiC复合材料的摩擦系数随Csf体积分数增大而不断降低;当Csf含量在42 vol.%以内时,复合材料的磨损率比无纤维SiC材料有大幅度减少,并且随着Csf体积分数增大而降低;但当Csf含量达到53 vol.%时,由于Csf含量高,导致纤维和基体之间的结合强度有所降低,造成复合材料的磨损率急剧增大.在本文研究范围内,含30 vol.% Csf复合材料具有最佳的摩擦磨损性能.     

高性能C/SiC刹车材料及其优化设计

对比分析了 C/ C和 C/ SiC刹车材料的力学性能和摩擦磨损性能。结果表明 , C/ SiC刹车材料的力学性能比 C/ C的高 , 而且 C/ SiC刹车材料克服了 C/ C静态摩擦系数低和湿态摩擦性能严重衰减的不足 , 说明 C/ SiC刹车材料是一种新型高性能刹车材料。以 C/ C复合材料为基础 , 在深入分析机轮刹车盘服役环境特点的基础上探讨了 C/ SiC刹车材料的力学性能、 热物理性能、 摩擦磨损性能、 复合材料结构和制造工艺等方面的优化设计途径和方法 , 为实现材料微结构2力学性能2摩擦磨损性能的协同设计与制造奠定基础。      

SiCp/MoSi2原位反应高温热压复合工艺的研究

运用乙醇湿法混合和氩气保护原位反应高温热压方法制备了不同配比的SiCp/MoSi2复合材料,研究了原位生成的SiC颗粒对MoSi2基体材料显微结构和室温力学性能的影响.结果表明:原位反应高温热压制备SiCp/MoSi2的工艺是可行的,反应生成的适量SiC颗粒细化了基体晶粒,改善了其力学性能;与该工艺下制备的纯MoSi2相比,含40vol%SiCp的SiCp/MoSi2复合材料室温抗弯强度提高了260%,含50vol%SiCp的SiCp/MoSi2复合材料室温断裂韧性提高了50%;该种工艺的强化机制为细晶强化和弥散强化,韧化机制为细晶韧化.     

纳米碳化硅填充环氧树脂复合材料的摩擦磨损特性

以提高环氧树脂的摩擦磨损性能为目的,研究了纳米碳化硅粒子填充环氧树脂复合材料的滑动干摩擦磨损特性,着重探讨纳米粒子表面接枝改性、纳米粒子含量、摩擦条件等对复合材料摩擦学性能的影响。通过对复合材料磨损表面的形貌分析,以及复合材料的热变形性能和表面硬度的测定,探讨了复合材料的磨损机理。结果表明,纳米碳化硅粒子能在很低的含量下提高环氧树脂耐磨性、并降低其摩擦系数,而经过接枝处理后的纳米碳化硅粒子填充复合材料的上述性能改善更为明显,耐磨性比环氧树脂提高近4倍,摩擦系数降低36%。这说明在SiC纳米粒子表面引入聚丙烯酰胺接枝链后,由于界面的强相互作用 ( 包括化学键合与链纠缠),有效地提高了复合材料的抵抗裂纹引发能力等性能,从而有利于改善其摩擦学性能。      

不同类型陶瓷颗粒对铁基复合材料力学性能的影响

采用电流直加热动态热压制备,研究了不同类型陶瓷颗粒(SiC、Cr3C2、TiC和Ti(C,N))增强铁基复合材料的力学性能,并应用Eshelby等效夹杂方法来考察不同类型增强粒子载荷传递的贡献,用以解释实验现象和揭示强化机理。结果表明,SiC颗粒对改善复合材料抗拉强度的作用最好,Cr3C2粒子次之;TiC/Fe和Ti(C,N)/Fe复合材料的强化机理以增加粒子承担载荷的方式为主,而SiC/Fe和Cr3C2/Fe复合材料的增强机理除载荷传递外,还存在增强铁基体本身强度的作用。     

Ti_2CT_x/超高分子量聚乙烯复合材料的制备及性能

通过液相刻蚀三元层状陶瓷Ti_2AlC制备了二维层状结构Ti_2CT_x,利用X射线衍射、场发射扫描电子显微镜、透射电子显微镜等对产物进行物相分析和微观结构表征。采用液相共混和热压成型法制备了不同Ti_2CT_x浓度的改性超高分子量聚乙烯(UHMWPE)复合材料,并考察了Ti_2CT_x层状纳米材料对复合材料断面形貌、热学性能、力学性能和摩擦学性能的影响。结果表明,Ti_2AlC被剥离为纳米结构片层;层状Ti_2CT_x在UHMWPE基体中分散均匀且形成良好的结合界面;适量Ti_2CT_x纳米片的添加可提高UHMWPE的结晶度并改善基体的力学性能,当Ti_2CT_x质量分数为1.0%时,其弹性模量提高了将近80%;且得益于层状结构与聚合物的自润滑性的协同作用,Ti_2CT_x纳米片在高载荷下能显著提高UHMWPE的减摩性能。     

Ti_2CT_x/超高分子量聚乙烯复合材料的制备及性能EI北大核心CSCD

通过液相刻蚀三元层状陶瓷Ti_2AlC制备了二维层状结构Ti_2CT_x,利用X射线衍射、场发射扫描电子显微镜、透射电子显微镜等对产物进行物相分析和微观结构表征。采用液相共混和热压成型法制备了不同Ti_2CT_x浓度的改性超高分子量聚乙烯(UHMWPE)复合材料,并考察了Ti_2CT_x层状纳米材料对复合材料断面形貌、热学性能、力学性能和摩擦学性能的影响。结果表明,Ti_2AlC被剥离为纳米结构片层;层状Ti_2CT_x在UHMWPE基体中分散均匀且形成良好的结合界面;适量Ti_2CT_x纳米片的添加可提高UHMWPE的结晶度并改善基体的力学性能,当Ti_2CT_x质量分数为1.0%时,其弹性模量提高了将近80%;且得益于层状结构与聚合物的自润滑性的协同作用,Ti_2CT_x纳米片在高载荷下能显著提高UHMWPE的减摩性能。     

超声外场对原位TiB2/2A14铝基复合材料的摩擦磨损性能的影响

采用超声外场-原位混合盐反应法制备3%TiB_2/2A14(体积分数)铝基复合材料,在往复式摩擦磨损试验机上进行4种不同载荷(20,30,40,50N)的磨损实验,研究不同超声处理工艺制备的复合材料的耐磨性和摩擦行为。使用显微硬度计测量基体和复合材料的显微硬度。采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜对测试样品进行物相成分鉴定、显微组织和表面磨损形貌观察,并研究其磨损机理。结果表明:超声能够有效打散颗粒团聚,改善颗粒分布状态,强化颗粒与基体的界面结合强度,因此经过超声处理的复合材料的耐磨性和显微硬度明显优于合金基体。经120s超声处理获得的复合材料,其硬度约为基体合金的2倍。在50N载荷的作用下,其磨损率约为基体合金的57.43%。在干摩擦条件下,基体主要表现为黏着磨损,复合材料表现为黏着磨损+磨粒磨损的混合型磨损,耐磨性能更佳。