本发明专利技术涉及一种轻质化的氮化硅‑氧化铝复合摩擦材料的制备方法，属于复合摩擦材料技术领域。本发明专利技术一方面，通过采用多孔氧化铝作为基材，可以有效地减轻摩擦材料的重量，实现轻量化，本发明专利技术另一方面，通过高比表面积的氧化石墨烯和二氧化钛构成复合涂层，作为制备中间层，再经过烧结之后，使大比表面积的氧化石墨烯被烧除，剩余部分形成二氧化钛与基材之间连接的疏松结构，其具有较大的中空结构，进一步再通过氢气气氛烧结，使二氧化钛结构转为为钛，使内部结构再次扩大，最后再将Si3N4‑hBN浆料涂覆于钛中空结构上，利用钛结构的较强的吸浆作用，实现了较快的浸浆吸附效果，最终制备得到的表层Si3N4‑hBN具有结构紧密、摩擦因子小的优点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种轻质化的氮化硅-氧化铝复合摩擦材料的制备方法，属于复合摩擦材料
技术介绍
氮化硅(Si3N4)陶瓷具有高的强度、硬度、耐热性和耐磨性以及优异的化学稳定性，因而广泛应用于密封部件、发动机关键部件、高速切削工具等领域，成为耐磨部件用材料的最佳选择之一。然而，Si3N4陶瓷本身具有较高的干摩擦因数和磨损率，达不到Czichos提出的摩擦学材料工程应用要求，目前，国内外经常采用添加固体润滑剂六方氮化硼(hBN)的方法来改善Si3N4陶瓷的摩擦学性能。但是，研究发现在水中Si3N4-hBN/Si3N4摩擦材料摩擦因数高于Si3N4/Si3N4摩擦材料摩擦因数，归因于hBN的加入使Si3N4基陶瓷在水中的摩擦表面无法达到光滑镜面，并且其磨损率也较高。因此，需要对上述问题进行解决，以提高在水中Si3N4-hBN/Si3N4摩擦摩擦材料的摩擦性能。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于：Si3N4-hBN/Si3N4摩擦摩擦材料在水中的摩擦性能不好，摩擦因子较高的问题。本专利技术一方面，通过采用多孔氧化铝作为基材，可以有效地减轻摩擦材料的重量，实现轻量化，本专利技术另一方面，通过高比表面积的氧化石墨烯和二氧化钛构成复合涂层，作为制备中间层，再经过烧结之后，形成二氧化钛与基材之间连接的疏松结构，其具有较大的中空结构，再将Si3N4-hBN浆料涂覆于钛中空结构上，其实现了较快的浸浆吸附作用，最终制备得到的表层Si3N4-hBN具有结构紧密、摩擦因子小的优点。为解决上述问题，采用了如下技术手段：一种轻质化的氮化硅-氧化铝复合摩擦材料的制备方法，包括如下步骤：第1步，将氧化石墨粉末加入至去离子水中，配制成浓度为0.1～2wt%之间的溶液，再在超声的作用下对溶液进行分散；第2步，再将第1步得到的溶液与无水乙醇进行混合，升温并回流，然后再加入醋酸钛，使醋酸钛在混合溶液中的浓度是0.3～1wt%，并保持回流状态20～40min；第3步，将第2步得到的反应液进行冰浴，然后加入LiOH·H2O，使LiOH·H2O在反应液中的浓度是0.8～1.6wt%，进行冰浴反应之后，将沉淀离心滤出，再依次经过无水乙醇、去离子水洗涤，烘干得到RGO/TiO2纳米粉体；第4步，将RGO/TiO2纳米粉体与有机成型助剂、去离子水、表面活性剂按照重量比20：15～20：4～8：0.05～0.1混合成过渡层浆料；第5步，采用多孔氧化铝材料作为基材，以浸浆法将过渡层浆料涂覆于基材表面，取出后进行烘干，在空气气氛中再进行第一次烧结，再在氢气气氛中进行第二次烧结；第6步，将Si3N4粉末、hBN粉末、Nb2O5粉末、有机成型助剂、去离子水、表面活性剂按照重量比40～45：8～12：3～6：2～4：10～18：2～4混合均匀，作为表层浆料，再将第5步得到的烧结材料浸于表层浆料中，取出后在氮气气氛下进行第三次烧结，即可。所述的第1步中，超声频率是20～50kHz，超声功率是5～10W/cm2，超声分散时间优选30～60min。所述的第2步中，第1步得到的溶液与无水乙醇的体积比是2～4：1。所述的第3步中，冰浴反应时间3～5h。所述的第5步中，多孔氧化铝的孔隙率是30～60%；浸浆时间控制在20～30s。所述的第5步中，第一次烧结程序是：以空气为烧结气氛，首先以3℃/min从室温升温至400～500℃保温2～3h，然后以7℃/min升温至900～920℃保温1～2h，再以6～8℃/min升温至1040～1060℃保温1～2h，最后随炉自然冷却至室温；第二次烧结程序是：以氢气为烧结气氛，首先以6℃/min从室温升温至300～400℃保温1～2h，然后以4℃/min升温至600～720℃保温2～4h，再以4～6℃/min升温至820～880℃保温0.5～1h，最后随炉自然冷却至室温。所述的第4步和第6步中，有机成型助剂为羟丙基纤维素、甘油、油酸中的一种或几种的混合；所述的表面活性剂是非离子表面活性剂，优选甘油单硬脂酸酯。所述的第6步中，第三次烧结程序是：以氮气为烧结气氛，首先以3℃/min从室温升温至450～550℃保温2～3h，然后以6℃/min升温至750～780℃保温1～2h，最后随炉自然冷却至室温。有益效果本专利技术一方面，通过采用多孔氧化铝作为基材，可以有效地减轻摩擦材料的重量，实现轻量化，本专利技术另一方面，通过高比表面积的氧化石墨烯和二氧化钛构成复合涂层，作为制备中间层，再经过烧结之后，使大比表面积的氧化石墨烯被烧除，剩余部分形成二氧化钛与基材之间连接的疏松结构，其具有较大的中空结构，进一步再通过氢气气氛烧结，使二氧化钛结构转为为钛，使内部结构再次扩大，最后再将Si3N4-hBN浆料涂覆于钛中空结构上，利用钛结构的较强的吸浆作用，实现了较快的浸浆吸附效果，最终制备得到的表层Si3N4-hBN具有结构紧密、摩擦因子小的优点。具体实施方式实施例1第1步，将氧化石墨粉末加入至去离子水中，配制成浓度为0.1wt%的溶液，再在超声的作用下对溶液进行分散，超声频率是20kHz，超声功率是5W/cm2，超声分散时间30min；第2步，再将第1步得到的溶液与无水乙醇按体积比是2：1进行混合，升温并回流，然后再加入醋酸钛，使醋酸钛在混合溶液中的浓度是0.3wt%，并保持回流状态20min；第3步，将第2步得到的反应液进行冰浴，然后加入LiOH·H2O，使LiOH·H2O在反应液中的浓度是0.8wt%，进行冰浴反应3h之后，将沉淀离心滤出，再依次经过无水乙醇、去离子水洗涤，烘干得到RGO/TiO2纳米粉体；第4步，将RGO/TiO2纳米粉体与甘油、去离子水、甘油单硬脂酸酯按照重量比20：15：4：0.05混合成过渡层浆料；第5步，采用孔隙率是30%的多孔氧化铝材料作为基材，以浸浆法将过渡层浆料涂覆于基材表面，浸浆时间控制在20s，取出后进行烘干，在空气气氛中再进行第一次烧结，再在氢气气氛中进行第二次烧结，第一次烧结程序是：以空气为烧结气氛，首先以3℃/min从室温升温至400℃保温2h，然后以7℃/min升温至900℃保温1h，再以6℃/min升温至1040℃保温1h，最后随炉自然冷却至室温；第二次烧结程序是：以氢气为烧结气氛，首先以6℃/min从室温升温至300℃保温1h，然后以4℃/min升温至600℃保温2h，再以4℃/min升温至820℃保温0.5h，最后随炉自然冷却至室温；第6步，将Si3N4粉末、hBN粉末、Nb2O5粉末、甘油、去离子水、甘油单硬脂酸酯按照重量比40：8：3：2：10：2混合均匀，作为表层浆料，再将第5步得到的烧结材料浸于表层浆料中，取出后在氮气气氛下进行第三次烧结，第三次烧结程序是：以氮气为烧结气氛，首先以3℃/min从室温升温至450℃保温2h，然后以6℃/min升温至750℃保温1h，最后随炉自然冷却至室温，即可。实施例2第1步，将氧化石墨粉末加入至去离子水中，配制成浓度为2wt%的溶液，再在超声的作用下对溶液进行分散，超声频率是50kHz，超声功率是10W/cm2，超声分散时间60min；第2步，再将第1步得到的溶液与无水乙醇按体积比是4：1进行混合，升温并回流，本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种轻质化的氮化硅‑氧化铝复合摩擦材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：第1步，将氧化石墨粉末加入至去离子水中，配制成浓度为0.1～2wt%之间的溶液，再在超声的作用下对溶液进行分散；第2步，再将第1步得到的溶液与无水乙醇进行混合，升温并回流，然后再加入醋酸钛，使醋酸钛在混合溶液中的浓度是0.3～1wt%，并保持回流状态20～40min；第3步，将第2步得到的反应液进行冰浴，然后加入LiOH·H2O，使LiOH·H2O在反应液中的浓度是0.8～1.6wt%，进行冰浴反应之后，将沉淀离心滤出，再依次经过无水乙醇、去离子水洗涤，烘干得到RGO /TiO2纳米粉体；第4步，将RGO /TiO2纳米粉体与有机成型助剂、去离子水、表面活性剂按照重量比20：15～20：4～8：0.05～0.1混合成过渡层浆料；第5步，采用多孔氧化铝材料作为基材，以浸浆法将过渡层浆料涂覆于基材表面，取出后进行烘干，在空气气氛中再进行第一次烧结，再在氢气气氛中进行第二次烧结；第6步，将Si3N4粉末、hBN粉末、Nb2O5粉末、有机成型助剂、去离子水、表面活性剂按照重量比40～45：8～12：3～6：2～4：10～18：2～4混合均匀，作为表层浆料，再将第5步得到的烧结材料浸于表层浆料中，取出后在氮气气氛下进行第三次烧结，即可。...
【技术特征摘要】
1.一种轻质化的氮化硅-氧化铝复合摩擦材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：第1步，将氧化石墨粉末加入至去离子水中，配制成浓度为0.1～2wt%之间的溶液，再在超声的作用下对溶液进行分散；第2步，再将第1步得到的溶液与无水乙醇进行混合，升温并回流，然后再加入醋酸钛，使醋酸钛在混合溶液中的浓度是0.3～1wt%，并保持回流状态20～40min；第3步，将第2步得到的反应液进行冰浴，然后加入LiOH·H2O，使LiOH·H2O在反应液中的浓度是0.8～1.6wt%，进行冰浴反应之后，将沉淀离心滤出，再依次经过无水乙醇、去离子水洗涤，烘干得到RGO/TiO2纳米粉体；第4步，将RGO/TiO2纳米粉体与有机成型助剂、去离子水、表面活性剂按照重量比20：15～20：4～8：0.05～0.1混合成过渡层浆料；第5步，采用多孔氧化铝材料作为基材，以浸浆法将过渡层浆料涂覆于基材表面，取出后进行烘干，在空气气氛中再进行第一次烧结，再在氢气气氛中进行第二次烧结；第6步，将Si3N4粉末、hBN粉末、Nb2O5粉末、有机成型助剂、去离子水、表面活性剂按照重量比40～45：8～12：3～6：2～4：10～18：2～4混合均匀，作为表层浆料，再将第5步得到的烧结材料浸于表层浆料中，取出后在氮气气氛下进行第三次烧结，即可。2.根据权利要求1所述的轻质化的氮化硅-氧化铝复合摩擦材料的制备方法，其特征在于，所述的第1步中，超声频率是20～50kHz，超声功率是5～10W/cm2，超声分散时间优选30～60min。3.根据权利要求1所述的轻质化的氮化硅-氧化铝复合摩擦材料的制备方法，其特征在于，所述的第2步...
【专利技术属性】
技术研发人员：王维根，
申请(专利权)人：南京悠谷知识产权服务有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。