一种钢纤维和硅酸铝纤维混杂增强陶瓷基复合材料，纤维增强陶瓷基复合材料因具有优异的耐高温、抗氧化性、耐磨损及热稳定性能，作为高温摩擦材料具有广阔的应用前景。利用热压烧结法制备了钢纤维和硅酸铝纤维混杂增强陶瓷基复合材料。随硅酸铝纤维含量的增加，复合材料的摩擦因数增大；高温下复合材料的耐磨性能随硅酸铝纤维含量的增大而降低；未添加硅酸铝纤维复合材料的磨损形式主要表现为脆性脱落和疲劳磨损，并伴有磨粒磨损；添加了硅酸铝纤维的陶瓷基摩擦材料的磨损形式均以粘着磨损为主。
【技术实现步骤摘要】
一种钢纤维和硅酸铝纤维混杂增强陶瓷基复合材料
本专利技术涉及一种粉末冶金材料，尤其涉及一种钢纤维和硅酸铝纤维混杂增强陶瓷基复合材料。
技术介绍
纤维增强陶瓷基复合材料因具有优异的耐高温、抗氧化性、耐磨损及热稳定性能，作为高温摩擦材料具有广阔的应用前景。增强纤维是摩擦材料中重要的组元之一，其对摩擦材料的力学性能和摩擦磨损性能具有重要影响。目前，摩擦材料中常用的增强纤维主要为钢纤维，其在半金属摩擦材料甚至是铜基粉末冶金摩擦材料中也取得了良好的效果。钢纤维存在易生锈、锈蚀后出现粘着或刮伤对偶的问题，使得摩擦材料的制动性能不稳定，磨损也较大。硅酸铝陶瓷纤维具有密度低、耐高温和抗氧化能力强等特点，可以作为增强纤维来增强陶瓷基复合材料。添加硅酸铝纤维能够降低Al2O3-SiO2系陶瓷基复合材料的脆性，并提高其强度和热稳定性能。此外，硅氧铝陶瓷纤维能够显著提高树脂基摩擦材料的抗热衰退性能，当添加质量分数为5%-10%时，摩擦材料具有较好的摩擦和磨损性能。然而，硅酸铝陶瓷纤维韧性较差，而钢纤维作为一种金属纤维，其韧性较高，如果将钢纤维和硅酸铝陶瓷纤维混杂来增强陶瓷基摩擦材料，就可以起到互补作用，其摩擦磨损性能可能会更好。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了改善陶瓷基复合材料的耐磨效果，设计了一种钢纤维和硅酸铝纤维混杂增强陶瓷基复合材料。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：钢纤维和硅酸铝纤维混杂增强陶瓷基复合材料的制备原料包括：陶瓷基体原料由氧化铝（江都市新晶辉特种耐火材料有限公司）、粘土（武钢集团矿业有限责任公司焦作矿）和钾长石（临湘市天信矿石有限公司）组成，其颗粒大小分别为120-150，80μm和45μm，质量配比为29：20：15，以45μm碳化硅（淄博国凯铝业有限公司）、75μm鳞状石墨（山东省南墅石墨矿）和还原铁粉（上海纪东粉末冶金厂生产并过200目筛）作为摩擦调节剂，其质量配比为1：1：1；以钢纤维（珠海大正金属纤维有限公司，D3-52F型，等效直径为60-180μm，长度为1-3mm）和硅酸铝纤维（山东鲁阳有限公司，直径5-10μm，长度3-5mm）作为增强材料。钢纤维和硅酸铝纤维混杂增强陶瓷基复合材料的制备步骤为：在保持陶瓷基体组分、钢纤维及摩擦调节剂相对比例不变（16:6:3）的前提下，分别加入质量分数为0%，8%，16%，24%的硅酸铝陶瓷纤维。用精密天平称量各组分后，用LVH-0.1型高速混料机混料，混料时间为15min，然后在混料中添加质量分数为1.7%的聚乙烯醇溶液，搅拌均匀，最终将混料烘干。用YX32-500型油压机在25MPa压制力下压制成尺寸为200mmX100mmX10mm的样块，并在氮气作保护气氛的DGNL-300型多功能烧结炉中于1100℃烧结，压力为2MPa，保温2h，最后将烧结体机加工成尺寸为25mmX25mmX6mm的试样。钢纤维和硅酸铝纤维混杂增强陶瓷基复合材料的检测步骤为：采用XD-MSM型自动控制定速摩擦磨损试验机测摩擦磨损性能，对偶摩擦盘为45钢，其硬度为35-45HRC，转速恒定为480r/min，载荷为1225N，依照GB5763-2008测定在100，150，200，250，300，350℃的摩擦因数和磨损率；利用HR-150DT型洛氏硬度计测试样的硬度；试样切割成尺寸为20mmX20mmX10mm的板材，按照GB/T2611-2007，采用WAW型液压万能试验机测抗剪强度；将磨损后试样的磨损表面在108MANUAL型真空镀膜仪上镀金，时间为40s，采用ZEISS型场发射扫描电子显微镜（SEM）观察磨损表面的形貌。本专利技术的有益效果是：以廉价且来源广泛的氧化铝、粘土和钾长石为原料，采用热压烧结方法制备了钢纤维和硅酸铝纤维混杂增强的陶瓷基复合材料。随硅酸铝纤维含量的增加，复合材料的硬度逐渐增大，抗剪强度先增大后减小；纤维的积聚造成陶瓷基体界面的结合变弱，是钢纤维和硅酸铝纤维混杂增强陶瓷基复合材料力学性能降低的主要原因。随着硅酸铝纤维含量的增加，陶瓷基复合材料的摩擦因数增大；硅酸铝纤维的加入能够提高陶瓷基复合材料在低温下的耐磨性能，但对其在高温下的耐磨性不利。具体实施方式实施案例1：钢纤维和硅酸铝纤维混杂增强陶瓷基复合材料的制备原料包括：陶瓷基体原料由氧化铝（江都市新晶辉特种耐火材料有限公司）、粘土（武钢集团矿业有限责任公司焦作矿）和钾长石（临湘市天信矿石有限公司）组成，其颗粒大小分别为120-150，80μm和45μm，质量配比为29：20：15，以45μm碳化硅（淄博国凯铝业有限公司）、75μm鳞状石墨（山东省南墅石墨矿）和还原铁粉（上海纪东粉末冶金厂生产并过200目筛）作为摩擦调节剂，其质量配比为1：1：1；以钢纤维（珠海大正金属纤维有限公司，D3-52F型，等效直径为60-180μm，长度为1-3mm）和硅酸铝纤维（山东鲁阳有限公司，直径5-10μm，长度3-5mm）作为增强材料。钢纤维和硅酸铝纤维混杂增强陶瓷基复合材料的制备步骤为：在保持陶瓷基体组分、钢纤维及摩擦调节剂相对比例不变（16:6:3）的前提下，分别加入质量分数为0%，8%，16%，24%的硅酸铝陶瓷纤维。用精密天平称量各组分后，用LVH-0.1型高速混料机混料，混料时间为15min，然后在混料中添加质量分数为1.7%的聚乙烯醇溶液，搅拌均匀，最终将混料烘干。用YX32-500型油压机在25MPa压制力下压制成尺寸为200mmX100mmX10mm的样块，并在氮气作保护气氛的DGNL-300型多功能烧结炉中于1100℃烧结，压力为2MPa，保温2h，最后将烧结体机加工成尺寸为25mmX25mmX6mm的试样。钢纤维和硅酸铝纤维混杂增强陶瓷基复合材料的检测步骤为：采用XD-MSM型自动控制定速摩擦磨损试验机测摩擦磨损性能，对偶摩擦盘为45钢，其硬度为35-45HRC，转速恒定为480r/min，载荷为1225N，依照GB5763-2008测定在100，150，200，250，300，350℃的摩擦因数和磨损率；利用HR-150DT型洛氏硬度计测试样的硬度；试样切割成尺寸为20mmX20mmX10mm的板材，按照GB/T2611-2007，采用WAW型液压万能试验机测抗剪强度；将磨损后试样的磨损表面在108MANUAL型真空镀膜仪上镀金，时间为40s，采用ZEISS型场发射扫描电子显微镜（SEM）观察磨损表面的形貌。实施案例2：随硅酸铝纤维含量的增加，复合材料的硬度逐渐增大，而其抗剪强度则先升后降，在硅酸铝纤维含量为8%（质量分数，下同）时达到最大值，与未加硅酸铝纤维的相比提高了50%；当硅酸铝含量达到24%时，抗剪强度最低，与未加入硅酸铝纤维的相比降低了18.7%。当硅酸铝纤维含量为8%时，纤维与陶瓷基体界面结合较好，所以复合材料的抗剪强度较高；硅酸铝纤维含量增大至24%时，纤维在基体中分散不均匀，出现局部聚积，与陶瓷基体界面结合弱，因此纤维的增强效果减弱，复合材料的抗剪强度降低。实施案例3：硅酸铝纤维含量对复合材料摩擦因数的影响较为明显，添加了硅酸铝纤维的复合材料在各个温度下的摩擦因数均高于未添加硅酸铝纤维复合材料的，且其摩擦因数随硅酸铝纤维含量的增加而增大。值得注意的是，当硅酸铝纤维含本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种钢纤维和硅酸铝纤维混杂增强陶瓷基复合材料，制备原料包括：陶瓷基体原料由氧化铝（江都市新晶辉特种耐火材料有限公司）、粘土（武钢集团矿业有限责任公司焦作矿）和钾长石（临湘市天信矿石有限公司）组成，其颗粒大小分别为120‑150，80μm和45μm，质量配比为29：20：15，以45μm碳化硅（淄博国凯铝业有限公司）、75μm鳞状石墨（山东省南墅石墨矿）和还原铁粉（上海纪东粉末冶金厂生产并过200目筛）作为摩擦调节剂，其质量配比为1：1：1；以钢纤维（珠海大正金属纤维有限公司，D3‑52F型，等效直径为60‑180μm，长度为1‑3mm） 和硅酸铝纤维（山东鲁阳有限公司，直径5‑10μm，长度3‑5mm）作为增强材料。
【技术特征摘要】
1.一种钢纤维和硅酸铝纤维混杂增强陶瓷基复合材料，制备原料包括：陶瓷基体原料由氧化铝（江都市新晶辉特种耐火材料有限公司）、粘土（武钢集团矿业有限责任公司焦作矿）和钾长石（临湘市天信矿石有限公司）组成，其颗粒大小分别为120-150，80μm和45μm，质量配比为29：20：15，以45μm碳化硅（淄博国凯铝业有限公司）、75μm鳞状石墨（山东省南墅石墨矿）和还原铁粉（上海纪东粉末冶金厂生产并过200目筛）作为摩擦调节剂，其质量配比为1：1：1；以钢纤维（珠海大正金属纤维有限公司，D3-52F型，等效直径为60-180μm，长度为1-3mm）和硅酸铝纤维（山东鲁阳有限公司，直径5-10μm，长度3-5mm）作为增强材料。2.根据权利要求1所述的钢纤维和硅酸铝纤维混杂增强陶瓷基复合材料，其特征是钢纤维和硅酸铝纤维混杂增强陶瓷基复合材料的制备步骤为：在保持陶瓷基体组分、钢纤维及摩擦调节剂相对比例不变（16:6:3）的前提下，分别加入质量分数为0%，8%，16%，24%的硅酸铝陶瓷纤维；用精密天平称量各组分后，用LVH-0.1型高速混料机混料，混料时间为15min，然后在混料中添加质量分数为1.7%的聚乙烯醇溶液，搅拌均匀，最终将混料烘干；用YX32-500型油压机在25MPa压制力下压制成尺寸为200mmX100mmX10mm的样块，并在氮气作保护气氛的DGNL-300型多功能烧结炉中于1100℃烧结，压力为2MPa，保温2h，最后...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘芳，
申请(专利权)人：刘芳，
类型：发明
国别省市：辽宁,21
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