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性能、較好的耐磨性和化學穩(wěn)定性等，在建筑、電子工業(yè)、航空航天、醫(yī)學等領域有著廣闊的發(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。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，在牙科和骨科修復領域具備較大的應用潛力，同時，用于牙科和骨科修復領域時，通常要求材料具備良好的力學性能

2、和摩擦磨損性能，使其既有承擔一定靜載荷的能力，又具備承擔一定循環(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，同時傳統(tǒng)的摩擦制動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領域具備一定的應用潛力。
　　本文以硅酸鹽相圖為依據，設計氟金云母/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性能、摩擦磨損性能的關系;為了探索氟金云母/氟磷灰石玻璃陶瓷在工業(yè)摩擦領域應用的可能性，采用粉末冶金方法制備了玻璃陶瓷和HA復合材料，研究了兩者的摩擦磨損性能，結果顯示銅對穩(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、引用參考文獻151篇。主要研究內容和結果如下:

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)氟磷灰石的生長機理為螺型位錯生長機制，氟磷灰石針狀晶體的尖端為位錯生長的臺階源，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，力學性能也逐漸增加。當原料中氟磷灰石的理論含量達到40％時，玻璃陶瓷的抗彎強度、斷裂韌性

5、、顯微硬度都達到最大值，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升高并且波動逐漸減小。當氟磷灰石的理論含量增加到40％時，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，材料力學性能較差，表面抗剪切能力較弱，摩擦系數較小，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，材料的力學性能提高，表面抗剪切能力提高，摩擦系

6、數增大，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，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，容易出現團聚。隨著氟磷灰石含量的增加，磨屑粒度減小，團聚現象減少。
　　(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合材料。定速摩擦實驗表明，銅含量的增加時，有助于穩(wěn)