木質(zhì)陶瓷及其金屬化的制備工藝和性能研究.pdf

1、隨著材料科學(xué)的發(fā)展，可再生生物資源在高性能復(fù)合材料制備中的作用越來越大。木質(zhì)陶瓷是將木質(zhì)材料為主要原料經(jīng)過適當(dāng)?shù)奈锢?、化學(xué)反應(yīng)等過程后，制備得到碳、碳化物、氧化物陶瓷及其陶瓷基復(fù)合材料。
　　 本文選取農(nóng)業(yè)廢棄物—甘蔗渣為主要原料，通過加熱浸漬環(huán)氧樹脂后熱壓成型，系統(tǒng)地研究了不同質(zhì)量比m環(huán)氧樹脂樹脂∶m甘蔗渣=1:1，1:1.5，1:2，1:2.5時(shí)，燒結(jié)溫度分別為800℃，900℃，1000℃和1100℃下制備的木質(zhì)陶瓷。同時(shí)

2、，為了改善木質(zhì)陶瓷的強(qiáng)度，初步探索了將甘蔗渣、環(huán)氧樹脂和Al粉混料后制備金屬化木質(zhì)陶瓷。
　　 利用熱重—差熱分析儀(TG-DSC)分析了木質(zhì)陶瓷的熱分解行為，采用掃描電子顯微鏡(SEM)、X射線衍射儀(XRD)對(duì)木質(zhì)陶瓷的表面形貌和相組成進(jìn)行了表征。系統(tǒng)分析了原料配比和燒結(jié)溫度對(duì)木質(zhì)陶瓷的得碳率、體積收縮率、平面尺寸收縮率、厚度收縮率、體積電阻率和抗壓強(qiáng)度的影響。重點(diǎn)分析木質(zhì)陶瓷的孔徑分布、摩擦學(xué)性能和摩擦磨損機(jī)制。同時(shí)，采用

3、SEM、XRD對(duì)比分析了木質(zhì)陶瓷和金屬化木質(zhì)陶瓷的微觀結(jié)構(gòu)和相組成，分析了兩者的力學(xué)性能和孔徑分布。研究結(jié)果表明：
　　 (1)首次采用環(huán)氧樹脂和甘蔗渣復(fù)合制備了木質(zhì)陶瓷，其具有生物管狀的多孔結(jié)構(gòu)。當(dāng)環(huán)氧樹脂和甘蔗渣質(zhì)量比為1:1.5～1:2.5時(shí)，孔徑分布曲線在2～4μm內(nèi)出現(xiàn)峰值，孔徑分布曲線為單峰結(jié)構(gòu)；當(dāng)原料配比為1:1時(shí)，木質(zhì)陶瓷孔徑分布曲線在3～6μm和10～20μm兩個(gè)范圍內(nèi)有峰值出現(xiàn)，孔徑分布曲線為雙峰結(jié)構(gòu)，木質(zhì)陶

4、瓷的總孔隙度隨著甘蔗渣含量的增大而變大，隨著燒結(jié)溫度的升高而變大。當(dāng)燒結(jié)溫度為1100℃時(shí)，木質(zhì)陶瓷含有較豐富的孔。
　　 (2)木質(zhì)陶瓷在100℃前失重率約為10％，在100℃～1150℃失重率約為12％。燒結(jié)溫度一定時(shí)，木質(zhì)陶瓷的石墨化程度隨著甘蔗渣用量的降低而提高；環(huán)氧樹脂和甘蔗渣質(zhì)量比為1:1～1:2.5，木質(zhì)陶瓷的得碳率降低3％～6％，體積收縮率升高1％～1.3％，平面尺寸收縮率和厚度收縮率與甘蔗渣含量成正相關(guān)；甘蔗渣

5、含量越高，木質(zhì)陶瓷的體積電阻率變大，抗壓強(qiáng)度越低；原料配比一定時(shí)，隨著燒結(jié)溫度的升高，木質(zhì)陶瓷的石墨化程度提高；燒結(jié)溫度每升高100℃，木質(zhì)陶瓷的得碳率降低約1％～2％，體積收縮率升高0.5％～1％，平面尺寸和厚度收縮率與燒結(jié)溫度正相關(guān)。燒結(jié)溫度越高，木質(zhì)陶瓷的體積電阻率降低，抗壓強(qiáng)度提高。
　　 (3)木質(zhì)陶瓷主要以磨粒磨損和粘著磨損為主。在相同摩擦條件下，木質(zhì)陶瓷的摩擦系數(shù)隨燒結(jié)溫度升高而降低，隨甘蔗渣含量升高而變大。摩擦系

6、數(shù)隨轉(zhuǎn)速的增加而變大，隨載荷的增大而減小。當(dāng)環(huán)氧樹脂和甘蔗渣質(zhì)量比為1，燒結(jié)溫度為1100℃時(shí)，摩擦性能最好。
　　 (4)首次采用先磁力攪拌，然后加入Al粉機(jī)械攪拌制備了金屬化木質(zhì)陶瓷。金屬化木質(zhì)陶瓷保留了木質(zhì)陶瓷的部分孔洞，燒結(jié)時(shí)保溫時(shí)間應(yīng)控制在2h以內(nèi)，防止Al3C4的生成。金屬化木質(zhì)陶瓷的孔隙度小于木質(zhì)陶瓷的孔隙度，孔徑分布的峰值分別為0.32μm和5μm?？紫抖冉档秃晚g性相金屬鋁起到的橋接作用有效改善了金屬化木質(zhì)陶瓷的