仿珍珠層結構Al2O3-環(huán)氧樹脂復合材料制備與性能研究.pdf

1、作為天然生物材料的一種,貝殼經過大自然的數(shù)百萬年進化已經演變成了幾乎具有完美結構和優(yōu)異力學性能的天然復合材料。珍珠層是存在于多種貝殼中的主要微觀結構,由于其有機質-無機物的復合組成,高度有序的堆垛結構方式以及其中的次級微結構等而具有極好的強度和韌性,這是許多人工合成陶瓷材料無法比擬的。因此,以貝殼珍珠層結構為模板制備仿珍珠層結構復合材料成為了提高陶瓷強度,改善陶瓷脆性最受關注的方法之一。
　　本文首先以河蚌珍珠層為研究對象,運用S

2、EM技術觀察了珍珠層的微觀堆垛結構;結合X射線儀和熱分析儀(TG和DTA)細致分析了珍珠層的相組成和熱行為;用三點彎曲、壓縮和納米壓痕等方法對珍珠層力學性能進行了分析;最后對珍珠層的結構和性能之間的關系進行探討,總結得出珍珠層微觀堆垛結構和有機質對無機相的粘附作用是仿珍珠層復合材料結構設計的重要參考因素。
　　通過天然珍珠層的啟示,本文以冷凍干燥法制備的Al2O3層狀多孔陶瓷為無機相,環(huán)氧樹脂固化體系為有機相,運用真空浸漬技術將樹

3、脂浸滲于陶瓷層片中,制備出仿珍珠層結構Al2O3/環(huán)氧樹脂復合材料。本文采用對比不同固化比例的樹脂,調節(jié)復合材料中陶瓷相的含量,引入陶瓷橋結構,和改善Al2O3-環(huán)氧樹脂界面的方法使復合材料的結構和性能不斷接近珍珠層結構和性能。
　　實驗結果表明:隨著樹脂體系中固化劑的增加,復合材料的彎曲強度和斷裂功的變化趨勢為先增加后降低,固化比例(環(huán)氧樹脂與固化劑的質量比)為1:1時樹脂固化最充分,材料的強度和斷裂功最大;材料的強度和韌性主要

4、由陶瓷層片與層片間距的厚度比決定,增大陶瓷相含量可提高厚度比,對比陶瓷相含量為40％和50%的兩種復合材料,得出陶瓷相含量為50%的材料強度和斷裂功最高;本文采用兩種層狀結構陶瓷(層片間有無陶瓷橋聯(lián))作為無機相,向復合材料中引入陶瓷橋結構,增加了層片間相對滑動的阻力和裂紋擴展的抗力,使復合材料的強度和斷裂功增加。因此得出,固化比例為1:1、陶瓷相含量為50%和具有陶瓷橋的復合材料強度和斷裂功最大,分別為62.24MPa和3.43KJ/m

5、2,珍珠層雖然材料強度與珍珠層相比較低,但是材料的斷裂功高于珍珠層的1.2KJ/m2,主要是因為復合材料中樹脂含量高,彎曲時發(fā)生的塑性變形功較高。
　　將Al2O3多孔陶瓷用KH-550偶聯(lián)劑表面處理后,陶瓷表面與偶聯(lián)劑形成了Si-O-Al鍵,表面從親水性轉變?yōu)橛H油性,提高了陶瓷與樹脂的相容性。用改性后陶瓷制備復合材料使材料的強度和斷裂功略有提高,改性后固化比例為1:1、陶瓷相含量為50%和具有陶瓷橋的復合材料強度和斷裂功分別為6