陶瓷粉體表面改性及其樹脂基復(fù)合材料的組織與性能研究.pdf

1、陶瓷/樹脂基復(fù)合材料綜合了有機材料的優(yōu)點(質(zhì)輕、耐沖擊、韌性好、易加工等)和無機材料的特性(高強高硬度、熱穩(wěn)定性好、抗腐蝕等)。因此,陶瓷/樹脂基復(fù)合材料受到了科學(xué)家的廣泛關(guān)注,應(yīng)用于許多領(lǐng)域。
　　 在本課題中,詳細地研究了三種復(fù)合材料體系:納米SiO2/拼混樹脂復(fù)合材料、納米Al2O3/拼混樹脂復(fù)合材料和TiB2-Al2O3/拼混樹脂復(fù)合材料的制備方法、固化工藝和復(fù)合材料的力學(xué)及熱性能；同時,還研究了三種粒子的表面改性對復(fù)合

2、材料結(jié)構(gòu)和性能的影響。
　　 首先,采用偶聯(lián)劑γ-氨丙基三乙基硅烷(KH550)、γ-(2,3-環(huán)氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷(KH560)和γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲基硅烷(KH570)對納米SiO2表面改性,采用透射電子顯微鏡(TEM)、熱失重分析儀(TGA)和沖蝕試驗機考察了不同偶聯(lián)劑的改性效果,包括對復(fù)合材料的形貌、耐沖蝕性和熱穩(wěn)定性的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn),選擇KH560對納米SiO2表面改性可獲得最好的基體分散性和熱穩(wěn)定性。并采

3、用KH550和KH560對TiB2-Al2O3表面改性,利用掃描電子顯微鏡(SEM)和粒度分析儀比較了兩種偶聯(lián)劑的改性效果,選擇KH560作為TiB2-Al2O3的表面處理劑。
　　 其后,通過對凝膠時間的考察,研究了加入納米粒子(SiO2和Al2O3)后對固化工藝的影響。發(fā)現(xiàn),第一,納米粒子的加入可以減少固化劑用量,降低固化溫度。第二,少量納米粒子的加入會延緩固化反應(yīng)速度,導(dǎo)致復(fù)合材料凝膠時間較純樹脂變長；而隨著納米粒子的含量

4、增大,羥基增多,復(fù)合材料凝膠時間較純樹脂縮短,固化速度加快。第三,與納米Al2O3相比,納米SiO2的反應(yīng)活性更高,制備得到的復(fù)合材料凝膠時間更短。第四,探討了偶聯(lián)劑改性的反應(yīng)機理。
　　 之后,采用粒徑分析儀和TEM,觀察了改性前后三種陶瓷粉體的水合粒子和兩種納米粒子在拼混樹脂基體中的分散性。結(jié)果表明,改性后粒子的水合粒徑較小,即表面改性改善了粒子在溶劑中的分散性。從改性前后的納米Al2O3/拼混樹脂復(fù)合材料TEM照片中可以看

5、出,改性改善了粒子在樹脂基體中的分散性。
　　 最后,研究了復(fù)合材料的各種力學(xué)性能和耐熱性。從測試結(jié)果可知,改性后粒子對復(fù)合材料的彎曲性能起到增強作用。其中在相同粒子含量(3％)條件下,TiB2-Al2O3粉體對于復(fù)合材料的彎曲性能增強效果最為明顯。從正沖(90度)和斜角沖擊(45度)考察了復(fù)合材料的耐沖蝕性能,發(fā)現(xiàn)納米粒子的加入改善了復(fù)合材料的沖蝕性能,且納米Al2O3在增強材料耐沖蝕性能方面勝過納米SiO2。TGA試驗的結(jié)果