低摩擦碳化硅復合陶瓷的制備及機理.pdf

1、碳化硅(SiC)陶瓷具有硬度高、強度高、抗氧化、耐腐蝕等優(yōu)越特性，已成為第四代機械密封材料，但是由于其摩擦系數(shù)較高，致使機械密封摩擦特別是硬對硬摩擦時磨損嚴重，影響其使用壽命。通過在密封件表面形成微小的開口氣孔或向密封材料內(nèi)添加自潤滑添加劑，可以降低其摩擦系數(shù)，改善其摩擦性能。本文在回顧了碳化硅陶瓷及低摩擦碳化硅陶瓷研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，以碳化硅(SiC)為基體，分別添加有機高分子聚合物聚氧化乙烯(PEO)、無機化合物氯化鈣(CaCl2)、

2、高潤滑性氟化石墨作為造孔劑和潤滑添加劑，研究了含造孔劑或添加劑SiC陶瓷的成型及燒結(jié)行為，分析了其燒結(jié)性能、力學性能、顯微結(jié)構(gòu)和摩擦性能，探討了PEO、CaCl2、氟化石墨的低摩擦機理，制備出PEO整體造孔、CaCl2連續(xù)造孔、含氟化石墨的低摩擦SiC陶瓷。主要研究內(nèi)容及結(jié)論如下：
　　 添加PEO作為造孔劑，利用PEO溶液粘度高，且有絮凝作用，能和SiC形成結(jié)構(gòu)疏松的交聯(lián)疏松團，PEO經(jīng)燒結(jié)揮發(fā)后便能在陶瓷中形成氣孔，達到整體

3、造孔的目的。摻入15wt％分子量為十萬的PEO后，SiC陶瓷的力學性能雖然有所降低，其抗彎強度從375.55MPa降到了206.99MPa，但仍能滿足機械密封件行業(yè)標準的強度要求(≥150MPa，JB/T6374-2006)。然而，陶瓷的摩擦系數(shù)從0.403降到了0.126，摩擦性能大為改善。隨著保溫時間的延長，SiC晶粒會逐漸長大，陶瓷的力學性能有所降低，氣孔會縮小甚至閉合，陶瓷的摩擦系數(shù)增大。
　　 添加CaCl2作為造孔劑

4、，在SiC陶瓷表面和基體中會形成微小的CaCl2顆粒，利用CaCl2水溶性特征而在后續(xù)機械拋光、水洗處理中溶出，能在陶瓷表面形成微小的開口氣孔，達到連續(xù)造孔的目的。摻入20wt％含量的CaCl2后，SiC陶瓷的抗彎強度從382.70MPa降到了184.09MPa，摩擦系數(shù)從0.391降到了0.141，在其強度既達到了碳化硅密封件的行業(yè)強度要求的同時，又有效改善了其摩擦性能。升高燒結(jié)溫度，SiC晶粒長大，液相物質(zhì)揮發(fā)，會降低陶瓷的力學性能