陶瓷-石墨烯自润滑材料

 陶瓷材料具有高熔点、高硬度和耐腐蚀等优异特性，可以满足极端环境中的使用需求，因而在工程领域得到快速发展和广泛应用。但是陶瓷材料固有的脆性使其耐磨损性能较差，高载荷下容易发生严重的磨损断裂，同时陶瓷材料表面的化学惰性影响润滑剂的吸附性能，难以形成稳定的润滑膜，润滑效果随摩擦副材料与结构不同变化较大。为了克服陶瓷材料的这些缺陷，开发高性能的陶瓷基自润滑材料成为具有实用价值的选择.相对于金属和聚合物材料，陶瓷材料脆性大，更容易发生断裂。大量研究指出，掺杂石墨烯可以提高陶瓷材料的力学性能，如硬度、断裂韧性、抗弯强度和弹性模量等，但是石墨烯掺杂量的变化对材料性能有着不同的影响，这方面还需要具体讨论。一般认为，陶瓷材料力学性能的提升对于抗磨性能的提升有所帮助。陶瓷-石墨烯自润滑材料制备的关键在于粉体制备和烧结两个步骤。粉体处理和烧结过程对于添加剂的分散，晶粒的生长以及材料的致密度等有重要影响，并最终决定材料的性能。石墨烯片层之间存在π-π相互作用，容易发生团聚导致分散不均，因此粉体制备的关键是使石墨烯均匀、稳定地分散在陶瓷粉体中. 石墨烯与陶瓷混合粉体的制备主要通过超声、搅拌或者球磨等方法，使两者充分均匀混合。这里主要介绍三种最常用的粉体制备方法：球磨法、胶体法和溶胶-凝胶法。球磨法利用碰撞、挤压等机械力作用，可以将不同粉末充分混合，同时可以阻止纳米颗粒的团聚，保持其原有的纳米级尺寸。球磨可以分为干磨法和湿磨法，助磨剂的加入(湿磨法)可以获得更好的分散效果，球磨法具有快速、简单和低成本等优点。胶体是一种稳定均匀的分散相，将石墨烯和陶瓷粉末制成液相胶体，再把两种单一胶体在搅拌或超声条件下缓慢混合，就可以得到充分均匀混合的石墨烯/陶瓷混合胶体. 胶体法处理通常采用同种溶剂，并且需要进行表面处理。通过表面改性(如氧化)或加入表面活性剂，可以使石墨烯和陶瓷粉末表面带上电荷，由于电荷间的相互作用(吸引或排斥)，进而使胶体分散得更为均匀。溶胶-凝胶法同样基于胶体，但胶体法是一个物理过程，而溶胶-凝胶法伴随着化学变化。 该方法主要利用金属盐类(无机盐、醇盐和皂盐等)在溶剂中分散，经过水解、缩合反应得到溶胶体系，再加入催化剂(酸性或碱性电解质)或利用溶剂蒸发作用，使胶体微粒凝聚得到凝胶体系，最后通过高温烧结形成氧化物陶瓷。溶胶-凝胶法可以将多组分充分混合，其均匀度可以达到分子级甚至原子级水平。烧结是实现粉体成型和致密化的过程，烧结过程对于材料的性能有着至关重要的影响。不同的烧结方法和烧结温度得到的材料晶粒尺寸和致密度等有着很大差别，同时烧结时间(保温时间)和施加的压力也影响着晶粒生长行为。目前常采用的烧结方法主要有常规无压烧结、微波烧结(MWS)、热压烧结(HP)、热等静压烧结(HIP)和放电等离子烧结(SPS)等。

本文由桑尧热喷涂网收集整理。本站文章未经允许不得转载；如欲转载请注明出处，北京桑尧科技开发有限公司网址：http://www.sunspraying.com/