纳米氮化硅填充聚四氟乙烯基复合材料摩擦磨损性能研究

摘要

PTFE具有优异的自润滑、低摩擦、化学稳定性和热稳定性等优点，但力学性能和耐磨性较差，填料的填充改性可提高PTFE的力学性能和耐磨性。本课题研究了纳米氮化硅(Si<,3>N<,4>)及其它无机材料混合填充PTFE复合材料的摩擦磨损性能。用机械混合法分散，冷压烧结工艺制备PTFE复合材料，用MM-200型摩擦磨损试验机测定PTFE复合材料在干摩擦条件下的磨损量及摩擦系数。利用扫描电子显微镜(SEM)对PTFE复合材料的磨损表面进行观察，分析了纳米氮化硅(Si<,3>N<,4>)及纳米氮化硅(Si<,3>N<,4>)与石墨、纳米三氧化二铝(Al<,2>O<,3>)、二硫化钼(MoS<,2>)等混合填充PTFE复合材料的摩擦磨损机理。本课题还研究了纳米氮化硅(Si<,3>N<,4>)填充PTFE复合材料磨损表面的分形特征，利用MATLAB强大的数字图像处理模块，结合分形几何方法，计算复合材料磨损表面的分形维数(D)，定量描述复合材料磨损的剧烈程度。分析了分形维数与磨损表面形貌特征之间的联系。 研究结果表明：PTFE复合材料的磨损量随着施加载荷的增大而增加；纳米Si<,3>N<,4>的加入使PTFE的磨损量明显降低，随着纳米Si<,3>N<,4>含量增加，PTFE复合材料耐磨性能提高；纳米Si<,3>N<,4>与石墨、纳米三氧化二铝(Al<,2>O<,3>)、二硫化钼(MoS<,2>)等混合填充对PTFE的性能改善优于单一的纳米Si<,3>N<,4>，加入石墨和MoS<,2>使PTFE磨损量进一步降低，同时摩擦系数变小。加入纳米Al<,2>O<,3>，使PTFE磨损量进一步降低，且幅度较大。在本试验条件下，5％纳米Si<,3>N<,4>、5％石墨和5％纳米Al<,2>O<,3>混合填充PTFE复合材料的耐磨性能最好。纳米Si<,3>N<,4>的加入使PTFE的摩擦系数略有增加，且填充材料的含量越大，复合材料的摩擦系数越大。纳米氮化硅(Si<,3>N<,4>)填充PTFE复合材料的磨损表面具有明显的分形特征，分形维数越大，PTFE复合材料磨损越严重，分形维数能很好地描述复合材料磨损表面的磨损程度。

目录

文摘

英文文摘

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第一章绪论

第二章聚四氟乙烯及纳米氮化硅的基本结构和性能

第三章试验方法及设备

第四章试验结果与分析

第五章分形在分析磨损表面中的应用

第六章结论

参考文献

致谢