【摘 要】
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陶瓷材料具有优异的力学性能,聚合物材料具有优异的自润滑性能,但是陶瓷与聚合物之间巨大的烧结温度差异,限制了陶瓷-聚合物复合材料的发展。本文在设计Si3N4@SiO2核壳结构复合材料的基础上,结合冷烧结技术实现对Si3N4@SiO2/PEEK复合材料的低温制备。采用St（?）ber技术制备Si3N4@SiO2核壳结构复合材料,研究发现SiO2壳层为非晶态,以Si-O-Si键与Si3N4化学结合,在氨
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陶瓷材料具有优异的力学性能,聚合物材料具有优异的自润滑性能,但是陶瓷与聚合物之间巨大的烧结温度差异,限制了陶瓷-聚合物复合材料的发展。本文在设计Si3N4@SiO2核壳结构复合材料的基础上,结合冷烧结技术实现对Si3N4@SiO2/PEEK复合材料的低温制备。采用St（?）ber技术制备Si3N4@SiO2核壳结构复合材料,研究发现SiO2壳层为非晶态,以Si-O-Si键与Si3N4化学结合,在氨水浓度0.25mol/L、TEOS添加总量1mL、TEOS单次添加量0.25mL/30min的条件下,具有最佳的包覆效率与包覆质量,SiO2壳层厚度随着氨水的浓度、TEOS添加量、包覆反应时间的增加而增长。冷烧结制备Si3N4@SiO2/PEEK复合材料,Si3N4与PEEK被固定在SiO2壳层相互黏结形成的三维连通网络中,SEM断面形貌显示SiO2壳层不能改善基体与PEEK之间的相容性问题。Si3N4@SiO2/PEEK复合材料的致密度与硬度随着SiO2壳层厚度的增加,烧结温度的增加而增加。当烧结温度320℃时,壳层非晶态的SiO2转变为晶态的SiO2,此时,致密度为85.40%,维氏硬度为236.13MPa,复合材料获得了最高的致密度与硬度。通过摩擦磨损试验研究了SiO2壳层厚度、PEEK填充量以及烧结温度对Si3N4@SiO2/PEEK复合材料摩擦磨损性能的影响。Si3N4@SiO2/PEEK复合材料的摩擦系数与磨损率随着SiO2壳层厚度的增大、烧结温度的提高、PEEK填充量的增加而降低。烧结温度在320℃时,取得了最低的摩擦系数与磨损率,摩擦系数为0.39,磨损率为3.30×10-6mm~3（Nm）-1。磨痕表面SEM及EDS的结果显示,PEEK的填充量从0vol%增加到50vol%,摩擦表面虽然存在PEEK,但并未生成连续的PEEK润滑膜。Si3N4@SiO2/PEEK复合材料的摩擦磨损性能受到硬度与致密度的制约,当致密度与硬度较低时,Si3N4@SiO2/PEEK复合材料表现出严重的粘着磨损;当致密度与硬度较高时,磨粒磨损对复合材料的影响增强。
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