CN108749040B - 一种氧化锆增韧氧化铝陶瓷-耐磨树脂复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种氧化锆增韧氧化铝陶瓷-耐磨树脂复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种氧化锆增韧氧化铝陶瓷‑耐磨树脂复合材料及其制备方法，所述复合材料包括柱状氧化锆增韧氧化铝陶瓷和耐磨树脂，柱状氧化锆增韧氧化铝陶瓷镶嵌在耐磨树脂中，相邻的四个柱状氧化锆增韧氧化铝陶瓷的中心连接线为正四边形。制备方法：用网格将柱状氧化锆增韧氧化铝陶瓷连接，形成非连续陶瓷预置体，并固定到成型模具中；将耐磨树脂纤维放入成型模具的模腔中，加热到树脂成型温度，经闭模加压、使树脂固化成型即得。本发明利用氧化锆的耐磨性，进一步强化耐磨树脂的耐磨性，获得一种在低冲击工况下具有高耐磨，抗腐蚀的复合材料。

Description

一种氧化锆增韧氧化铝陶瓷-耐磨树脂复合材料及其制备 方法
技术领域
本发明涉及一种氧化锆增韧氧化铝陶瓷-耐磨树脂复合材料及其制备方法，属于新型材料的开发应用领域，此种材料主要应用于矿山、水泥、建材等工业领域的磨损工况。
背景技术
氧化锆增韧氧化铝陶瓷作为一种性能优良的陶瓷材料，具有高强度、高断裂韧性、高硬度以及优异的隔热性能等优点，被广泛的应用于结构陶瓷和功能陶瓷领域。氧化锆增韧氧化铝陶瓷无磁性、不导电、不生锈、有良好的耐磨性，应用于工业生产上价格低廉，可产生良好的经济效益。
料斗、转运溜槽、筒仓等零部件多使用金属材料，在使用过程中转接点部位受到严重磨损，有较大的噪音。耐磨树脂材料具有密度小、摩擦系数小、热膨胀系数小、不变形、耐磨损等优点，还可以减小零部件在工作中产生的噪声。
CN1990421A“氧化锆增韧氧化铝陶瓷复合缸套的制备工艺”公开了一种工艺简单、成本低的陶瓷缸套，但由于氧化铝陶瓷在韧性方面的缺陷，陶瓷缸套易产生裂纹而发生断裂。CN104661811A“金属合金-陶瓷树脂复合物及其制造方法”充分利用金属合金-陶瓷树脂复合材料的热消散性能用于结构组件中。WO2012/034262A1“一种改性四氟乙烯树脂的耐磨材料”公开了一种改性的四氟乙烯树脂耐磨材料，但单一的四氟乙烯树脂材料，不能充分的发挥耐磨树脂具有较高韧性的优势，而且单一树脂材料磨耗与金属材料对比较高。CN105839017A“一种强韧性高耐磨材料及其制备方法”中的金属材料添加了多种合金元素，增加了材料的成本，金属材料在低冲击工况下会产生较大的噪音，严重影响操作者的工作环境。CN101898239A“一种复合耐磨材料陶瓷颗粒增强体的制备方法”公开了一种WC的金属基复合材料的制备方法，获得了一种具有高耐磨性、抗低冲击的复合材料，但成形工艺复杂，金属基复合材料密度较大，在服役过程中易产生较大的能耗。CN1769508“一种低成本高耐磨性的过共晶高铬铸铁及其制造方法”公开了一种具有较好耐磨性的耐磨铸铁，具有较高的硬度、较好的耐磨性能，但韧性较低，在冲击工况下易发生断裂而失效；CN105648353A“一种耐磨耐冲击高锰钢及其制备方法”公开了一种具有较高韧性的高锰钢材料，但需要经过水韧处理才能达到所需性能，并且在低冲击载荷下不能充分发挥其加工硬化性能，耐磨性较差。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明提供一种氧化锆增韧氧化铝陶瓷-耐磨树脂复合材料及其制备方法，技术方案如下：
一种氧化锆增韧氧化铝陶瓷-耐磨树脂复合材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）用网格将多个柱状氧化锆增韧氧化铝陶瓷连接，形成非连续陶瓷预置体，并固定到成型模具中；
（2）选用耐磨树脂作为基体，将耐磨树脂纤维放入成型模具的模腔中，加热到树脂成型温度，经闭模加压、使树脂固化成型即得。
所述网格可以由熔点高于耐磨材料成型温度的任意材料制成，如铁丝等。
柱状氧化锆增韧氧化铝陶瓷的横截面可以为圆形、正六边形、正四边形、正三角形等规则形状，直径或边长为10~50mm、高度为5~100mm，在不同使用工况下进行相应调整。
耐磨树脂为PPS树脂、ABS树脂、氟化乙烯树脂等中的一种或几种。
非连续陶瓷预置体可以根据实际需要加工成任意形状。
优选地，制得的复合材料中相邻的四个柱状氧化锆增韧氧化铝陶瓷的中心连接线为正四边形，如图2所示，相邻的柱状氧化锆增韧氧化铝陶瓷的中心连接线长度为柱状氧化锆增韧氧化铝陶瓷半径（横截面为圆形的柱状氧化锆增韧氧化铝陶瓷）或边长（横截面为除圆形以外的柱状氧化锆增韧氧化铝陶瓷）的3倍。
优选地，制得的复合材料中柱状氧化锆增韧氧化铝陶瓷高度与柱状氧化锆增韧氧化铝陶瓷以下的树脂基体高度比为2:3~5:7。
优选地，在制得的复合材料边缘对称设置深度为复合层厚度1/2的燕尾槽，在燕尾槽顶端和末端设置螺栓孔，使用配套的燕尾槽压条，通过螺栓将复合材料装配到工件上。
原理：氧化锆增韧氧化铝陶瓷材料具有较好的硬度，基体材料为树脂材料具有较好的韧性，二者复合可以有效的利用二者的优势获得具有高耐磨抗腐蚀低冲击的复合层材料。非连续的结构使复合材料在使用中产生的裂纹无法沿基体和复合材料扩展，达到阻碍裂纹生长的作用，从而提高使用寿命；同时非连续结构在使用中由于陶瓷和基体耐磨性的差异，使陶瓷材料阻碍基体的进一步磨损，进一步提高耐磨材料的使用寿命。
本发明的有益效果：
1、利用氧化锆增韧氧化铝陶瓷优良的耐磨性，改善耐磨树脂的耐磨性能；
2、以耐磨树脂作为基体材料获得具有良好韧性和耐磨性的复合材料；
3、通过对所述复合材料结构的设计使其具有良好的成型能力、对不同零部件有良好的适应能力；
4、由于耐磨树脂材料密度较小，在服役过程中能有效的降低能耗；
5、制得的复合材料可应用于各种受低冲击腐蚀零部件。
6、可以适用于任意工况，保护工件表面通过替换失效耐磨层代替替换失效工件，提高工作效率，减小了材料损耗，对提升企业经济效益和材料的损耗有重要意义；同时由于耐磨树脂的加工性能使复合层可以适应各种不同工件，可批量生产，具有较好的工业前景；耐磨树脂的使用可以减小服役过程中的噪音，改善工作环境，同时由于树脂密度小，服役过程中可以大大减少能源的投入，进一步提高其经济效益。
附图说明
图1为所述复合材料截面图；
图2为相邻的四个柱状氧化锆增韧氧化铝陶瓷的中心连接线为正四边形示意图；
图3为所述复合材料结构示意图；
图4为非连续陶瓷预置体示意图；
图5为燕尾槽压条示意图；
图6为复合材料与工件装配示意图；
图中：1-柱状氧化锆增韧氧化铝陶瓷，2-耐磨树脂，3-网格，4-燕尾槽，5-燕尾槽压条，6-复合材料，7-工件。
具体实施方式
为了更好的理解本发明，下面通过实施例对本发明进一步说明，实施例只用于解释本发明，不会对本发明构成任何的限定。
实施例1
如图1-6所示，一种料斗用氧化锆增韧氧化铝陶瓷-耐磨树脂复合材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）通过铁丝网格3将多个横截面为圆形、直径20mm、高度20mm的柱状氧化锆增韧氧化铝陶瓷1连接，形成正方形的非连续陶瓷预置体，如图4所示；
（2）将非连续陶瓷预置体固定到成型模具中，再将ABS树脂纤维放入成型模具的模腔中，加热到树脂成型温度，经闭模加压、使树脂固化成型。
制得的复合材料6中柱状氧化锆增韧氧化铝陶瓷高度与柱状氧化锆增韧氧化铝陶瓷以下的树脂基体高度比为2:3；相邻的四个柱状氧化锆增韧氧化铝陶瓷的中心连接线为正四边形，连接线长度为30mm。
在制得的复合材料6的其中两个边缘对称设置深度为复合材料厚度1/2的燕尾槽4，在燕尾槽顶端和末端设置螺栓孔，使用配套的燕尾槽压条5，通过螺栓将复合材料6装配到工件7上。
实施例2
如图1-6所示，一种筒仓用氧化锆增韧氧化铝陶瓷-耐磨树脂复合材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）通过网格3将多个横截面为正四边形、边长30mm、高度5mm的柱状氧化锆增韧氧化铝陶瓷1固定并连接，形成正四边形的非连续陶瓷预置体；
（2）将非连续陶瓷预置体固定到成型模具中，再将氟化乙烯树脂纤维放入成型模具的模腔中，加热到树脂熔融温度，经闭模加压、使树脂固化成型。
制得的复合材料6中柱状氧化锆增韧氧化铝陶瓷高度与柱状氧化锆增韧氧化铝陶瓷以下的树脂基体高度比为2:3；相邻的四个柱状氧化锆增韧氧化铝陶瓷的中心连接线为正四边形，连接线长度为90mm。
在制得的复合材料6四边对称设置深度为复合材料厚度1/2的燕尾槽4，在燕尾槽顶端和末端设置螺栓孔，使用配套的燕尾槽压条5，通过螺栓将复合材料6装配到工件7上。
实施例3
如图1-6所示，一种衬板用氧化锆增韧氧化铝陶瓷-耐磨树脂复合材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）通过铁丝网格3将多个横截面为正六边形、边长45mm、高度80mm的柱状氧化锆增韧氧化铝陶瓷1固定并连接，形成长方形的非连续陶瓷预置体；
（2）将非连续陶瓷预置体固定到成型模具中，再将PPS树脂纤维放入成型模具的模腔中，加热到树脂成型温度，经闭模加压、使树脂固化成型。
制得的复合材料6中柱状氧化锆增韧氧化铝陶瓷高度与柱状氧化锆增韧氧化铝陶瓷以下的树脂基体高度比为5:7；相邻的四个柱状氧化锆增韧氧化铝陶瓷的中心连接线为正四边形，连接线长度为135mm。
在制得的复合材料6四边对称设置深度为复合材料厚度1/2的燕尾槽4，在燕尾槽顶端和末端设置螺栓孔，使用配套的燕尾槽压条5，通过螺栓将复合材料6装配到工件7上。

Claims (5)

1.一种氧化锆增韧氧化铝陶瓷-耐磨树脂复合材料，包括柱状氧化锆增韧氧化铝陶瓷（1）和耐磨树脂（2），柱状氧化锆增韧氧化铝陶瓷（1）镶嵌在耐磨树脂中（2），其特征在于，相邻的四个柱状氧化锆增韧氧化铝陶瓷（1）的中心连接线为正四边形，相邻的柱状氧化锆增韧氧化铝陶瓷（1）的中心连接线长度为柱状氧化锆增韧氧化铝陶瓷（1）半径或边长的3倍，制得的复合材料中柱状氧化锆增韧氧化铝陶瓷高度与柱状氧化锆增韧氧化铝陶瓷以下的树脂基体高度比为2:3~5:7；氧化锆增韧氧化铝陶瓷-耐磨树脂复合材料边缘对称设置有燕尾槽（4），在燕尾槽（4）顶端和末端设置螺栓孔，使用配套的燕尾槽压条（5），通过螺栓将复合材料（6）装配到工件（7）上。
2.根据权利要求1所述的氧化锆增韧氧化铝陶瓷-耐磨树脂复合材料，其特征在于，柱状氧化锆增韧氧化铝陶瓷（1）的横截面可以为圆形、正六边形、正四边形、正三角形等规则形状，直径或边长为10~50mm、高度为5~100mm。
3.根据权利要求1所述的氧化锆增韧氧化铝陶瓷-耐磨树脂复合材料，其特征在于，耐磨树脂为PPS树脂、ABS树脂、氟化乙烯树脂等中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的氧化锆增韧氧化铝陶瓷-耐磨树脂复合材料，其特征在于，燕尾槽（4）的深度为复合材料厚度的1/2。
5.权利要求1-4任意一项所述氧化锆增韧氧化铝陶瓷-耐磨树脂复合材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）用网格（3）将多个柱状氧化锆增韧氧化铝陶瓷（1）连接，形成非连续陶瓷预置体，并固定到成型模具中；
（2）选用耐磨树脂（2）作为基体，将耐磨树脂纤维放入成型模具的模腔中，加热到树脂成型温度，经闭模加压、使树脂固化成型即得。
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