陶瓷框架增强聚四氟乙烯仿生复合材料及其摩擦学性能研究

针对聚四氟乙烯自润滑复合材料耐磨性差这一工业润滑领域的瓶颈问题,本研究中受人牙釉质釉柱/釉间质微观结构的抗磨作用机制启发,基于有限元分析和1种乙酸锆改进的定向冷冻技术,设计制备了定向多孔氧化锆陶瓷框架增强聚四氟乙烯仿生复合材料,并对其力学性能和摩擦学行为进行了试验研究.结果表明:仿生复合材料的自润滑性能良好,力学性能和耐磨性远优于聚四氟乙烯和商用聚四氟乙烯自润滑复合材料易格斯.与易格斯材料相比,仿生复合材料的硬度提高约1.8倍,弹性模量提高约15.2%,抗压强度提高约2.8倍,磨损体积降低约76.6%.仿生复合材料优异的摩擦学性能与定向多孔陶瓷框架增强结构密切相关,这种陶瓷框架增强结构具有Voigt模型(复合材料承载能力上限)承载特性,能够大幅提高复合材料的承载能力,避免材料表面发生严重变形和破坏,提高耐磨性.同时,仿生复合材料的氧化锆陶瓷框架占比仅为25.6%(体积分数),高含量的聚四氟乙烯填料能够有效地在摩擦接触界面形成自润滑转移膜,实现良好润滑.