本發(fā)明屬于材料
技術(shù)領(lǐng)域：
，特別涉及一種自潤(rùn)滑復(fù)合材料。
背景技術(shù)：
：普通si3n4基材料具備高強(qiáng)高硬、抗熱震性、剝落式疲勞磨損、耐磨損、耐酸堿腐蝕等一系列優(yōu)異性質(zhì)，但是存在韌性不高、難燒結(jié)、干摩擦因數(shù)高等缺點(diǎn)。為了改善si3n4陶瓷韌性差、難燒結(jié)的情況，鄒斌利用納米tin粉作為第二相添加劑，制備出氮化硅基納米復(fù)合陶瓷刀具，其斷裂韌性、維氏硬度和抗彎強(qiáng)度分別為9.1mpa·m1/2、15.47gpa和1079.8mpa，并提出納米tin可以降低燒結(jié)溫度，提高粉體的燒結(jié)活性，提高力學(xué)性能和機(jī)械性能[鄒斌.新型自增韌氮化硅基納米復(fù)合陶瓷刀具及性能研究[d].濟(jì)南:山東大學(xué),2006]；喬麗娜在tin0.3與難溶化合物界面擴(kuò)散行為及強(qiáng)韌化的研究中發(fā)現(xiàn)，兩相之間存在擴(kuò)散現(xiàn)象，并且發(fā)現(xiàn)在難熔化合物中引入tin0.3，改善了其力學(xué)性能，尤其是斷裂韌性[喬麗娜.tin0.3與難熔化合物界面擴(kuò)散行為及強(qiáng)韌化的研究[d].秦皇島:燕山大學(xué),2016]；wangl等人將氮化硅陶瓷(氮)與0.2wt％fesi2混合粉末在1780℃下燒結(jié)2h，添加al2o3和y2o3促進(jìn)燒結(jié)和增韌，獲得高強(qiáng)度、高韌性燒結(jié)體，斷裂韌性和抗彎強(qiáng)度分別達(dá)到9.8±0.5mpa·m1/2和1086±48mpa[wangl,qiq,caip,etal.newroutetoimprovethefracturetoughnessandflexuralstrengthofsi3n4,ceramicsbyaddingfesi2[j].scriptamaterialia,126:11-14，2017]。上述這些燒結(jié)體復(fù)合材料都在一定程度上提高了復(fù)合材料的韌性，但綜合性能不是最佳。在航空航天技術(shù)和空間技術(shù)迅猛發(fā)展的今天，航空航天器械工作部件大多處于超高超低溫、真空、高速、腐蝕介質(zhì)等極端環(huán)境中，在這種極端工況下，常規(guī)潤(rùn)滑劑極容易蒸發(fā)，引發(fā)潤(rùn)滑機(jī)制失效；塑料基固體自潤(rùn)滑復(fù)合材料只適合在低速、低載、低溫條件；金屬基自潤(rùn)滑復(fù)合材料不能應(yīng)對(duì)高低溫重載、輻射、特種介質(zhì)腐蝕、熱震沖擊等極端條件；因此，研究一種適用于太空極端工況下的自潤(rùn)滑復(fù)合材料作為滑動(dòng)軸承材料具有實(shí)際意義。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于提供一種能夠在極端環(huán)境中實(shí)現(xiàn)有效潤(rùn)滑、且高硬度、高韌性、強(qiáng)抗熱震性、耐磨損、耐腐蝕的氮化硅基自潤(rùn)滑復(fù)合材料及制備方法。本發(fā)明主要是以碳納米蔥(onion-likecarbon，olc)為潤(rùn)滑相制備新型si3n4基自潤(rùn)滑復(fù)合材料。本發(fā)明的氮化硅基自潤(rùn)滑復(fù)合材料的化學(xué)成分的體積百分比為：olc(碳納米蔥onion-likecarbon)8-12％、tin0.38-12％、其余為α-si3n4。所述tin0.3粉的粒度≤10μm；olc的平均粒度為5nm；α-si3n4的粒度為0.3～0.5μm。上述氮化硅基自潤(rùn)滑復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：(1)混合粉末的制備將tin0.3、olc、α-si3n4放入行星式球磨機(jī)，對(duì)這些粉料進(jìn)行均勻球混，混料過(guò)程在氬氣氛圍中進(jìn)行，每100g混合粉料添加0.5ml酒精作為分散劑，球料比10:1，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為300-350r/min，順時(shí)針轉(zhuǎn)30min，停歇15min，逆時(shí)針轉(zhuǎn)30min，停歇15min，以此為一個(gè)周期，循環(huán)4個(gè)周期；(2)預(yù)壓烘干將步驟(1)的混合粉料干燥后裝入圓柱形模具中，壓力20-40mpa，保壓時(shí)間10s，隨后將預(yù)壓樣在電熱鼓風(fēng)干燥箱中烘干8h；(3)高溫高壓燒結(jié)對(duì)步驟(2)的預(yù)壓樣進(jìn)行高溫高壓燒結(jié)，壓力設(shè)為5gpa，加熱到1480-1520℃，保溫14-16min，升溫速率30℃/min，隨后隨爐冷卻，得到毛坯。(4)將步驟(3)所制備的毛坯進(jìn)行表面磨削、去毛刺處理，得到si3n4基自潤(rùn)滑復(fù)合材料。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：1、改善純si3n4陶瓷具有較高干摩擦系數(shù)和磨損率的缺陷，降低摩擦系數(shù)，olc在摩擦過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生石墨碎片、無(wú)定形碳，甚至類(lèi)金剛石鍍膜(dlc)，進(jìn)一步豐富潤(rùn)滑機(jī)制；olc中金剛石核心可以充當(dāng)硬質(zhì)相，增強(qiáng)基體的耐磨損能力。2、tin0.3的添加除可以促進(jìn)si3n4陶瓷燒結(jié)，降低燒結(jié)溫度，還可以改善si3n4陶瓷韌性差的狀況。3、所制備的氮化硅復(fù)合材料不但具有高硬度、抗熱震性、耐磨損、耐腐蝕的優(yōu)異性能，還同時(shí)具備較高的韌性，適合于較高溫度下無(wú)潤(rùn)滑界面之間的器件材料應(yīng)用，如航空滑動(dòng)軸承等。具體實(shí)施方式實(shí)施例1(1)混合粉末的制備：按照體積分?jǐn)?shù)百分比9％tin0.3、11％olc、其余為α-si3n4的比例，將粒度為≤10μm的tin0.3粉、平均粒度為5nm的olc、平均粒度為0.3μm的α-si3n4的加入行星式球磨機(jī)進(jìn)行均勻球混，混料過(guò)程在氬氣氛圍中進(jìn)行，每100g混合粉料添加0.5ml酒精作為分散劑，球料比為10:1，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為350r/min，順時(shí)針轉(zhuǎn)30min，停歇15min，逆時(shí)針轉(zhuǎn)30min，停歇15min，以此為一個(gè)周期，循環(huán)4次。(2)預(yù)壓烘干：將步驟(1)的混合粉料干燥后裝入直徑為20mm的圓柱形模具中，壓力20mpa，保壓時(shí)間10s，隨后將預(yù)壓樣在電熱鼓風(fēng)干燥箱烘干8h(3)高溫高壓燒結(jié)：對(duì)步驟(2)預(yù)壓樣進(jìn)行高溫高壓燒結(jié)，壓力設(shè)為5gpa，升溫速率30℃/min，加熱到1480℃，保溫15min，隨后隨爐冷卻，得到毛坯。(4)將(3)所制備的毛坯進(jìn)行表面磨削、去毛刺處理，得到所述的新型si3n4基自潤(rùn)滑復(fù)合材料，其性能見(jiàn)表1。實(shí)施例2(1)混合粉末的制備：按照體積分?jǐn)?shù)百分比10％tin0.3，10％olc，其余為α-si3n4的比例，將粒度為≤10μm的tin0.3粉、平均粒度為5nm的olc、平均粒度為0.4μm的α-si3n4的加入行星式球磨機(jī)進(jìn)行均勻球混，混料過(guò)程在氬氣氛圍中進(jìn)行，每100g混合粉料添加0.5ml酒精作為分散劑，球料比為10:1，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為300r/min，順時(shí)針轉(zhuǎn)30min，停歇15min，逆時(shí)針轉(zhuǎn)30min，停歇15min，以此為一個(gè)周期，循環(huán)4次。(2)預(yù)壓烘干：將步驟(1)的混合粉料干燥后裝入直徑為20mm的圓柱形模具中，壓力30mpa，保壓時(shí)間10s。隨后將預(yù)壓樣在電熱鼓風(fēng)干燥箱烘干8h(3)高溫高壓燒結(jié)：對(duì)步驟(2)預(yù)壓樣進(jìn)行高溫高壓燒結(jié)，壓力設(shè)為5gpa，升溫速率30℃/min，加熱到1500℃，保溫14min，隨后隨爐冷卻，得到毛坯。(4)將(3)所制備的毛坯進(jìn)行表面磨削、去毛刺處理，得到所述的新型si3n4基自潤(rùn)滑復(fù)合材料，其性能見(jiàn)表1。實(shí)施例3(1)混合粉末的制備：按照體積分?jǐn)?shù)百分比11％tin0.3，9％olc，其余為α-si3n4的比例，將粒度為≤10μm的tin0.3粉、平均粒度為5nm的olc、平均粒度為0.5μm的α-si3n4的加入行星式球磨機(jī)進(jìn)行均勻球混，混料過(guò)程在氬氣氛圍中進(jìn)行，每100g混合粉料添加0.5ml酒精作為分散劑，球料比為10:1，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為330r/min，順時(shí)針轉(zhuǎn)30min，停歇15min，逆時(shí)針轉(zhuǎn)30min，停歇15min，以此為一個(gè)周期，循環(huán)4次。(2)預(yù)壓烘干：將步驟(1)的混合粉料干燥后裝入直徑為20mm的圓柱形模具中，壓力40mpa，保壓時(shí)間10s。隨后將預(yù)壓樣在電熱鼓風(fēng)干燥箱烘干8h。(3)高溫高壓燒結(jié)：對(duì)步驟(2)預(yù)壓樣進(jìn)行高溫高壓燒結(jié)，壓力設(shè)為5gpa，升溫速率30℃/min，加熱到1520℃，保溫16min，隨后隨爐冷卻，得到毛坯。(4)將(3)所制備的毛坯進(jìn)行表面磨削、去毛刺處理，得到所述的新型si3n4基自潤(rùn)滑復(fù)合材料，其性能見(jiàn)表1。實(shí)施例4(1)混合粉末的制備：按照體積分?jǐn)?shù)百分比8％tin0.3，12％olc，其余為α-si3n4的比例，將粒度為≤10μm的tin0.3粉、平均粒度為5nm的olc、平均粒度為0.4μm的α-si3n4的加入行星式球磨機(jī)進(jìn)行均勻球混，混料過(guò)程在氬氣氛圍中進(jìn)行，每100g混合粉料添加0.5ml酒精作為分散劑，球料比為10:1，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為320r/min，順時(shí)針轉(zhuǎn)30min，停歇15min，逆時(shí)針轉(zhuǎn)30min，停歇15min，以此為一個(gè)周期，循環(huán)4次。(2)預(yù)壓烘干：將步驟(1)的混合粉料干燥后裝入直徑為20mm的圓柱形模具中，壓力35mpa，保壓時(shí)間10s。隨后將預(yù)壓樣在電熱鼓風(fēng)干燥箱烘干8h。(3)高溫高壓燒結(jié)：對(duì)步驟(2)預(yù)壓樣進(jìn)行高溫高壓燒結(jié)，壓力設(shè)為5gpa，升溫速率30℃/min，加熱到1490℃，保溫14min，隨后隨爐冷卻，得到毛坯。(4)將(3)所制備的毛坯進(jìn)行表面磨削、去毛刺處理，得到所述的新型si3n4基自潤(rùn)滑復(fù)合材料。實(shí)施例5(1)混合粉末的制備：按照體積分?jǐn)?shù)百分比12％tin0.3，8％olc，其余為α-si3n4的比例，將粒度為≤10μm的tin0.3粉、平均粒度為5nm的olc、平均粒度為0.5μm的α-si3n4的加入行星式球磨機(jī)進(jìn)行均勻球混，混料過(guò)程在氬氣氛圍中進(jìn)行，每100g混合粉料添加0.5ml酒精作為分散劑，球料比為10:1，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為340r/min，順時(shí)針轉(zhuǎn)30min，停歇15min，逆時(shí)針轉(zhuǎn)30min，停歇15min，以此為一個(gè)周期，循環(huán)4次。(2)預(yù)壓烘干：將步驟(1)的混合粉料干燥后裝入直徑為20mm的圓柱形模具中，壓力25mpa，保壓時(shí)間10s。隨后將預(yù)壓樣在電熱鼓風(fēng)干燥箱烘干8h。(3)高溫高壓燒結(jié)：對(duì)步驟(2)預(yù)壓樣進(jìn)行高溫高壓燒結(jié)，壓力設(shè)為5gpa，升溫速率30℃/min，加熱到1510℃，保溫16min，隨后隨爐冷卻，得到毛坯。(4)將(3)所制備的毛坯進(jìn)行表面磨削、去毛刺處理，得到所述的新型si3n4基自潤(rùn)滑復(fù)合材料。表1各實(shí)施例制得的si3n4基自潤(rùn)滑復(fù)合材料的性能項(xiàng)目斷裂韌性(mpa·m1/2)維氏硬度(gpa)實(shí)施例16.518.0實(shí)施例26.618.6實(shí)施例36.217.9當(dāng)前第1頁(yè)12