凝胶注模成型技术制备氧化石墨烯/HA复合材料的研究

发布时间：2021-08-27 02:06

　　以氧化石墨烯和纳米羟基磷灰石（HA）粉体为原料,采用凝胶注模成型技术制备了氧化石墨烯/HA复合材料。研究了有机单体、浆料固相含量和石墨烯含量对氧化石墨烯/HA浆料粘度的影响,观察了陶瓷浆料的凝胶固化过程并测量了固化后生坯的密度和抗压强度,分析了氧化石墨烯含量对烧结后复合材料抗弯强度和断裂韧性的影响,观察了试样断口的显微组织。研究结果表明,有机单体含量为15%（质量分数,下同）,固相含量为45%,氧化石墨烯含量为1.5%时,氧化石墨烯/HA浆料的粘度最佳,为362.9mPa·s,浆料的分散性良好,固化后生坯具有较高的密度和抗压强度。随氧化石墨烯含量的增加,复合材料的抗弯强度和断裂韧度均先增加后降低。当氧化石墨烯含量为1.5%时,1 150℃烧结样品的抗弯强度为81.5MPa,断裂韧性为1.52MPa·m1/2,分别比HA基体提高了151.8%和74.7%,因此添加氧化石墨烯后的HA复合材料的力学性能更佳。 

【文章来源】：材料导报. 2017,31(18)北大核心EICSCD

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【部分图文】：

图７ＧＯ颗粒在ＨＡ基体中的增韧机理示意图

，在凝胶固化成型后生坯中固化的水含量过高，导致烧结产物中孔洞的含量增大；另一方面ＧＯ含量过大也容易出现团聚，由于ＧＯ和ＨＡ基体之间的结合远没有ＨＡ颗粒自身的烧结性能好，所以ＧＯ颗粒大量团聚后，会在ＧＯ和ＨＡ之间形成弱的结合界面，裂纹容易沿着弱结合界面快速扩展，导致力学性能降低。在本实验中，当ＧＯ含量为１．５％时，ＧＯ／ＨＡ复合材料的性能最佳。图７ＧＯ颗粒在ＨＡ基体中的增韧机理示意图Ｆｉｇ．７ＳｃｈｅｍａｔｉｃｍａｐｏｆＧＯｐａｒｔｉｃｌｅｓｔｏｕｇｈｅｎｅｄＨＡｍａｔｒｉｘ图８是烧结后ＧＯ／ＨＡ复合材料断口的显微组织照片。从图８可以看到，ＨＡ基体呈浅灰色，氧化石墨烯呈深灰色薄片状，存在拔出的痕迹，这是ＧＯ提高ＨＡ基体性能的一种方式。图８ＧＯ／ＨＡ复合材料断口显微组织照片Ｆｉｇ．８ＳＥＭｉｍａｇｅｓｈｏｗｉｎｇｔｈｅｆｒａｃｔｕｒｅｓｕｒｆａｃｅｏｆＧＯ／ＨＡｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ３结论（１）有机单体、浆料固相含量和氧化石墨烯含量均能影响氧化石墨烯／ＨＡ浆料的粘度。在ｐＨ＝１０，分散剂含量为６％，有机单体含量为１５％，浆料固相含量为４５％，ＧＯ含量为１．５％时，ＧＯ／ＨＡ浆料的粘度为３６２．９ｍＰａ·ｓ，浆料具有良好的分散性。（２）随着催化剂含量的增加，浆料的起始固化时间缩短，引发剂和催化剂的含量分别为粉体质量的１．５％和０．９％时，起始凝胶固化时间为１０ｍｉｎ，凝胶固化反应结束后生坯质量较好。（３）随着有机单体和催化剂含量的增加，ＧＯ／ＨＡ复合材料的生坯密度和生坯抗压强度均是先增大后减校当有机单体的含量为１５％，催化剂含量为０．９％时，ＧＯ／ＨＡ复合材料的生坯密度及抗


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