HA-短切碳纖維生物復合材料的制備及性能的研究.pdf

1、本文采用改性碳纖維提高羥基磷灰石陶瓷材料的力學性能，原位復合法(in-suit)制備羥基磷灰石(HA)/短切碳纖維生物復合材料粉體，熱壓燒結制備復合材料塊體，并對制備的復合材料塊體進行物理和力學性能測試，對試樣斷口進行掃描電鏡(SEM)分析。
　　實驗首先用溶膠-凝膠法(sol-gel)合成了純羥基磷灰石粉體。對合成的粉體在不同的溫度下進行煅燒，用X射線衍射(XRD)儀分析粉體相結構的變化，用謝樂公式計算晶粒的大小。結果表明：隨著

2、溫度的升高，羥基磷灰石粉體的結晶度升高，衍射曲線逐漸變尖銳，HA衍射峰和標準PDF卡完全匹配，證明實驗合成了高純度的羥基磷灰石粉體；計算表明燒結后粉體晶粒逐漸長大到50 nm左右。
　　采用超聲波清洗儀對碳纖維(carbon fiber，簡稱Cf)進行清洗分散處理，為提高材料的界面結合，對分散后的碳纖維進行表面改性處理，并用SEM和傅立葉轉換紅外光譜(FTIR)儀對碳纖維表面進行分析表征。結果表明：氧化處理后的碳纖維表面變粗糙，用

3、不同濃度的鹽酸氧化處理后的碳纖維表面都有大量含氧官能團出現(xiàn)；用濃鹽酸和8％氫氧化鈉溶液氧化處理后的碳纖維表面腐蝕嚴重，影響了碳纖維的力學性能。
　　以短切碳纖維為增強相，采用原位復合法制備 HA/短切碳纖維生物復合材料粉體；分析了熱壓燒結溫度和壓力對復合材料的物理和力學性能的影響，通過分析不同溫度下復合材料的XRD譜圖，確定最佳燒結工藝條件：真空狀態(tài)，燒結溫度1473 K，燒結壓力30 MPa，燒結時間10 min。
　　對

4、制備的復合材料塊體進行物理和力學性能測試，利用SEM對復合材料斷口形貌進行分析表征。結果表明：復合材料的電阻率極大，超過3.33×106Ω·m，接近于絕緣體；復合材料相對密度、彎曲模量、彎曲強度和斷裂韌性在碳纖維質量分數(shù)為3%時出現(xiàn)最大值，分別為99.75%、36 GPa、130 MPa和1.82 MPa·m1/2，其中彎曲模量和彎曲強度均達到或超過人體致密骨的平均水平；氧化處理的復合材料力學性能總高于同質量分數(shù)的未氧化處理的，彎曲模量