[发明专利]含Al2O3陶瓷纳米薄膜的聚四氟乙烯多层膜复合方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种含Al₂O₃陶瓷纳米薄膜的聚四氟乙烯多层膜复合方法。

背景技术：

聚四氟乙烯是一种结构特殊的高分子工程材料，其分子链呈螺旋形，较僵硬，是一种固体晶区与高弹态非晶区的混合物，这种特殊的结构形式赋予其优良的自润滑性，摩擦系数小，表面能较低，临界表面张力为10-4N/cm，是各种材料中最大的, 因此也导致机械性质较软，耐磨性差, 尤其是当负荷( P)和滑动速度(V)超过一定条件时，摩耗会增加很大，在应用中PV值会受到限制。为增强其摩擦性能，多采用对聚四氟乙烯改性的方法，增加硬度，提高耐磨性。常用的方法有增强、填充、复配和共混等。填充方法用到的物质品种有玻璃纤维、金属、金属化氧化物、石墨、二硫化钼、碳纤纖、聚酰亚胺、EKONOL等。

自1989年，我国借鉴前苏联先进技术，开始研制弹性金属-塑料瓦(EMP)以来，弹性金属-塑料瓦（EMP）已广泛用于国产水利发电机组推力轴承瓦中，EMP以钢板作为基板，中间钎焊铜丝网，在铜丝网的外部热压聚四氟乙烯（PTFE）板材,表面为聚四氟乙烯（PTFE）材料,虽然利用聚四氟乙烯(PTFE)─金属弹性瓦改善了轴承瓦面的耐磨性，使轴瓦发热问题在一定程度上得到解决。但另一个难题一直没有得到解决：由于表面的聚四氟乙烯材料的磨擦系数较小，且随着轴瓦转速的增大磨损情况将趋于严重，尤其是在停机时，油膜失去作用，便产生瞬时干磨擦现象，对轴承瓦损伤严重。因PTFE本身性能的影响，严重限制EMP使用。如何提高PTFE的耐磨性，进一步改善EMP瓦耐磨损性能，已成为制造商亟待解决的问题。

目前针对这一难题的解决方法是通过改性原理，即直接物理掺杂，为改善PTFE的压缩弹性、蠕变性、耐磨性，在PTFE中填充玻璃纤维和MoS₂。或者利用Pb₃O₄、PbO、Cu₂O三种金属氧化物填充PTFE，对干摩擦与GCr15轴承钢对磨时的摩擦学性能进行了研究。或者利用离子束技术交替溅射PTFE和Si₃N₄获得Si₃N₄/PTFE复合膜。还有利用活性改性剂对PTFE变形强度和摩擦性进行研究。但这些改性原理得到的产品的性能仍需进一步改进以达到更好的使用效果。

本方法在PTFE表面沉积多层Al₂O₃-PTFE复合纳米薄膜，增加PTFE的硬度，利用重构的复合膜结构提高PTFE抗粘着磨损能力，因为在PTFE一类材料上发生的磨损主要以粘着磨损为主，为克服这一缺点采用硬质材料渗入表层并覆盖表面的方法最恰当，工艺上选择采用离子注入技术的优点是可使沉积在PTFE内部的金属粒子注入深度更深一些，金属离子会占据大量空位，原子间作用力更强，结构更紧密稳定，同时，在注入过程中，会产生高密度位错，出现钉扎和阻碍效应，使注入层强度增加，抗粘着磨损能力更强。由于纳米薄膜的纳米表面效应和复合膜界面层的存在, 进一步提高PTFE抗磨损能力。聚四氟乙烯材料有三种密度，本设计所选密度为2.56g/cm3，属准六方晶系的高分子结晶聚合物，它的硬度随着Al^3＋离子注入剂量的升高而增大，而晶粒尺度随着注入剂量的增加在减少，产生晶粒细化增强效果,另一方面，注入Al^3＋离子与基体反应或直接镶嵌在晶格中从而形成颗粒强化，形成弥散颗粒进而阻止位错运动发生，使PTFE耐磨性能增强，同时,结晶度随着Al^3＋离子注入剂量的增加而减少，产生更多的断链结构，进而产生更多的交联结构，使其交联度增大从而也促使耐磨性能增强。

发明内容：