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结构/润滑功能一体化陶瓷复合材料研究获进展
日期:2013-07-26 | | 【

 材料的显微结构照片

陶瓷润滑材料有利于提高润滑材料的耐腐蚀、耐磨损、耐高温和抗氧化性能,同时具有低密度、理想的结构和热稳定性,是最有发展潜力和实用价值的高温润滑技术。但由于陶瓷材料的本征脆性以及由摩擦学设计所带来的材料力学性能的下降,在很大程度上限制了它在高温润滑领域更为广泛的应用。如何解决陶瓷润滑材料中力学性能和摩擦学性能之间的矛盾,实现陶瓷复合材料的结构/润滑功能一体化是当前陶瓷润滑材料的研究重点。

在科技部“973”项目、国家自然科学基金项目和中科院“西部之光”人才培养计划项目的资助下,中国科学院兰州化学物理研究所润滑与防护材料研究发展中心研究人员通过梯度结构和仿生层状结构设计,显著提高了陶瓷润滑材料的力学性能。该研究小组发展了一种简易的铺层-热压原位成型工艺,将固体润滑剂以梯度分布方式复合在具有高强度和可靠性的仿生层状结构氧化铝和氧化锆陶瓷中,成功制备出系列结构/润滑功能一体化陶瓷复合材料,为陶瓷材料在摩擦学领域更为广泛的应用奠定了重要的基础。

制备的新型陶瓷润滑材料具有优异的摩擦学性能,在室温到800℃的温度范围内,其摩擦系数远低于氧化铝和氧化锆陶瓷,是氧化铝和氧化锆陶瓷的一半左右。其弯曲强度、断裂功及断裂韧性是常规陶瓷润滑材料的3~10倍,如层厚为80μm 的Al2O3/Al2O3-ZrO2(3Y)/SL层状-梯度复合材料的弯曲强度可达348MPa,和单层Al2O3陶瓷相当,是常规Al2O3陶瓷润滑材料的5倍多。同时,由于层状-梯度的特殊结构,材料中存在空间不均匀分布的残余应力,这对复合材料的力学行为具有明显的影响。该研究表明,通过层状结构参数和梯度指数的调控可以使残余应力具有较高的水平,进而实现材料性能的优化。

相关结果发表在COMPOSITES PART B-ENGINEERING (2013,47:145)MATERIALS & DESIGN (2013, 49: 421)上。

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