中科院兰州化学物理研究所润滑与防护材料研究发展中心胡丽天研究员带领的课题组在高性能陶瓷润滑和密封材料的制备和应用研究方面取得系列进展。
研究人员将纳米陶瓷与陶瓷润滑技术成功结合起来，采用热压烧结工艺，制备了兼具优异力学和摩擦学性能的Y-TZP/Al2O3/Mo纳米陶瓷复合材料。材料具有晶内、晶界和纳米-纳米型的复合结构，其断裂韧性高达17.4 MPa·m1/2，高温摩擦时生成的润滑性氧化膜使材料具有较低的摩擦系数，800 ℃和Si3N4陶瓷球对摩时的摩擦系数低于0.5。这一研究结果发表在新一期摩擦学领域国际权威学术期刊Wear (Wear 2010, 268: 1091-1094)上。高性能陶瓷润滑和密封材料因其耐高温、耐化学腐蚀、耐磨损以及具有较高的机械强度和良好的润滑性能等优点，在航空、航天、原子能、微电子等领域具有广阔的应用前景。近年来，通过对晶粒尺寸和增强相成份与结构的精确控制以及合理的摩擦学设计，课题组成功制备了具有优异力学和摩擦学性能的Al2O3、TiO2、CuO、Mo、Graphite和MoS2复合Y-TZP系列纳米陶瓷及其复合材料，材料的断裂韧性和弯曲强度分别可以达到17.4 MPa·m1/2和1300 MPa，材料的摩擦系数可降低至0.25，而且磨损率小于1.0×10-6 mm3/N·m。同时，基于对纳米陶瓷结构、制备和性能的系统研究，提出了新的影响纳米陶瓷烧结特性、力学和摩擦学性能的影响因素，建立了该类材料磨损的理论模型。上述相关研究结果发表在国际著名刊物Adv. Eng. Mater. (2006, 8: 271-275)、Mater. Lett. (2006, 60: 2302-2305)、J. Am. Ceram. Soc. (2008, 91: 1332-1334)、J. Mater. Process. Technol.(2008, 198: 191-194; 2009, 209: 1533-1537) 和Wear (2010, 268: 1091-1094)上。
该项研究得到了国家自然科学基金和航天科技集团基础科研项目的支持。
SEM photograph of Y-TZP/Al2O3 ceramic phase in the Y-TZP/Al2O3/Mo nanocomposites
Relationship between friction coefficient and sliding time
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