高性能氧化铝/石墨层状自润滑复合材料的设计、制备与性能优化

【作者】 宋俊杰； 张永胜； 孙矿； 苏云峰； 樊恒中； 胡丽天；

【机构】 中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室； 中国科学院大学； 上海晨华科技股份有限公司；

【摘要】 陶瓷基自润滑复合材料的层状结构设计,通过其独特的增韧方式和缺陷不敏感性,可实现材料力学性能和摩擦学性能的统一。本文基于先进陶瓷材料的结构/功能一体化设计原则,在保证层状陶瓷材料优异力学性能的同时,研究了几何结构参数和界面组分对层状陶瓷材料摩擦学性能的影响规律和机理。实验结果表明:通过几何结构参数的调控,可以显著改变石墨相的体积分数及石墨层层间距,进而影响摩擦过程中润滑转移膜的形成及材料的磨损破坏机理;通过对石墨弱层的组分调控可以进一步提高材料的抗磨减摩性能。优化后的氧化铝/石墨层状复合材料展现出优异的摩擦学性能,当石墨相的体积分数接近20%时,材料的摩擦系数可降低至0.31,比单相氧化铝陶瓷降低了近55%。此外,将高温润滑相引入到石墨层中,可以实现层状复合材料在宽温域下的连续润滑。采用SPS烧结制备的Al₂O₃/Graphite-BaSO₄层状复合材料在室温至800℃温度范围内的摩擦系数均保持在0.45以下。更多还原