极端环境下服役自润滑结构陶瓷的构建

【作者】 张永胜； 宋俊杰； 樊恒中； 苏云峰； 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；

【摘要】 陶瓷润滑复合材料除具有一般固体润滑材料的优点,如使用温度范围宽、低摩擦、抗污染、高承载外,还具有密度低、结构理想、化学稳定性和热稳定性优异以及使用寿命长等特点,可以在超高温(>1000℃)、强腐蚀等特殊工况下实现有效润滑,在高技术领域具有广泛的应用前景。然而,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,导致其使用的可靠性和抗破坏性较差,从而制约了陶瓷润滑复合材料在机械领域更为广泛的应用和产业化进程。本研究基于仿生设计、微界面调控和表面复合润滑层构筑实现了陶瓷润滑复合材料性能的提升,分别构建了适用于腐蚀环境和超高温工况服役条件的自润滑结构陶瓷,系统研究了宏/微观结构对材料性能的影响规律和控制方法。结合微观结构、力学性能和摩擦学性能表征,发现复合材料结构参数、表/界面微结构与材料的力学和摩擦润滑特性有显著的关联性;探索了复合材料在高温、腐蚀环境下的摩擦学行为及其转变,发现通过结构参数优化设计和表/界微结构调控可以获得既具有高可靠性又呈现低摩擦系数的陶瓷复合材料,并可望用于有耐磨及减摩要求,特别是在极端服役环境下仍要求保持高强韧和低摩擦的特殊工件。更多还原