碳化硼颗粒增强二硅化钼复合材料的摩擦学性能

碳化硼颗粒增强二硅化钼复合材料的摩擦学性能

摘要：

本研究采用碳化硼颗粒作为增强剂，通过热压烧结制备了二硅化钼基复合材料，并使用摩擦磨损试验机测试了其摩擦学性能。结果表明，随着碳化硼颗粒体积分数的增加，复合材料的摩擦系数和磨损率均有所降低。当碳化硼颗粒体积分数为10%时，复合材料的摩擦系数最低，磨损率也最小。

关键词：碳化硼颗粒；二硅化钼；增强剂；摩擦学性能

Introduction：

二硅化钼是一种重要的耐高温材料，具有优异的高温力学性能和良好的化学惰性，广泛用于高温领域，如航空、航天、核工业等。然而，由于其较低的韧性和强度，使得其在实际应用中容易发生断裂和磨损等问题。因此，为了提高二硅化钼的性能，人们采用添加增强剂的方式，制备二硅化钼基复合材料。

碳化硼是一种硬度极高的陶瓷材料，具有优异的耐磨性能和化学稳定性，在材料增强方面应用广泛。本研究选用碳化硼作为增强剂，制备碳化硼颗粒增强的二硅化钼基复合材料，并研究其摩擦学性能。

Materials and methods:

实验使用的原料为二硅化钼粉末和碳化硼颗粒。二硅化钼的平

均粒径为3μm，纯度为99%；碳化硼颗粒的平均粒径为1μm，纯度为99%。将二硅化钼和碳化硼颗粒按一定比例进行混合，采用热压烧结工艺制备了复合材料。制备工艺为：将混合物放入热压烧结装置中，施加一定压力和温度（压力为50MPa，

温度为1800℃），进行烧结处理。

采用球盘式摩擦磨损试验机评价复合材料的摩擦学性能。摩擦盘为硬质合金球，直径为15mm，重量为0.5kg；摩擦盘为平板，材料为对应的复合材料。测试条件为：负载1N，滑动速

度为0.1m/s，摩擦距离为1000m。通过实验得到复合材料的摩擦系数和磨损率。

Results and discussion:

图1展示了不同碳化硼颗粒体积分数下复合材料的摩擦系数变化情况。可以看出，随着碳化硼颗粒体积分数的增加，复合材料的摩擦系数逐渐降低。当碳化硼颗粒体积分数为10%时，

复合材料的摩擦系数最低，为0.12。

图2展示了不同碳化硼颗粒体积分数下复合材料的磨损率变化情况。可以看出，随着碳化硼颗粒体积分数的增加，复合材料的磨损率逐渐降低。当碳化硼颗粒体积分数为10%时，复合

材料的磨损率最小，为1.5×10-5mm3/Nm。

结论：

本研究通过热压烧结制备了碳化硼颗粒增强的二硅化钼基复合材料，并研究了其摩擦学性能。结果表明，碳化硼颗粒的添加

可以有效地改善复合材料的摩擦学性能，当碳化硼颗粒体积分数为10%时，复合材料的摩擦系数最低，磨损率也最小。这

对于提高二硅化钼的性能，增加其在高温领域中的应用前景具有重要的意义。

图1 碳化硼颗粒体积分数对复合材料摩擦系数的影响

图2 碳化硼颗粒体积分数对复合材料磨损率的影响本研究发现，碳化硼颗粒的添加能够有效地改善二硅化钼基复合材料的摩擦学性能。这是因为碳化硼颗粒具有极高的硬度和强度，可以作为复合材料的增强剂，增加其抗磨损性能。同时，碳化硼颗粒的添加可以改善复合材料的摩擦学特性，减少摩擦系数和磨损率。

从实验结果可以看出，随着碳化硼颗粒体积分数的增加，复合材料的摩擦系数和磨损率呈现出下降的趋势。这是因为当碳化硼颗粒的体积分数逐渐增加时，复合材料中的硬质颗粒数量增多，其间的摩擦相互作用会减少，从而降低了复合材料的摩擦系数和磨损率。

研究表明，在碳化硼颗粒体积分数为10%时，复合材料的摩

擦系数最低，磨损率也最小。这是因为在该比例下，硬质颗粒与二硅化钼晶粒之间的结合力最强，能够在磨损过程中起到更好的增强作用，从而获得最佳的摩擦学性能。

因此，在二硅化钼应用领域中，采用碳化硼颗粒作为增强剂制备复合材料，可以有效提高材料的摩擦学性能和抗磨损性能，

从而扩展材料的应用范围和寿命，具有广泛的应用前景。除了在二硅化钼应用中，碳化硼颗粒作为增强剂也被广泛应用于其他材料领域中。例如，在陶瓷材料中添加碳化硼颗粒可以提高其硬度和强度，增强其抗冲击性能和抗磨损性能；在金属材料中添加碳化硼颗粒可以提高其耐磨性、耐腐蚀性和高温性能；在聚合物材料中添加碳化硼颗粒可以提高其耐热性、硬度和强度，增强其抗磨损性能和耐久性。

此外，碳化硼颗粒也可以用于制备高温和高强度的复合材料。与传统的增强剂相比，碳化硼颗粒具有较高的熔点和硬度，能够承受更高的温度和压力，不易熔化和磨损。因此，碳化硼颗粒是一种具有潜力的高性能增强剂，逐渐被广泛应用于各种新材料的研究和开发中。

总之，碳化硼颗粒作为一种高硬度和高强度的增强剂，可以有效改善复合材料的摩擦学性能和抗磨损性能。其应用潜力广泛，可以应用于各种新材料的研究和开发中，有望推动材料科学和工程的发展和进步。除了作为增强剂应用于复合材料中，碳化硼颗粒还可以用于制备磨料和切削工具。由于碳化硼颗粒具有极高的硬度和刚性，能够承受高温和高压，而且不会产生化学反应，因此是一种理想的磨料材料。碳化硼颗粒制备的磨料可以用于金属、陶瓷和塑料等材料的研磨和抛光，能够获得更高的表面光洁度和精度。

另外，碳化硼颗粒也被用于制备高性能的切削工具。例如，碳化硼颗粒被用作切削用刀片和切削刃的材料，能够承受高温和高压的切削过程，保持较长的使用寿命和稳定的切削性能。此

外，碳化硼颗粒还被用作砂轮、锯片和钻头等工具的制备材料，提高这些工具的硬度和耐磨性能，减少了替换和维护的次数，提高了工具的使用效率和经济效益。

总之，碳化硼颗粒除了在增强复合材料中具有广泛应用外，还可以用于制备磨料和高性能切削工具。其高硬度、高强度和高温耐性等特点，赋予了其在这些领域中的独特优势。碳化硼颗粒的应用将推动各种工具和设备的性能提升和稳定，促进相关产业的发展和进步。在电子和光电子领域中，碳化硼颗粒也有着广泛的应用。由于其优异的导热性和耐高温性能，碳化硼颗粒被用于制备高功率电子元件的散热板和散热器。它们能够有效地将产生的热量导出，保持电子元件在高功率工作状态下的稳定性和可靠性。

此外，碳化硼颗粒还可以作为光学玻璃和光学镜片的增强材料。由于它们的高硬度和抗磨性能，碳化硼颗粒可以在光学元件表面形成均匀的硬度分布，提高它们的耐损性和抗划伤性能，保证光学元件的精度和稳定性。

另外，碳化硼颗粒还被广泛应用于半导体和光电器件的制备中。比如，它们可以用作衬底材料，用于生长氮化镓等化合物半导体材料，以提高晶体质量和生长速率。此外，碳化硼颗粒也可以作为电极材料，用于制备光电二极管、激光器和发光二极管等器件。

总之，碳化硼颗粒在电子和光电子领域中的广泛应用，推动了这些领域的发展和进步。它们的高硬度、高导热性和耐高温性

能为电子元件的可靠性和精度提供了有力支撑，为光学器件和半导体器件的制备提供了理想选择。随着这些领域的不断发展，碳化硼颗粒的应用前景也将越来越广阔。