陶瓷2石墨复合材料的摩擦磨损性能研究3
第17卷 第4期摩擦学学报V o l17, N o4 1997年12月TR I BOLO GY D ec,1997研究简报(363～366)
陶瓷2石墨复合材料的摩擦磨损性能研究3
董利民 张宝清 田杰谟 李兆新
(清华大学核能技术设计研究院 北京 102201)
摘要 对陶瓷2石墨复合材料 GC r15钢摩擦副的摩擦磨损性能与GC r15钢 GC r15钢的作了
对比试验研究.结果表明:分别在干摩擦和10#机械油润滑下,陶瓷2石墨复合材料 GC r15钢的
摩擦因数均比GC r15钢自配副时的低,陶瓷2石墨复合材料试块的磨痕宽度也比GC r15钢试块
的小.硬质陶瓷颗粒与石墨均匀弥散共存,提高了材料的强度和硬度,从而改善了材料的耐磨
性.
关键词 石墨 陶瓷 复合材料 摩擦学性能
分类号 TQ174.758.22
陶瓷2石墨复合材料兼备石墨和陶瓷材料各自的优点,具有耐高温、耐磨损、抗腐蚀及导电和导热性能良好等特性.对于这类材料的力学性能和物理性能已有不少研究报道[1～5],但有关其摩擦磨损性能的研究却还未见文献公开发表.作者对陶瓷2石墨复合材料 GC r15钢摩擦副的摩擦磨损性能进行了试验研究,并且探讨了陶瓷2石墨复合材料的摩擦磨损机理.
1 试验部分
1.1 试样
用于环2块式摩擦磨损试验机的环试样系以淬火与回火处理的GC r15轴承钢制备而成,其被试表面经过磨削加工后的表面粗糙度R a=0.35Λm,表层硬度为H V750.环试样的尺寸为外径49.2mm和宽度13.0mm.块试样的材料共有含石墨质量分数(w c,下同)分别为0.1,0.2,0.3,0.4和0.5的5种陶瓷2石墨复合材料.这些材料都是将Si C和B4C等陶瓷粉与石墨粉按一定比例混合后热压烧结制备的,烧结温度2200℃,压力20M Pa.试块尺寸为12.35mm×12.35mm×19.00mm,其表面经过研磨与抛光处理.表1所列是试块材料的力学性能和表面粗糙度.此外,还用GC r15钢试块与高强度石墨块作了对比试验研究.
1.2 摩擦因数的测定
在M H K2500环2块式摩擦磨损试验机上分别进行干摩擦和10#机械油润滑条件下的摩
3国家“八五”科技攻关项目(852********) 1996203211收到初稿,1997206228收到修改稿 本文通讯联系人董利民.
董利民 男,1965年2月生,内蒙古人,1991年在清华大学获硕士学位,目前主要从事精细陶瓷材料的组成、结构与性能研究,发表论文10余篇,现为清华大学核能技术设计研究院副研究员.
张宝清 男,1944年10月生,北京市人,1968年毕业于北京钢铁学院金属物理系,目前主要从事陶瓷材料的制备工艺及其性能研究,发表论文30余篇,现为清华大学核能技术设计研究院副研究员.
田杰谟 男,1935年4月生,山东省人,1963年毕业于清华大学工物系,目前主要从事结构陶瓷、生物功能陶瓷及生物陶瓷材料的研究,发表论文50余篇、专著2部,现为清华大学核能技术设计研究院教授、博士生导师.
李兆新 男,1963年1月生,北京市人,大专程度,目前主要从事陶瓷材料制备工艺研究,发表论文3篇,现为清华大学核能技术设计研究院实验师.
擦磨损试验.摩擦因数通过L PD Z3动态测试仪测出,并且通过机械式杠杆测力装置进行校正.在干摩擦时的载荷为178N,在以10#机械油润滑时的载荷为578N,这2种情况下的滑动速度均为1m s.当摩擦力达到稳定状态时再运转5m in后测量摩擦因数.在测量时过程中,每间隔30s取点,每次测量10个点,对于同一试块重复测量3次.对同一试样重复测试的数据取其算术平均值作为该试块 GC r15钢环对摩时的摩擦因数.
表1 陶瓷-石墨复合材料的性能
Table1 Properties of ceram ic-graph ite co m posite
w cΡf M Pa K I C M Pa·m1 2E GPa H RA R a Λm
0.14304.40352900.26
0.24104.50288860.31
0.33705.37187820.28
0.42254.88133800.23
0.52155.8383760.23
1.3 磨损性能的测试
用M H K2500环2块式摩擦磨损试验机在干摩擦下进行陶瓷2石墨复合材料 GC r15钢的磨损试验,并且用GC r15钢 GC r15钢及高强度石墨 GC r15钢进行对比试验研究.试验条件为:载荷178N,滑动速度1m s,时间300m in.
用表面形貌仪测定磨痕的深度和宽度,以评定陶瓷2石墨复合材料试块的磨损性能.
2 试验结果与讨论
2.1 摩擦因数
陶瓷2石墨复合材料 GC r15钢及对比摩擦副的摩擦因数列于表2.可以看出,在干摩擦条件下,几种含石墨质量分数(w c)不同的陶瓷2石墨复合材料 GC r15钢的摩擦因数Λ都明
表2 不同摩擦副(试环材料均为GCr15钢)的摩擦因数
Table2 Fr iction factor of differen t fr ic iton pa irs
(R i ng mater i als are GCr15steel)
L ubricating conditi on
w c
0.10.20.30.40.5
GC r15
steel
Graph ite
D ry fricti on0.3050.3110.2890.3060.2660.4200.267
O il lubricati on0.1630.1630.1680.1590.1680.1810.110
显比GC r15钢 GC r15钢的低,而且当w c=0.5时,其Λ值最低而与石墨 GC r15钢的基本相当.分析认为,这是由于陶瓷2石墨复合材料属于硬质碳化物陶瓷颗粒与石墨均匀弥散形成的共存体,其在与GC r15钢对摩的过程中,复合材料试块的新鲜磨损表面和GC r15钢试环表面都形成了石墨保护膜,这就使复合材料与钢的相互摩擦变成在石墨膜之间进行,故此摩擦因数降低.
由表2所列数据还可以看出,在10#机械油润滑条件下,陶瓷2石墨复合材料 GC r15钢的摩擦因数也比GC r15钢 GC r15钢的低,但两者的差别明显比干摩擦下的小,这是此时在463摩 擦 学 学 报第17卷
摩擦界面都形成了润滑油膜的结果.2.2 磨损性能
表3所列为陶瓷2石墨复合材料 GC r 15钢在干摩擦条件下的磨损试验结果,而图1给出的是用表面形貌仪测得试块的表面磨痕轮廓曲线.由表3可以看出,随着w c 的增大,复合材料试块的磨损增大,当w c =0.5时,复合材料试块的表面磨痕宽度几乎与GC r 15钢试块
表3 不同摩擦副(试环材料均为GCr 15钢)在干摩擦下的磨损试验结果
Table 3 The wear of block with differen t
fr iction pa irs (R i ng mater i als are GCr 15steel )under dry fr iction condition
B lock m aterial W ear scar w idth mm
W ear scar dep th Λm
Ceram ic 20.1Graph ite 0.833.82Ceram ic 20.2Graph ite 1.266.64Ceram ic 20.3Graph ite 1.549.83Ceram ic 20.4Graph ite 2.5936.42Ceram ic
20.5Graph ite
3.0249.27GC r 15steel 3.1355.66Graph ite
9.49
162.73
F ig 1 Surface p rofile of w ear scar
图1 磨痕的表面轮廓
的相当,仅约为石墨试块的1 3.这是由于硬质陶瓷颗粒与石墨均匀弥散共存体具有比石墨材料更高的强度和硬度的缘故.同时,石墨在摩擦磨损过程中起着固体润滑剂的作用,这也是复合材料表现出良好耐磨性的原因之一.但是,随着w c 的增大,碳化物陶瓷所占的质量比逐渐减小,复合材料的强度和硬度都不断下降,因而磨损增大.
3 结论
a . 在干摩擦和10#
机械油润滑下,陶瓷2石墨复合材料 GC r 15钢摩擦副的摩擦因数
均比GC r 15钢自配副时的低.陶瓷2石墨复合材料适合在干摩擦条件下使用.
b . 干摩擦条件下,当w
c <0.5时,陶瓷2石墨复合材料与GC r 15钢对摩时的磨痕宽度
比GC r 15钢与GC r 15钢对摩时的小,当w c =0.5时,复合材料试块的磨痕宽度几乎与GC r 15钢试块的相当,仅约为石墨试块的1
3.c . 陶瓷2石墨复合材料中的石墨在摩擦过程中起着固体润滑剂的作用,降低了摩擦因
5
63第4期董利民等: 陶瓷2石墨复合材料的摩擦磨损性能研究
663摩 擦 学 学 报第17卷
数.由于硬质陶瓷颗粒与石墨均匀弥散共存体的强度和硬度都比石墨材料的高,因而复合材料具有良好的耐磨性.
参考文献
1 M iyazak i K,Yo sh ida H,Robayash i K.H igh temperature electrical resistivity and ther m al expansi on coefficient of
h igh dense carbons and carbon2ceram ic compo sites.Carbon(Japan),1986,124:18～25
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3 M iyazak i K,Yo sh ida H.H igh temperature bending strength and ther m al shock resistance of carbon2ceram ics com2 po sites.Carbon(Japan),1985,120:21～27
4 张宝清,董利民,田杰谟.连续束焊机用陶瓷 石墨材料研究.功能材料,1995,26(5):465～467
5 董利民.Si C晶须 陶瓷 石墨复合材料研究;[学位论文].北京:清华大学核能技术设计研究院,1991
A Study on the Fr iction and W ear Behav ior of
Ceram ic-Graph ite Com posite
Dong L i m in Zhang B aoqing T ian J iem o L i Zhaox in
(Institu te of N uclear E nergy T echnology T sing hua U niversity B eij ing 102201 Ch ina)
Abstract T he fricti on and w ear behavi o r of ceram ic2grap h ite com po site again st GC r15 steel has been studied.F ricti on and w ear tests of GC r15steel again st GC r15steel pairs have also been conducted fo r com p arison.T he resu lts show that the fricti on facto r of ce2 ram ic2graph ite com po site again st GC r15steel,w hether w ith the lub ricati on of10#o il o r w ithou t it is less than that of GC r15steel again st GC r15steel.T he w ear of ceram ic2 graph ite com po site speci m en s is less than that of GC r15steel.T he carbon con tained in the ceram ic2grap h ite com po site functi on s as lub rican t to reduce fricti on facto r and w ear.H ard ceram ic particles hom ogeneou sly dispersed in the graph ite m atrix increase the overall hard2 ness and toughness of the com po site,thu s i m p rove the w ear resistance.
Key words grap h ite ceram ic com po site tribo logical p rop erty
Cla ssify i ng nu m ber TQ174.758.22
干摩擦条件下铜_石墨复合材料与ZQAl9_4铝青铜的磨损图研究
第28卷第5期摩擦学学报Vol.28 No.5 2008年9月Tribol ogy Sep t2008干摩擦条件下铜2石墨复合材料与ZQA l924 铝青铜的磨损图研究 马文林1,2,吕晋军1 (1.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,甘肃兰州 730000; 2.中国科学院研究生院,北京 100039) 摘要:考察了铜2石墨复合材料和商品Z QA l924铝青铜材料在干摩擦条件下的室温摩擦磨损性能,得出了两者的磨损图.结果表明:铜2石墨复合材料表现出优异的减摩性能;铜2石墨材料的磨损体系可以分为轻微磨损(磨损率小于1×10-4mm3/m)、中等磨损(1×10-4～1×10-3mm3/m)和严重磨损(磨损率大于1×10-3mm3/m)3个区域,而Z QA l924铝青铜的磨损体系可分为轻微磨损、中等磨损和咬合3个区域;在载荷小于5N,滑动速度处于0.005～0.05m/s时,铜2石墨复合材料表现出比铝青铜更优异的耐磨性. 关键词:铜2石墨复合材料;铝青铜Z QA l924;磨损图 中图分类号:T H117.3文献标志码:A文章编号:100420595(2008)0520389205 以铜或铜合金为基体、石墨或二硫化钼为固体润滑相的自润滑复合材料具有低摩擦、耐磨损的特点,可在室温到400℃的温度范围内作为轴承材料以及通电条件下的电刷材料使用[122].由于石墨的加入对复合材料的力学性能影响较大,通常采用基体合金化的方法来获得足够的强度和耐磨性[3].也有采用细化石墨颗粒以提高材料的力学性能并改善其摩擦学性能的研究报道[4].近年来,铜包石墨或镍包石墨的研究也取得了一定进展[526].铜2陶瓷颗粒2石墨杂化材料的摩擦学性能,特别是高温摩擦学性能优异,这与陶瓷颗粒提高了基体的高温抗塑性变形能力有关[7].应该指出的是,铜基自润滑复合材料的摩擦学研究中针对试验条件,特别是速度对其性能影响的研究还很薄弱.主要体现在所评价的速度范围较窄,在低速(小于0.01m/s)和高速(大于2m/s)的材料摩擦学行为评价还不多见;而铜基自润滑复合材料与商品合金的摩擦学性能的比较应在宽的速度和载荷范围内进行.在摩擦过程中,除了摩擦系数和磨损率以外,材料的体相温度测量具有一定意义[8]. 基于此,本文制备出铜2石墨复合材料,在无润滑条件下,考察并比较了商品Z QA l924铝青铜和铜2石墨复合材料与Cr W Mn钢对摩时的摩擦磨损性能,比较了低速条件下2种材料的性能差异. 1 实验部分 1.1 材料 采用粉末冶金工艺制备Cu25%Graphite复合材料(质量分数,下同),所用铜粉与石墨粉粒度分别小于76μm和42μm.首先在行星式球磨机中混料8h,然后以300MPa压力冷压成型,最后在氢气炉中进行烧结,烧结温度为800℃,保温30m in后随炉冷却.用阿基米德法测出材料密度为6.90g/c m3;布氏硬度HB31.5(压头直径2.5mm,负荷62.5kg,保压时间30s);参照G B/T731422005测定出材料的压缩强度σ为235.6MPa.由于Z QA l924铝青铜(8.0%～9.0%A l,2.0%～4.0%Fe,杂质元素含量小于1.0%,其余为Cu)通常被用于制造高强度抗磨零件(如齿轮和轴套等),所以我们采用该合金作为对比材料. 1.2 摩擦磨损试验 摩擦磨损试验在瑞士CS M公司产T HT072135型高温摩擦磨损试验机上进行.采用栓2盘接触方式(见图1).栓材料选用所制备的复合材料或Z QA l92 基金项目:国家自然科学基金资助项目(50675216);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基金资助项目(0501).收稿日期:2008201210;修回日期:2008204230/联系人吕晋军,e2mail:jjlu@https://www.360docs.net/doc/7c3154366.html, 作者简介:吕晋军,男,1971年生,博士,研究员,目前主要从事材料摩擦学研究.
浅析先进陶瓷材料的研究现状及发展趋势
龙源期刊网 https://www.360docs.net/doc/7c3154366.html, 浅析先进陶瓷材料的研究现状及发展趋势 作者：孙彬 来源：《科技资讯》2017年第27期 摘要：随着现阶段各种高新技术日新月异的发展，先进陶瓷材料已经成为了新材料领域 中的翘楚，也是很多技术创新领域需要用到的关键材料，受到了很多发达国家和工业化企业的极大关注，先进材料的发展以及应用也在很大程度上对于工业的发展和进步产生一定的影响。本文旨在探讨先进陶瓷材料的研究现状及发展趋势。 关键词：工业陶瓷材料先进研究环保发达国家 中图分类号：TQ174.7 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）09（c）-0217-02 随着先进陶瓷的各种优势越来越明显，很多自动化控制、人工智能、电子智能技术领域都需要先进陶瓷的入驻，可以说，先进陶瓷的市场产量和覆盖范围已经发展到了一个不可忽视的阶段。 1 先进陶瓷的具体应用以及性能优势对比 先进陶瓷，根据各自的优点以及应用范围，大体可以分为两大类，也就是功能陶瓷和结构陶瓷，具体的应用范围以及性能优势，如表1所示。 2 国内外对于先进陶瓷材料的研究现状 2.1 国外对于先进陶瓷材料的研究现状 现阶段，全球各个国家对于先进陶瓷材料进行研究应用的趋势越来越明显。 举例来说，以美国和日本为代表，在对于先进陶瓷材料的研究和应用方面远远领先于其他国家。美国的宇航局和航空局大规模的应用了先进陶瓷。比如说在航空发动机上用陶瓷来替代其他材料；提出了关于先进陶瓷的多个计划，在每年对于先进材料的研究和应用上，投入多达35亿美元。这些都是为了提高他们在国际上的综合竞争能力。而日本也提出了对于先进陶瓷 研究和开发的一项计划，名曰“月光计划”，另外，欧盟各国尤其是以工业闻名的德国，都对先进陶瓷进行了研究和开发，法国也紧随其后，主要集中在对新能源材料进行重点的研究和突破。 综合来说，这些发达国家，比如美国、日本、欧盟，它们在先进陶瓷领域每年的平均增长率高达12%，其中欧盟较为领先，多达15%～18%，美国则是9.29%，日本是7.2%。现阶 段，全球先进陶瓷的最大市场集中在美国和日本，其次就是欧盟国家，甚至可以说，先进陶瓷在发达国家更加受到重视和人们的欢迎。
摩擦磨损性能测试试验
典型黑色金属磨损性能测试实验 史秋月 一、实验目的 1.了解M-2000型摩擦磨损试验机的结构，及材料进行耐磨性测试的意义； 2.掌握滑动摩擦、滚动摩擦及其在不同条件下（干式、湿式、磨粒等）的 实验方法； 3.掌握摩擦磨损性能指标的评估方法； 4.了解典型黑色金属灰铁和球铁在滑动摩擦条件下（干式）的耐磨情况。 二、实验设备 M-2000型摩擦磨损试验机，如图2-1 图2-1 三、实验材料 1.灰铁滑动摩擦试样一对，试样尺寸如附图（a） 2.球铁滑动摩擦试样一对，试样尺寸如附图（a） 四.实验原理与方法 将试样分别装在上下试样轴上，接通电源，双速电动机○1通过三角皮带○3齿12使下试样轴以200转/分（或400转/分）的速度转动；通过轮○4带动下试样轴○ 48的传递。使上试样轴○14以180转/分（或360转/ 47和齿轮○ 蜗杆轴○ 44，滑动齿轮○ 47分）的速度转动。当做滑动摩擦试验时，为使上试样轴不转动，应将滑动齿轮○ 46上。试验时，两试样间的压移至中间位置，齿轮○48必须用销子○22固定在摇摆头○ 19的作用下获得（弹簧中间是一重力传感器），负荷的增大或减少力负荷在弹簧○ 21上即可读出。也可将复合传感器接入25进行调整；负荷的数值从标尺○ 可用螺帽○ 电脑，从显示屏上读出，本实验载荷直接从显示屏上读出。试验的终止条件可由时间或总转速控制。试验结束之后根据不同的方法评估材料的耐磨情况。
五、实验内容 将加工好的滑动摩擦试样装在实验机上，在给定的条件下（干式、滑动摩擦、压力：200N、时间60min）进行试验，试验结束后将试样取下，评估耐磨性能。 根据所选取磨损试验方法的不同以及材料本质的差异，可以选择不同的耐磨性能评定方法，以期获得精确的试验数据，现简单例举下述几种方法以供参考。 1、称重法：采用试样在试验前后重量之差，本表示耐磨性能的方法，由于两试 样之间的摩擦所引起的磨损量，可以采用精度达万分之一的分析天平称量出试样试验前后重量之差非凡获得。试样在磨损前后必须严格进行去油污，烘干后再进行称量否则因残余的没污会影响试验数据的准确性。 计算可按下式进行： W=W0－W1 式中：W—试样的磨损量。 W0—试样在试验前的重量。 W1—试样在试验后的重量。 2、测量直径法：采用试样在试验前后直径的变化大小来表示耐磨性能的方法。 （1）用测微计（或其它测量仪器）测量试样试验前后的直径变化而获得。 （2）本试验机所带小滚轮○6可用来精确测量试样直径试验前后的变化。 测量方法：使用时首先将装有小滚轮○6的支架拆下来装在下试样轴轴承座的小轴（附图）上，在试验前后把试验机各开一分钟或下试样试验前后运转同样转数可得小滚轮转数N1和N2，由此通过下列计算可得到磨损量“S” 如果：D1—试样试验前的直径。 D2—试样试验后的直径。 D0小滚轮○6的直径。 N1—磨损前一分钟内小滚轮○6的转数。
陶瓷基复合材料综述
浅论陶瓷复合材料的研究现状及应用前景 董超2009107219金属材料工程 摘要 本文主要对陶瓷复合材料的研究现状及应用前景进行了研究，并对当今陶瓷复合材料发展面临的问题进行了概括，希望对陶瓷复合材料的进一步发展起到一定的作用。 本文首先对Al2O3陶瓷复合材料和玻璃陶瓷复合材料的研究进展及发展前景进行了详细的研究。然后对整个陶瓷复合材料的发展趋势及存在的问题进行了分析，得出了在新的时期陶瓷复合材料主要向功能、多功能、机敏、智能复合材料、纳米复合材料、仿生复合材料方向发展；目前复合材料面临的主要问题是基础理论研究问题和新的设计和制备方法问题。 关键词：Al2O3陶瓷复合材料玻璃陶瓷复合材料研究现状应用前景 1. 前言 以粉体为原料，通过成型和烧结等所制得的无机非金属材料制品统称为陶瓷。陶瓷的种类繁多，根据陶瓷的化学组成、性能特点、用途等不同，可将陶瓷分为普通陶瓷和特殊陶瓷两大类。而在许多重要的应用及研究领域，特殊陶瓷是主要研究对象。 陶瓷复合材料是特殊陶瓷的一种。在高技术领域内，对结构材料要求具有轻质高强、耐高温、抗氧化、耐腐蚀和高韧性的特点。陶瓷具有优良的综合机械性能，耐磨性好、硬度高、以及耐热性和耐腐蚀性好等特点。但是它的最大缺点是脆性大。近年来，通过往陶瓷中加入或生成颗粒、晶须、纤维等增强材料，使陶瓷的韧性大大地改善，而且强度及模量也有一定提高。因此引起各国科学家的重视。本文主要介绍了各种陶瓷复合材料的研究现状及其应用前景，并对陶瓷复合材料近年来的发展进行综述。 2.研究现状 随着现代科学技术快速发展，新型陶瓷材料的开发与生产发展异常迅速，新理论、新工艺、新技术和新装备不断出现，形成了新兴的先进无机材料领域和新兴产业。科学技术的发展对材料的要求日益苛刻，先进复合材料已成为现代科学技术发展的关键，它的发展水平是衡量一个国家科学技术水平的一个重要指标，因此世界各国都高度重视其研究和发展。 复合材料的可设计性大，能满足某些对材料的特殊要求，特别是在航空航天技术领域的应用得到迅速发展。陶瓷复合材料的研究，根本目的在于提高陶瓷材料的韧性，提高其可靠性，发挥陶瓷材料的优势，扩大应用领域。本文就几类典型的陶瓷复合材料介绍其研究现状。 2.1Al2O3陶瓷复合材料的研究进展及发展前景 Al2O3陶瓷作为常见陶瓷材料，既具有普通陶瓷耐高温、耐磨损、耐腐蚀、
陶瓷基复合材料(CMC).
第四节 陶瓷基复合材料（CMC） 1.1概述 工程中陶瓷以特种陶瓷应用为主，特种陶瓷由于具有优良的综合机械性能、耐磨性好、硬度高以及耐腐蚀件好等特点，已广泛用于制做剪刀、网球拍及工业上的切削刀具、耐磨件、 发动机部件、热交换器、轴承等。陶瓷最大的缺点是脆性大、抗热震性能差。与金属基和聚合物基复合材料有有所不同的，是制备陶瓷基复合材料的主要目的之一就是提高陶瓷的韧性。特别是纤维增强陶瓷复合材料在断裂前吸收了大量的断裂能量，使韧性得以大幅度提高。表6—1列出了由颗粒、纤维及晶须增强陶瓷复合材料的断裂韧性和临界裂纹尺寸大小的比较。很明显连续纤维的增韧效果最佳，其次为品须、相变增韧和颗粒增韧。无论是纤维、晶须还是颗粒增韧均使断裂韧性较整体陶瓷的有较大提高，而且也使临界裂纹尺寸增大。
陶瓷基复合材料的基体为陶瓷，这是一种包括范围很广的材料，属于无机化合物纳构远比金属与合金复杂得多。使用最多的是碳化硅、氮化硅、氧化铝等，它们普遍具有耐高温、耐腐蚀、高强度、重量轻和价格低等优点。陶瓷材料中的化学键往注是介于离子键与共价键之间的混合键。 陶瓷基复合材料中的增强体通常也称为增韧体。从几何尺寸上可分为纤维(长、短纤维)、晶须和颗粒三类。碳纤维是用来制造陶瓷基复合材料最常用的纤
维之一。碳纤维主要用在把强度、刚度、重量和抗化学性作为设计参数的构件，在1500霓的温度下，碳纤维仍能保持其性能不变，但对碳纤维必须进行有效的保护以防止它在空气中或氧化性气氛中被腐蚀，只有这样才能充分发挥它的优良性能。其它常用纤维是玻璃纤维和硼纤维。陶瓷材料中另一种增强体为晶须。晶须为具有一定长径比(直径o 3。1ym，长30—lMy”)的小单晶体。从结构上看，晶须的特点是没有微裂纹、位偌、孔洞和表面损伤等一类缺陷，而这些缺陷正是大块晶体中大量存在且促使强度下降的主要原因。在某些情况下，晶须的拉伸强度可达o．1Z(Z为杨氏模量)，这已非常接近十理论上的理想拉伸强度o．2Z。而相比之下．多晶的金属纤维和块状金属的拉伸强度只有o．025和o．o01f。在陶瓷基复合材料使用得较为普遍的是SiC、Al2O3、以及Si3N4N晶须。颗粒也是陶瓷材料中常用的一种增强体，从几何尺寸上看、它在各个方向上的长度是大致相同的，—般为几个微米。通常用得较多的颗粒也是SiC、Al2O3、以及Si3N4N。颗粒的增韧效果虽不如纤维和晶须，但如恰当选择颗粒种类、粒径、含量及基体材料，仍可获得一定的韧化效果，同时还会带来高温强度，高温蠕变性能的改善。所以，颗粒增韧复合材料同样受到重视并对其进行了一定的研究。 在陶瓷材料中加入第二相纤维制成的复合材料是纤维增强陶瓷基复合材料，这是改善陶瓷材料韧性酌重要手段，按纤维排布方式的不同，又可将其分为单向排布长纤维复合材料和多向排布纤维复合材料。单向排布纤维增韧陶瓷基复合材料的显著特点是它具有各向异性，即沿纤维长度方向上的纵向性能要大大高于其横向性能。在这种材料中，当裂纹扩展遇到纤维时会受阻．这样要使裂纹进一步扩展就必须提高外加应力。图7—15为这一过程的示意图。当外加应力进一步提高时．由于基体与纤维间的界面的离解，同时又由于纤维的强度高于基体的强
陶瓷2石墨复合材料的摩擦磨损性能研究3
第17卷 第4期摩擦学学报V o l17, N o4 1997年12月TR I BOLO GY D ec,1997研究简报(363～366) 陶瓷2石墨复合材料的摩擦磨损性能研究3 董利民 张宝清 田杰谟 李兆新 (清华大学核能技术设计研究院 北京 102201) 摘要 对陶瓷2石墨复合材料 GC r15钢摩擦副的摩擦磨损性能与GC r15钢 GC r15钢的作了 对比试验研究.结果表明:分别在干摩擦和10#机械油润滑下,陶瓷2石墨复合材料 GC r15钢的 摩擦因数均比GC r15钢自配副时的低,陶瓷2石墨复合材料试块的磨痕宽度也比GC r15钢试块 的小.硬质陶瓷颗粒与石墨均匀弥散共存,提高了材料的强度和硬度,从而改善了材料的耐磨 性. 关键词 石墨 陶瓷 复合材料 摩擦学性能 分类号 TQ174.758.22 陶瓷2石墨复合材料兼备石墨和陶瓷材料各自的优点,具有耐高温、耐磨损、抗腐蚀及导电和导热性能良好等特性.对于这类材料的力学性能和物理性能已有不少研究报道[1～5],但有关其摩擦磨损性能的研究却还未见文献公开发表.作者对陶瓷2石墨复合材料 GC r15钢摩擦副的摩擦磨损性能进行了试验研究,并且探讨了陶瓷2石墨复合材料的摩擦磨损机理. 1 试验部分 1.1 试样 用于环2块式摩擦磨损试验机的环试样系以淬火与回火处理的GC r15轴承钢制备而成,其被试表面经过磨削加工后的表面粗糙度R a=0.35Λm,表层硬度为H V750.环试样的尺寸为外径49.2mm和宽度13.0mm.块试样的材料共有含石墨质量分数(w c,下同)分别为0.1,0.2,0.3,0.4和0.5的5种陶瓷2石墨复合材料.这些材料都是将Si C和B4C等陶瓷粉与石墨粉按一定比例混合后热压烧结制备的,烧结温度2200℃,压力20M Pa.试块尺寸为12.35mm×12.35mm×19.00mm,其表面经过研磨与抛光处理.表1所列是试块材料的力学性能和表面粗糙度.此外,还用GC r15钢试块与高强度石墨块作了对比试验研究. 1.2 摩擦因数的测定 在M H K2500环2块式摩擦磨损试验机上分别进行干摩擦和10#机械油润滑条件下的摩 3国家“八五”科技攻关项目(852********) 1996203211收到初稿,1997206228收到修改稿 本文通讯联系人董利民. 董利民 男,1965年2月生,内蒙古人,1991年在清华大学获硕士学位,目前主要从事精细陶瓷材料的组成、结构与性能研究,发表论文10余篇,现为清华大学核能技术设计研究院副研究员. 张宝清 男,1944年10月生,北京市人,1968年毕业于北京钢铁学院金属物理系,目前主要从事陶瓷材料的制备工艺及其性能研究,发表论文30余篇,现为清华大学核能技术设计研究院副研究员. 田杰谟 男,1935年4月生,山东省人,1963年毕业于清华大学工物系,目前主要从事结构陶瓷、生物功能陶瓷及生物陶瓷材料的研究,发表论文50余篇、专著2部,现为清华大学核能技术设计研究院教授、博士生导师. 李兆新 男,1963年1月生,北京市人,大专程度,目前主要从事陶瓷材料制备工艺研究,发表论文3篇,现为清华大学核能技术设计研究院实验师.
摩擦磨损试验装置研制和摩擦磨损性能测试
滑动电接触材料的摩擦磨损试验装置研制和摩擦磨损性能测试 摘要：研制一台环块式摩擦磨损试验装置，并用此装置对四组成分不同的二硫化钼-铜-镀铜石墨复合材料进行摩擦磨损性能测试。结果表明：同种成分的材料，电磨比机磨的磨 损量大；二硫化钼-铜-镀铜石墨复合材料的摩擦磨损性能比铜-镀铜石墨复合材料的 好，该摩擦磨损试验装置完全达到了设计要求。 关键词：摩擦磨损试验;装置研制;二硫化钼-铜-镀铜石墨复合材料;性能测试; 本次所设计的滑动电接触材料摩擦磨损试验装置，主要由拖动电机、环-块式对磨系统、加载装置、变速系统、摩擦系数测量系统和加电摩擦系统构成。 本项目的创新之处是摩擦磨损试验装置可进行不通电和通电摩擦磨损试验，以及在滑动速度、载荷、通电电流可变下进行摩擦磨损试验，另外，摩擦副之间的接触始终保持贴合状态且无振动现象、试样装取方便、装置结构简单、小巧玲珑、经济又实用。 一、摩擦磨损试验装置研制 本实验的摩擦磨损试验装置是由动力系统、变速系统、环块式摩擦磨损系统、通电摩擦 磨损系统和摩擦系数测量系统组成，试验装置图见：图1-1、1-2 1-交流电源；2-变频装置； 3-功率表；4-交流电动机； 5-对磨环与电刷；6-直流电源； 图1-1摩擦磨损试验装置示意图图1-2摩擦磨损试验装置实物图1．动力系统 摩擦磨损试验装置的动力系统由交流电源和拖动电机构成。动力系统为对磨环提供动力，使其与电刷产生滑动摩擦，并以与电动机转子相同的转速转动。 2．变速系统 摩擦磨损试验装置的变速系统由三相变频器和三相变频调速电动机构成；通过调节三相变频器的频率，改变拖动电机的转速，电动机转速n=60f，f为频率，对磨环滑动线速度V=2πr n，r 为对磨环半径；使得电动机实现无级变速，从而改变对磨环转速，以实现在不同滑动线速度下对电刷材料的摩擦磨损性能进行测试。 3 .环块式摩擦磨损系统 环块式摩擦磨损系统主要由拖动电机带着的对磨环与装电刷材料的刷握构成，为了对电刷材料进行加载还包括压力加载装置，通过旋转刷握杆后面的加力螺母，对电接触复合材料电刷进
高温结构陶瓷基复合材料的研究现状与展望--...
高温结构陶瓷基复合材料的研究现状与展望 摘要概述了国外航空发动机用高温结构陶瓷基复合材料的研究与应用现状及发展趋势,分析了目前研究中存在的问题及其解决办法,确定了今后的研究目标与方向。 关键词陶瓷基复合材料高温结构材料力学性能应用 1 前言 为了提高航空发动机的推重比和降低燃料消耗,最根本的措施是提高发动机的涡轮进口温度,而涡轮进口温度与热端部件材料的最高允许工作温度直接相关。50 至60 年代,发动机热端部件材料主要是铸造高温合金,其使用温度为800～900 ℃;70 年代中期,定向凝固超合金开始推广,其使用温度提高到 接近1000 ℃; 进入80 年代以后,相继开发出了高温单晶合金、弥散强化超合金以及金属间化合物等,并且热障涂层技术得到了广泛的应用,使热端部件的使用温度提高到1200～1300 ℃,已接近这类合金 熔点的80 % ,虽然通过各种冷却技术可进一步提高涡轮进口温度,但作为代价降低了热效率,增加了结 构复杂性和制造难度,而且对小而薄型的热端部件难以进行冷却,因而再提高的潜力极其有限[1 ] 。陶瓷基复合材料正是人们预计在21 世纪中可替代金属及其合金的发动机热端结构首选材料。 近20 年来,世界各工业发达国家对于发动机用高温结构陶瓷基复合材料的研究与开发一直十分重视,相继制定了各自的国家发展计划,并投入了大量的人力、物力和财力,对这一新型材料寄予厚望。如美国NASA 制定的先进高温热机材料计划(HITEMP) 、DOE/ NASA 的先进涡轮技术应用计划(ATTAP) 、美国国家宇航计划(NASP) 、美国国防部关键技术计划以及日本的月光计划等都把高温结构陶瓷基复合材料作为重点研究对象,其研制目标是将发动机热端部件的使用温度提高到1650 ℃或更高[2 ,3 ] ,从而提高发动机涡轮进口温度,达到节能、减重、提高推重比和延长寿命的目的,满足军事和民用热机的需要。 2 国内外应用与研究现状 由于陶瓷材料具有高的耐磨性、耐高温和抗化学侵蚀能力,国外目前已将其应用于发动机高速轴承、活塞、密封环、阀门导轨等要求转速高和配合精度高的部件。在航空发动机高温构件的应用上,到目前为止已报道的有法国将CVI 法SiC/Cf 用于狂风战斗机M88 发动机的喷嘴瓣以及将SiC/ SiCf 用于幻影2000 战斗机涡轮风扇发动机的喷管内调节片[4 ] 。 此外,有许多陶瓷基复合材料的发动机高温构件正在研制之中。如美国格鲁曼公司正研究跨大气层高超音速飞机发动机的陶瓷材料进口、喷管和喷口等部件,美国碳化硅公司用Si3N4/ SiCW制造导弹发动机燃气喷管,杜邦公司研制出能承受1200～1300 ℃、使用寿命达2000h 的陶瓷基复合材料发动机部件等[5 ,6 ] 。目前导弹、无人驾驶飞机以及其它短寿命的陶瓷涡轮发动机正处在最后研制阶段,美国空军材料实验室的研究人员认为[7 ] ,1204～1371 ℃发动机用陶瓷基复合材料已__经研制成功。由于提高了燃烧温度,取消或减少了冷却系统,预计发动机热效率可从目前的26 %提高到46 %。英国罗—罗公司认为,未来航空发动机高压压气机叶片和机匣、高压与低压涡轮盘及叶片、燃烧室、加力燃烧室、火焰稳定器及排气喷管等都将采用陶瓷基复合材料。预计在21 世纪初, 陶瓷基复合材料的使用温度可提高到1650 ℃或更高。 3 研究方向与发展趋势 陶瓷虽然具有作为发动机热端结构材料的十分明显的优点,但其本质上的脆性却极大地限制了它的推广应用。为了克服单组分陶瓷材料缺陷敏感性高、韧性低、可靠性差的缺点,材料科学工作者进行了大量的研究以寻找切实可行的增韧方法[8 ,9 ] 。增韧的思路经历了从“消除缺陷”或减少缺陷尺寸、减少缺陷数量,发展到制备能够“容忍缺陷”,即对缺陷不敏感的材料。目前常见的几种增韧方式主要有相变增韧、颗粒(晶片) 弥散增韧、晶须(短切纤维) 复合增韧以及连续纤维增韧补强等。此外还可通过材料结构的改变来达到增韧的目的,如自增韧结构、仿生叠层结构以及梯度功能材料等。由于连续纤
纳米氧化锆陶瓷材料摩擦磨损情况研究
纳米氧化锆陶瓷材料摩擦磨损情况研究 青岛市技师学院王利利 近些年，很多学者对纳米氧化锆陶瓷的制备研究比较多，但是对其性能的研究相对较少一些。随着纳米材料的逐渐应用，尤其是医学应用领域，对其性能的要求越来越高，不仅要有良好的力学性能，还要有好的摩擦磨损性能。本文主要研究润滑条件下，纳米氧化锆陶瓷材料的摩擦磨损情况。 摩擦磨损实验用的试件是自制的3Y-TZP陶瓷块，纳米氧化锆复合粉体，在200Mpa的压力下，干压成型后再冷等静压成形，在1450oC常压烧结制备。经金刚石切割，精密磨床磨削加工后制成所需尺寸19X13X11.7。润滑液为10号机油，对磨环块是经淬火和回火处理而制成的GCr15钢环，摩擦表面也经过磨削加工并抛光。与纳米氧化锆陶瓷块对比的试件是氧化铝陶瓷块，含95%的三氧化二铝，尺寸同3Y-TZP陶瓷块。 润滑条件下的主要参数为：转速范围360转/分～840转/分，载荷（试验力）范围100N～1000N，室温，相对湿度为60%，润滑介质为10号机油。 一、摩擦系数 1.载荷对摩擦系数的影响 在10机油润滑条件下，测得的摩擦系数随载荷和转速的变化如图1所示。润滑条件下的摩擦系数明显比干摩擦时降低了很多，在0.05～0.14之间。从图中，我们可以看出来，随着法向载荷由100N到600N的逐渐增加，纳米ZrO2陶瓷材料的摩擦系数成上升趋势。因为加在试样上载荷增加了，两接触表面之间产生的摩擦力也大了，摩擦系数随着载荷的增加而上升，但是上升趋势越来越缓慢。 在转速240r/min的时候，摩擦系数随载荷变化不大，比较平稳；但是在840r/min的时候，摩擦系数随着载荷的波动变化比较大，100N至400N之间摩擦系数迅速上升，由0.0561迅速上升到0.1121，然后逐步平稳，在0.12附近波动。与其它几种常用的牙科医用材料相比，钛合金、镍铬合金在O．3左右，钴铬合金在O.25左右。A1203陶瓷的摩擦系数在0.45—0.70之间波 2 2.转速对摩擦系数的影响 从图1中，可以看出，无论载荷是多少，摩擦系数都随转速的增加而下降。分析其原因，在转速低的时候，试样与摩擦副的接触面磨合比较慢，粗糙度大，从而摩擦力就大，所以摩擦系数大；而转速高的时候，试样与摩擦副的接触面磨合迅速，表面的粗糙度小了，摩擦力就小了，所以摩擦系数就小。另外，转速增高了，摩擦表面产生了塑性变形，并且逐渐加剧，从而使接触面升温、软化，起到了润滑作用。所以，随着转速的增加，摩擦系数成下降趋势。 3.时间对摩擦系数的影响
摩擦磨损试验机结构毕业设计范文
摩擦磨损试验机结构毕业设计
摩擦磨损试验机结构设计 摘要 先进的摩擦磨损试验机及试验技术对于摩擦学研究的深入开展有着重意义。本文在对摩擦磨损试验机的发展概况、分类、特点，摩擦磨损试验的目的、试验的基本方法等进行综合分析的基础上，建立了摩擦磨损试验机的要求明细表，经过功能分析确定试验机的整体结构，从主机的结构设计、主轴回转结构、多样式装夹、气压加载结构等方面对摩擦磨损试验机结构进行设计。该试验机能实现对摩擦副的轴向加载、径向加载以及往复运动等，结构稳定符合一般实验要求。 关键词：摩擦磨损试验机；气压加载；往复运动
structural design of Friction-Wear Tester machine Abstract Advanced friction and wear tester and test technology for tribological studies have highlighted significant depth. In this paper, friction and wear testing machine on the overview of development, classification, characteristics, friction and wear test purposes, test the basic methods for comprehensive analysis based on the established requirements of friction and wear testing machine schedule, determined by functional analysis of test machines The overall structure of the structural design from the host, Spindle structure, multi-style fixture, air pressure load structure in terms of friction and wear test machine structure design. The trial function of the friction pair to achieve the axial load, radial load and the reciprocating movement, structural stability and meet the general test requirements. Keywords: Friction-Wear Tester; Pressure load; Reciprocating
摩擦磨损测试及考核评价方式
摩擦磨损测试及考核评价方式 一、磨损 1.1磨损定义 磨损是指摩擦副相对运动时，表面物质不断损失或产生残余变形的现象。表面物质运动主要包括机械运动、化学作用和热作用：(1)机械作用使摩擦表面发生物质损失及摩擦表面的物理变形；（2）化学作用使摩擦表面发生性状改变；热作用是摩擦表面发生形状改变。典型的磨损曲线通常由三部分组成，如图1.1所示。 磨 损 量 图1.1 磨损曲线示意图 磨合阶段：磨损量随时间的增加而增加。发生在初始运动阶段，由于表面存在粗糙度，微凸体接触面积小，接触应力大，磨损速度较快。 稳定磨损阶段：摩擦表面磨合后达到稳定状态磨损率保持不变。稳定磨损阶段标志磨损条件保持相对稳定，是零件整个寿命范围内的工作过程。 剧烈磨损阶段：工作条件恶化，磨损量急剧增大。该阶段内零件精度降低、间隙增大，温度升高，产生冲击、振动和噪声，最终导致零部件完全失效。 1.2磨损种类 按磨损的破坏机理，通常把磨损分为粘着磨损、磨料磨损、疲劳磨损、腐蚀磨损和微动磨损五种。 （1）粘着磨损 当摩擦副相对滑动时, 由于粘着效应所形成结点发生剪切断裂，被剪切的材料或脱落成磨屑，或由一个表面迁移到另一个表面，此类磨损称为粘着磨损。粘着磨损再细分还有轻微磨损、涂抹、擦伤、划伤和咬死五种。
图1.1 粘着磨损机理 （2）磨料磨损 外来的硬料介质进入摩擦副，或摩擦副一个表面比另一个表面硬，在较硬表面上存在的微凸体，在摩擦过程中对较软表面犁沟或拉槽，引起表面材料的脱落，这种现象叫做磨料磨损。磨料磨损是一种最常见的磨损，按照磨损机理还可细分为微观切削、挤压剥落和疲劳破坏三小类。
图1.2 二体/三体磨粒磨损机理 （3）化学磨损 化学磨损是在摩擦促进作用下，摩擦副的一方或双方与中间物质或环境介质中的某些成分发生化学或电化学作用，造成表面材料损失的过程。分为氧化磨损与特殊介质腐蚀磨损两类。 图1.3 化学磨损机理 （4）疲劳磨损 摩擦接触表面在交变接触压应力作用下，材料表面因疲劳损伤而引起表面脱落的现象。疲劳磨损有两种基本类型，宏观疲劳磨损和微观疲劳磨损。宏观疲劳磨损主要是指两个相互滚动或滚动兼滑动的摩擦表面，在循环变化的接触应力作用下，材料疲劳而发生脱落的现象；微观疲劳磨损是滑动接触表面由于微凸体相互接触使材料发生疲劳而引起的机械磨损现象。此外，疲劳磨损的破坏机理又分为麻点剥落、浅层剥落、深层剥落。
微珠陶瓷材料的摩擦磨损性能
乐 明 等：微珠陶瓷材料的摩擦磨损性能 第34卷第9期· 1099 · 微珠陶瓷材料的摩擦磨损性能 乐 明，杨金龙，席小庆，黄勇 （清华大学材料科学与工程系，新型陶瓷与精细工艺国家重点实验室，北京 100084） 摘要：由高温摩擦磨损试验研究了复合莫来石(22.6%硅酸锆，75%莫来石，2.4%碳酸钙，质量分数)、硅酸锆和氧化铝3种陶瓷微珠材料在干摩擦和水润滑条件下的摩擦磨损性能，并对其磨损机理进行了分析。结果表明：3种材料的磨损均随着负荷的增加而加剧；在同等载荷下，水润滑条件相对于干摩擦，复合莫来石和硅酸锆的磨损都有所降低，氧化铝磨损反而加剧。在低载荷下，微珠磨损机理主要是塑性变形和微裂纹，在较高载荷下，主要磨损机理是脆性剥落和磨粒磨损。 关键词：复合莫来石；硅酸锆；氧化铝；耐磨性；陶瓷微珠 中图分类号：TQ174 文献标识码：A 文章编号：0454?5648(2006)09?1106?06 WEAR RESISTANCE OF CERAMIC MICROBEADS YUE Ming, YANG Jinlong, XI Xiaoqing, HUANG Yong (State Key Laboratory of New Ceramics and Fine Processing, Department of Materials Science and Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084, China) Abstract: The wear resistance and wear mechanism of three types of ceramic microbeads, mullite composite (22.6% zirconium sili-cate, 75% mullite, 2.4% calcium carbonate, in mass), zirconium silicate and alumina, were studied by a wear test under both dry and water lubrication conditions. The results show that the wear extent of the ceramics increases with the increase of the applied load. For water lubrication conditions compared with dry friction under same load, the wear of the mullite composite and zirconium silicate is mitigated but that of alumina increases. The main wear mechanism of the ceramics is plastic deformation and microcracks at lower loads, and brittlement stripping and grains pulling out at higher loads. Key words: mullite composite; zirconium silicate; alumina; wear resistance; ceramic microbeads 陶瓷微珠硬度大，强度高，耐高温，耐磨性好，有利于提高研磨效率，减少原料污染，提高产品质量，因此陶瓷微珠作为一种优良的研磨介质得到广泛应用[1–3]。陶瓷微珠主要是指直径为0.1～3mm之间的陶瓷小球，它的制备方法主要有熔融法、滚动成型法、等静压成型法等。同一种材料制备的磨球，由于生产方法及工艺的不同，产品质量会有差异，耐磨性能也不同。胶态注射成型工艺是结合凝胶注模和注射成型技术实现水基非塑性浆料成型的新工艺[4–5]。采用胶态注射成型新工艺生产的陶瓷微珠，其球形度高，微观结构致密，坯体强度高，耐磨性好。目前，用该方法生产的复合莫来石、硅酸锆、氧化铝等材料的微珠已经得到了工业应用。为此，用复合莫来石、硅酸锆、氧化铝3种陶瓷微珠材料，进行摩擦磨损试验，观察其磨损特性，研究其磨损机理，并分别在干摩擦和水润滑条件下进行摩擦磨损实验，通过对比探索润滑对这3种材料摩擦磨损的影响。 1 实验 1.1 样品制备 实验所用复合莫来石、硅酸锆和氧化铝微珠的化学组成见表1。 收稿日期：2006–02–22。修改稿收到日期：2006–05–17。 基金项目：国家863计划(2001AA337060和2004AA33G110)资助项目。第一作者：乐明(1982～)，女，硕士研究生。 通讯作者：杨金龙(1966～)，男，教授。Received date: 2006–02–22. Approved date: 2006–05–17. First author: YUE Ming (1982—), female, graduate student for master degree. Correspondent author: YANG Jinlong (1966—), male, professor. E-mail: jlyang@https://www.360docs.net/doc/7c3154366.html,. 第34卷第9期2006年9月 硅酸盐学报 JOURNAL OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY Vol. 34，No. 9 September, 2006
摩擦磨损实验报告概要
摩擦磨损实验实验报告 汪骏飞（机自92 学号09011041） 一、实验目的 1. 摩擦系数和磨损量的测量 2. 了解和熟悉表面粗糙度测量仪、电子分析天平、多功能摩擦磨损试验机等实验仪器的 基本原理与实验步骤 二、实验仪器 1. 表面粗糙度测量仪 2. 光学显微镜 3. 电子分析天平 4. 多功能摩擦磨损试验机 三、实验内容 1. 摩擦系数的读取 2. 磨损量的测量 3. 磨损前后的表面形貌的显微观察，辨别磨损形式 四、实验步骤 1. 用丙酮在超声波中清洗钢球和圆盘，然后用脱脂棉球擦拭；最后热风吹干待用 2. 将一个清洁钢球安装在球夹具中，并固定于摩擦试验机 3. 测试试样的表面粗糙度 4. 用双面胶把圆盘固定于摩擦试验机 5. 在实验载荷和速度下，开动电动机驱动主轴旋转 6. 试验时间达到给定时间时，关掉电动机，卸去载荷取出试样，并清洗试样 7. 用光学显微镜测量球上的磨斑直径，显微镜观察圆盘的磨痕宽度和深度，取平均值 8. 清理现场 9. 撰写实验报告 五、实验参数 试样：直径9.5mm的钢球；直径30mm，高度5mm的高速工具钢涂层圆盘实验条件：载 荷5n或10n；速度0.05m/s；时间：20min；润滑方式：干摩擦实验内容： 1. 摩擦系数的读取： （1）静摩擦系数 静摩擦系数随着时间慢慢减小，一开始为最大cof=0.004 半径：radius = 8.999 mm 速度：velocity = 0 m/s 力： set force = -10 n （2）动摩擦系数的读取：半 径：radius = 8.999mm 速度：velocity = 53.05 力：set force = -10n 对12000行数据进行数学计算，发现cof在0.28附近，不妨取cof=0.28 3.磨损量的测算： （1）小钢球 磨损直径d=830.27+838.622=834.45um 已知球半径r=9.5mm求线磨损量：h=r? r2?(2=18.36mm 2d磨损体积v=πh2 r?3 =5.02 ×10?3mm3 h磨损系数： 取硅薄膜的维氏硬度为1400hv 由archard磨损公式 vh5.02×10?3×1400k===5.85×10?2 由以上数据分析知，钢球与硅薄膜之间的磨损属于 严重磨损 （2）圆盘
先进陶瓷材料研究现状及发展趋势
先进陶瓷材料研究现状及发展趋势 概述：结构陶瓷和功能陶瓷，结构陶瓷是指能作为工程结构材料使用的陶瓷，它具有高强度、高硬度、高弹性模量、耐高温、耐磨损、抗热震等特性；结构陶瓷大致分为氧化物系、非氧化物系和结构用陶瓷基复合材料。功能陶瓷是指具有电、磁、光、声、超导、化学、生物等特性，且具有相互转化功能的一类陶瓷。功能陶瓷在先进陶瓷中约占70%的市场份额，其余为 结构陶瓷。 粉体特性： 粉体的特性对先进陶瓷后续成型和烧结有着显著的影响，特别是显著影响陶瓷的显微结构和机械性能。通常情况下，活性高、纯度高、粒径小的粉体有利于制备结构均匀、性能优良的陶瓷材料。同时，粉体的高效分散技术也存在较大差距。 粉体制备方法：陶瓷粉体的制备主要包含固相反应法、液相反应法和气相反应法3大类， 固相反应法：其中固相反应法特点是成本较低、便于批量化生产，但杂质较多， 主要包括碳热还原法〔碳化硅（Si C）粉体、氧氮化铝（Al ON）粉体）〕、高温 固相合成法（镁铝尖晶石粉体、钛酸钡粉体等）、自蔓延合成法氮化硅〔（Si3N4） 粉体等300余种〕和盐类分解法〔三氧化二铝（Al2O3）粉体〕等。 液相法：液相反应法生产的粉料粒径小、活性高、化学组成便于控制，化学掺杂 方便，能够合成复合粉体，主要包括化学沉淀法、溶胶——凝胶法、醇盐水解法、 水热法、溶剂蒸发法。 气相法：气相反应法包括物理气相沉积和化学气相沉积2种。与液相反应法相 比，气相反应制备的粉体纯度高、粉料分散性好、粒度均匀，但是投资较大、成 本高 先进陶瓷的成型技术：（4种） 干法压制成型：干压成型、冷等静压成型； 塑性成型：挤压成型、注射成型、热蜡铸成型、扎膜成型； 浆料成型：注浆成型、流延成型、凝胶注模成型和原位凝固成型； 固体无模成型：熔融沉积成型、
材料的摩擦磨损
《材料的摩擦磨损》课程考查论文 CNx/TiN复合涂层 的摩擦磨损性能研究 南京航空航天大学 二О一二年六月
CNx/TiN复合涂层的摩擦磨损性能研究 摘要：采用多弧—磁控溅射沉积技术在高速钢基体上沉积了CNx/TiN复合涂层，通过对不同速度、载荷下的摩擦磨损试验前后CNx/TiN复合涂层的摩擦磨损系数、显微形貌及涂层和对偶球磨损量的观察分析，研究了CNx/TiN复合涂层的摩擦学性能。结果表明，CNx/TiN 复合涂层的平均摩擦系数均较低。在相同的滑动速度l.0m/s下，载荷小于或接近临界载荷时，CNx/TiN复合涂层与对偶球之间的磨损机制主要是磨粒磨损，当载荷大于临界载荷时，随载荷增大逐渐表现为粘着磨损为主要磨损机制。在相同载荷70N下，随着摩擦滑动速度的下降，涂层和对偶球的磨损都有增加，尤其是涂层的磨损增加更加明显，表明CNx/TiN涂层在高速条件下的抗磨损能力高于低速条件。 关键词：复合涂层；临界载荷；磨损机制 1引言 对于相互接触并相对运动的摩擦部件而言，精密度和寿命则为其正常运行的关键问题，而其表面物理、化学、机械性能所决定的摩擦学特性在很大程度上决定了其精密度和寿命。由于表面工程技术和材料科学的发展，可以通过选择、设计复合薄膜或涂层以解决主体材料表面无法满足的技术需要。复合涂层或薄膜（包括摩擦学及光、电、磁和化学等功能涂层）的设计，主要是在按照硬度、强度、机加工等性能要求而选择的主体（基体）材料表面引入一个功能薄膜或涂层以满足或改善材料表面的摩擦学、光、电、磁及化学等性能要求。摩擦学涂层的设计原则主要是通过涂层或薄膜改善或赋予主体材料表面不具备或原本较弱的两类功能，即适宜的摩擦特性和良好的抗磨性能[1]。 涂层根据硬度的不同分为两个部分：（1）硬质涂层的硬度<40GPa，（2）超硬涂层的硬度>40GPa[2]。在大量的硬质材料中，仅有少数的超硬材料:如立方氮化硼（c—BN），非晶类金刚石碳膜，非晶氮化碳和多晶金刚石。但是这些超硬材料是非热力学稳定的，这限制了他们的一些应用。由于TiN具有良好的红硬性、韧性、高温抗氧化性，TiN成为最先被广泛使用的硬质涂层材料。从六十年代末开始，己经广泛地应用于刀具涂层，表面装饰保护，模具耐磨耐蚀涂层。 1989年，Liu[3]根据固体弹性模量的经验公式，应用从头计算方法，从理论上预言了氮化碳的理想结构β-C3N4的硬度接近或超过金刚石的硬度。这种材料含N量达4/7，化学稳定性和热稳定性优良，可以克服金刚石不能加工钢铁的缺点。从此世界各国材料科学家都在致力于这种新型超硬材料的制备。 对于给定的硬质薄膜的摩擦性能主要由膜层的硬度、膜层的抗断裂强度、接触温度、化学成分以及结构决定。对于一定的实际应用条件，可以通过提高膜层