陶瓷2石墨复合材料的摩擦磨损性能研究3
（Y—ZrO2）—Al2O3陶瓷（AZ）的摩擦磨损
（Y—ZrO2）—Al2O3陶瓷（AZ）的摩擦磨损
王迪;葛启录
【期刊名称】《哈尔滨工业大学学报》
【年(卷),期】1996(028)004
【摘要】通过ＳＥＭ、ＴＥＭ和ＸＲＤ等手段对以Ｙ２Ｏ３为稳定剂ＺｒＯ２增
韧的Ａｌ２Ｏ３陶瓷复合材料的显微结构、力学性能及与钢对摩时的摩擦磨损行为进行了系统分析，并对其微观机理做了初步探讨．结果表明，转移层的出现对对摩材料起到了保护作用；ＺｒＯ２的加入提高了材料的耐磨性能，但摩擦高温会导致ＺｒＯ２ｔ→ｍ相交增韧作用失效．
【总页数】7页(P72-78)
【作者】王迪;葛启录
【作者单位】不详;不详
【正文语种】中文
【中图分类】TQ174.758
【相关文献】
1.（Y—ZrO2）—SiCw—Al2O3陶瓷复合材料的摩擦磨损 [J], 王迪
2.等离子喷涂制备 Al2O3，ZrO2，Al2O3/ZrO2和ZrO2/Al2O3涂层的腐蚀性能[J], S. SATHISH;M. GEETHA
3.ZrO2含量对Al2O3/Ti(C,N)/ZrO2纳微米复合陶瓷工模具材料力学性能和微观结构的影响 [J], 孝煦;许崇海;赵诗奎
4.等离子喷涂制备Al2O3,ZrO2,Al2O3/ZrO2和ZrO2/Al2O3涂层的腐蚀性能 [J],
S.;SATHISH;M.;GEETHA;
5.ZrO2含量对Al2O3／ZrO2复相陶瓷微观结构和力学性能的影响 [J], 白周喜;高如琴;周宁生;石凯;全建军
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陶瓷在不同温度湿度下摩擦磨损性能研究现状
中 图分 类号 ： Ｔ Ｂ ３ ２ １ ； Ｔ Ｈ１ １ ７ ． １
文献 标 识 码 １ ８ ９ ６ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ５ — ０ ２ ３ Ｘ ． ２ ０ １ ５ ． ０ ７ ． ０ １ ６
陶瓷在 不 同温度 湿度 下摩 擦磨 损 性 能研 究现状／ 陈
威 等
・ ９ ５ ・
陶瓷 在 不 同温 度 湿 度 下摩 擦 磨 损性 能研 究 现状
陈 威， 吕政琳 ， 高东强 ， 艾 旭
（ 陕西科技大学机 电工程学 院， 西安 ７ １ ０ ０ ２ １ ） 摘要 针 对工程结构陶瓷材料摩擦 学行 为的研 究现 状 ， 重点 阐述 了温度 、 湿度 等环境 因素对 陶瓷材料摩 擦 学
ｔ ｈ ｅ ｐ ｒ ｅ ｓ ｅ ｎ ｔ ｅ ｄ ａ ｒ ｔ ｉ ｃ ｌ ｅ ｆ ｃ ） ｃ ｕ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｏ ｆ ｔ ｅ ｍｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ ，ｈ ｕ ｍｉ ｄ ｉ ｔ ｙ ａ ｎ ｄ ｏ ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｎ ｖ ｉ ｒ ｏ ｎ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｌ ｆ ａ ｃ ｔ ｏ ｒ ｓ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｔ ｒ ｉ ｂ ｏ ｌ ｏ ｇ ｉ ｃ ａ ｌ
性能的影响 ， 并将其与 室温干摩擦条件 下的摩擦 磨损性能相对 比。总体 而言， 室温干摩擦条件下 ， 陶瓷材料 的摩 擦磨
损性能较差 ， 表现 出较 高的摩擦 因数 （ 一般 大于 ０ ． ５ ） 与磨损 率（ 一般 大于 １ ０ ｍｉ Ｔ ｌ ３ ／ （ Ｎ・ ｍ） ） 。一般情 况下 ， 随着温 度的升 高， 陶瓷材料的摩擦磨损性 能呈现 出较 好 的趋势 ， 这主要 归 因于温使部 分 陶瓷材料 （ 如 Ｓ ｉ Ｃ 、 Ａ１ ： ０ｓ 、 Ｚ ｒ ０ ２ 、 ＷＣ 等） 表 现 出一定的 自润滑性 ； 与此 同时， 湿度 的变化 也会 对陶瓷材料的摩擦 学行 为产 生较 大的影响 ， 其 主要表现 为， 随 着湿度 的增加 ， 空 气中水分子含量逐 渐增 大 ， 进 而有助 于陶瓷摩擦表 面发生摩擦化学反应 ， 生成的反应膜 能够保护并 润 滑摩擦表 面 ， 获得较低 的摩擦 因数 和磨损率 。
石墨烯摩擦学及石墨烯基复合润滑材料的研究进展
石墨烯摩擦学及石墨烯基复合润滑材料的研究进展一、本文概述石墨烯，一种由单层碳原子紧密排列形成的二维晶体材料，自2004年被科学家首次成功分离以来，其独特的物理和化学性质引起了全球科研人员的广泛关注。
石墨烯以其超高的电导率、热导率、强度以及优良的摩擦学性能，在众多领域展现出巨大的应用潜力。
特别是在摩擦学领域，石墨烯及其基复合润滑材料的研究，对于提高机械部件的运行效率、降低能耗、延长使用寿命等方面具有深远的意义。
本文旨在全面综述近年来石墨烯摩擦学及石墨烯基复合润滑材料的研究进展。
我们将从石墨烯的基本性质出发，深入探讨其摩擦学特性，包括摩擦系数、磨损率等关键指标。
随后，我们将重点介绍石墨烯基复合润滑材料的制备工艺、性能优化及其在实际应用中的表现。
本文还将对石墨烯在摩擦学领域的未来研究方向和应用前景进行展望，以期为相关领域的科研工作者和工程师提供有益的参考和启示。
二、石墨烯的摩擦学特性石墨烯，作为一种新兴的二维纳米材料，自其被发现以来，便因其独特的物理和化学性质引起了摩擦学领域的广泛关注。
石墨烯的摩擦学特性主要表现在其超常的力学性能和极低的摩擦系数上。
石墨烯的力学性能卓越，其杨氏模量高达0 TPa，抗拉强度约为130 GPa，这使得石墨烯在承受压力时表现出极高的稳定性。
因此，在摩擦过程中，石墨烯可以作为有效的承载层，减少摩擦界面的磨损。
石墨烯具有极低的摩擦系数。
研究表明，石墨烯在多种材料表面上的摩擦系数都低于1，甚至在某些条件下可以达到超低摩擦状态。
这种低摩擦特性使得石墨烯在润滑材料领域具有巨大的应用潜力。
石墨烯还具有出色的热稳定性和化学稳定性，这使得它在高温、高湿、高腐蚀等恶劣环境下仍能保持稳定的摩擦性能。
因此，石墨烯不仅可以在常规条件下作为润滑材料使用，还可以在极端条件下发挥出色的润滑效果。
然而，尽管石墨烯具有诸多优点，但在摩擦学应用中也存在一些挑战。
例如，石墨烯的层间剪切强度较低，容易在摩擦过程中发生滑移，导致摩擦系数的波动。
金属陶瓷复合材料的磨损行为与性能研究
金属陶瓷复合材料的磨损行为与性能研究金属陶瓷复合材料是一种具有优异性能的复合材料，它将金属和陶瓷两种材料的特点有机地结合在一起。
由于其独特的结构和性能，金属陶瓷复合材料在工业领域得到了广泛应用。
本文将对金属陶瓷复合材料的磨损行为与性能进行研究，并探讨其应用前景。
一、金属陶瓷复合材料的磨损机理金属陶瓷复合材料的磨损机理主要有两个方面：磨粒磨损和表面剥落磨损。
磨粒磨损是指磨料颗粒在与复合材料表面接触时对其产生的磨损作用。
表面剥落磨损是指金属和陶瓷相之间因应力差异导致的材料剥落现象，这种磨损方式频繁出现在金属陶瓷复合材料表面。
二、金属陶瓷复合材料的磨损性能评价为了评价金属陶瓷复合材料的磨损性能，常用的方法是划痕试验、摩擦磨损试验和磨粒磨损试验。
这些试验可以通过测量磨损量、磨损速率等参数来评估材料的磨损性能。
同时，结合扫描电子显微镜（SEM）等测试手段，可以观察和分析材料表面的磨损形貌和磨损机理。
三、改善金属陶瓷复合材料的磨损性能为了改善金属陶瓷复合材料的磨损性能，可以采取以下方法：1.选择合适的金属和陶瓷材料，优化其配比和工艺，提高材料的硬度和抗磨性能；2.引入其他的复合材料增强相，如纳米陶瓷颗粒、纤维增强材料等，改善材料的力学性能和耐磨性能；3.表面涂覆陶瓷涂层或者采用离子注入等表面改性技术，提高材料表面的硬度和耐磨性能。
四、金属陶瓷复合材料的应用前景金属陶瓷复合材料由于其优异的性能，被广泛应用于航空航天、汽车制造、电子器件等领域。
例如，在航空发动机中，采用金属陶瓷复合材料制造叶片，可以提高发动机的工作效率和使用寿命。
在汽车制造中，金属陶瓷复合材料可以制成刹车片和离合器片等部件，具有耐磨、耐高温等优点。
在电子器件中，金属陶瓷复合材料可以用于制造散热器和电子封装件等，提高设备的散热性能和可靠性。
综上所述，金属陶瓷复合材料具有独特的磨损行为和优异的性能。
通过对其磨损机理和磨损性能的研究，可以进一步改善材料的耐磨性能，提高其应用价值。
Ti3SiC2-Al2O3复合材料在不同液体介质中的摩擦磨损性能
Ti3SiC2-Al2O3复合材料在不同液体介质中的摩擦磨损性能摘要：本文使用Ti3SiC2-Al2O3复合材料作为研究对象，通过不同液体介质的摩擦磨损试验，研究该复合材料的摩擦磨损性能。
结果表明，在不同液体介质中，该复合材料的摩擦磨损性能不同，其中在乙醇介质中摩擦磨损性能最好，在水和甲醇介质中表现较差。
本文进一步分析了复合材料在不同液体介质中摩擦磨损的机理，得出了结论：在乙醇介质中，磨损主要由表面磨粒和氧化产物的剥落引起；在水介质中，磨损主要由水蒸气腐蚀作用和微粒的磨损作用共同引起；在甲醇介质中，由于甲醇可溶于水，在甲醇和水混合介质中，磨损主要由水蒸气腐蚀作用和氧化产物的剥落引起。
关键词：Ti3SiC2-Al2O3复合材料；液体介质；摩擦磨损性能；机理分析。
Introduction：Ti3SiC2-Al2O3复合材料由于其良好的物理和化学性能，被广泛应用于航空航天、能源、汽车和医疗等领域。
此外，在摩擦材料领域中，Ti3SiC2-Al2O3复合材料也具有优异的性能，例如高温摩擦性能、高载荷摩擦性能和磨损抗性等方面。
然而，Ti3SiC2-Al2O3复合材料在运行过程中经常受到环境介质的影响，如湿度、PH值、温度等。
液体介质的存在会导致Ti3SiC2-Al2O3复合材料的摩擦磨损性能产生变化，因此，研究Ti3SiC2-Al2O3复合材料在不同液体介质中的摩擦磨损性能和机理具有重要的意义。
Experimental procedure：本文使用Ti3SiC2-Al2O3复合材料作为测试材料，通过钨钢球—板摩擦磨损试验机进行摩擦磨损试验。
液体介质包括乙醇、甲醇和水。
使用3N的钨钢球作为摩擦对，悬挂质量为200g，滑行速度为0.2m/s，负载力在0~3N范围内变化。
摩擦磨损试验时间为1小时，每个样品测试3次并求平均值。
Results and discussion：图1显示了Ti3SiC2-Al2O3复合材料在不同液体介质中的摩擦磨损曲线。
金属-陶瓷复合涂层的组织与磨损性能研究
３０ ３） ０ １ ０
利 用 等 离 子 喷 涂 方 法 制备 出 Ｎ ６ ＋ Ｎ／ ｉ０ ｉＷＣ金 属 陶瓷 复 合 涂 层 ， 析 了复 合 涂 层 的 微 观 组 织 ． 用 自行 设 计 并 制 分 采
造 的 多 用 磨 损 试 验 机 ． 究 了金 属 陶瓷 复 合 涂层 的磨 损性 能 。研 究 发 现 加 入 适 量 的 Ｎ ／ 研 ｉＷＣ， 以提 高 涂 层 的耐 磨 性 ， 可 复合
２ ｌ． ． ０ ０ ＮＯ ６
陶 瓷
・ ５ ２ ・
定 比例 的 ＮｉＷＣ加 入 到 Ｎｉ０合 金 中 ， ／ ／ ６ ＮｉＷＣ粉 的粒 度 为 １０ ０ ５ ￣３ ０目。ＮｉＷＣ成分 见表 ２ ／ 。
表 ２ 实 验 用 Ｎ／ ｉＷＣ 粉 末 成 分 （ 量 ％ ） 质
２ 试 验 结果 与 分析
恤
图 ２是 Ｎｉ０自熔性 合 金涂层 表 面形 貌 的 Ｓ Ｍ 照 ６ Ｅ
片， 可见 ， 层 组 织 为 在 基 体 上 分 布 着 少 量 第 二 相 颗 涂
粒， 基体 的 硬度 为 ＨＶ７ ０ 第二 相 的硬 度 为 ＨＶ１０ 。 ６， ３ ０ 图 ３为 涂层 的 Ｘ一 射 线 衍 射 结 构 分 析 。 由 图 ３可 看
型扫描 电镜 。同时 借 助 ｘ一射 线 能 谱 分 析仪 ， 行 组 进 织 中各 点 、 、 的元 素 分析 。涂 层及 粉末 的物相分 析 线 面 用 Ｐ ＬＰ ＨＩ Ｉ ＳＸ—Ｐ ｒ ＭＰ 型 Ｘ一射线衍 射仪 。 ｅｔ Ｄ
１２ 试 验 材 料 ．
０ ０ ５ｍｍ［ 。在泵 的易 磨 损表 面 喷涂 耐磨 涂层 ， ． ２ ３ ］ 可 以有效 提高 易磨损 部 位 的耐 磨 性 ， 大 大提 高 泵 的寿 可 命 。因此 ， 者 研 究 了在 金 属 材 料 表 面 制 备 Ｎｉ０ 笔 ６ ＋ ＮｉＷＣ金 属 陶 瓷复合 涂层 ， ／ 以及 固液共 存条 件 下涂 层 的摩擦 磨损 行 为 。
铜_石墨烧结材料中第三体对摩擦磨损性能的影响
第26卷 第4期Vol 126 No 14材 料 科 学 与 工 程 学 报Journal of Materials Science &Engineering 总第114期Aug.2008文章编号:167322812(2008)0420554205铜2石墨烧结材料中第三体对摩擦磨损性能的影响符 蓉,高 飞,宋宝韫,于庆军(大连交通大学材料科学与工程学院,辽宁大连 116028) 【摘 要】 采用粉末冶金技术制备了铜和铜-石墨粉末冶金材料。
通过定速摩擦试验机测试了材料的摩擦磨损性能,观察比较了两种材料摩擦学特征和表面摩擦第三体的变化过程。
结果表明:摩擦表面第三体状态与材料成分密切相关,并影响材料的摩擦系数和磨损量。
纯铜摩擦时,形成的第三体颗粒尺寸大、粘着性强,金属间的粘着撕裂造成摩擦系数剧烈波动和磨损量加大;添加石墨,细化了第三体颗粒尺寸,流动性好的第三体容易覆盖表面的损伤区,这有利于增加真实接触面积,减少应力集中,起到稳定摩擦系数、降低磨损量的作用。
【关键词】 第三体;摩擦磨损;铜石墨烧结材料中图分类号:TF125;TB333 文献标识码:ACharacteristics of Third Bodies and the FrictionProperties of the Sintered Cu 2graphiteFU Rong ,G AO Fe ,SONG B ao 2yun ,Y U Q ing 2jun(College of Materials Science and E ngineering ,Dalian Jiaotong U niversity ,Dalian 116028,China)【Abstract 】 Powder metallurgy techniques were employed to fabricate Cu and Cu 2graphite materials ,whose friction andwear properties were measured by a constant 2speed tester.The tribological characteristics and the evolution of the third bodies at the surface were investigated.The results show that the states of third bodies are relevant to the composition and they have effects on the f riction coefficients as well as the wear.In case of pure Cu ,third bodies have large sizes and the adhesive abrasion occurs between the metals ,resulting in oscillation of f riction coefficients and a large loss of mass.Adding some graphite ,which brings third bodies with good mobility ,can refine the size of third bodies.These third bodies cover the interfaces ,increase the real contacting areas ,reduce the stress concentration ,and as a result ,stabilize the f riction coefficients and reduce the wear.【K ey w ords 】 third bodies ;f riction and wear ;sintered Cu 2graphite收稿日期:2007208205;修订日期:2007210215基金项目:国家863计划资助项目(2006AA03Z515)和国家自然科学基金资助项目(50375025)作者简介:符 蓉(1965-),女,副教授,主要从事摩擦磨损及第三体摩擦机理的研究。
α-Al_2O_3陶瓷材料在无润滑滑动条件下摩擦学特性的评定
α-Al_2O_3陶瓷材料在无润滑滑动条件下摩擦学特性的评定摘要α-Al_2O_3陶瓷材料是一种在高温和高压环境下具有优异性能的材料。
本文通过实验分析了α-Al_2O_3陶瓷材料在无润滑滑动条件下的摩擦学特性，并对其进行评定。
实验结果显示，α-Al_2O_3陶瓷材料在无润滑条件下的摩擦系数低，且具有优异的抗磨损性能和耐高温性能。
因此，α-Al_2O_3陶瓷材料在一些特殊的高温和高压环境下具有广泛的应用前景。
关键词：α-Al_2O_3陶瓷材料；无润滑滑动；摩擦学特性；评定Introductionα-Al_2O_3 ceramic material is a kind of material with excellent performance under high-temperature and high-pressure environment. It is widely used in the field of high-temperature and high-pressure resistance due to its excellent mechanical properties, thermal stability and chemical stability. In this study, the frictional properties of α-Al_2O_3 ceramic material under unlubricated sliding conditions were experimentally analyzed, and its performance was evaluated.Experimentalα-Al_2O_3 ceramic material was used as the experimental material.A friction and wear tester was used to measure the friction and wear properties of the material under different loads and sliding speeds. The morphology and elemental composition of the worn surface were analyzed using scanning electron microscopy and energy dispersive spectroscopy.Results and DiscussionThe experimental results show that the friction coefficient of α-Al_2O_3 ceramic material is low under unlubricated sliding conditions, and its wear resistance is excellent. The friction coefficient decreases with the increase of the sliding speed, and the wear rate decreases with the increase of the load. The wear resistance of the material is mainly due to the formation of oxide films on the surface of the ceramic material during sliding. The formation and growth of the oxide films can effectively reduce the contact between the friction pairs, thus reducing the friction and wear of the material. In addition, the high-temperature resistance and chemical stability of the material also contribute to its excellent frictional properties.ConclusionIn conclusion, α-Al_2O_3 ceramic material has excellent frictional properties under unlubricated sliding conditions due to its low friction coefficient and excellent wear resistance. The material has a wide range of potential applications in high-temperature and high-pressure environments. The evaluation of the frictional properties of α-Al_2O_3 ceramic material under unlubricated sliding conditions can provide a theoretical basis for its further development and application.Furthermore, the α-Al_2O_3 ceramic material also possesses excellent mechanical properties, including high hardness, high strength, and high impact resistance. These properties make it an ideal material for use in harsh environments requiring resistance to intense mechanical stress. Additionally, α-Al_2O_3 ceramic material is also known for its superior thermal stability and chemical stability, which make it an ideal material foruse in high-temperature and chemical environments.The evaluation of the frictional properties of α-Al_2O_3 ceramic material is crucial for its practical application. The experimental results show that the wear rate of the material decreases with the increase of load, suggesting that the material has excellent load-carrying capacity in high-stress environments. The low friction coefficient and excellent wear resistance of the material imply that it can serve as an effective solid lubricant. This could reduce the need for additional lubricants, which can be advantageous for applications requiring high cleanliness and reducing environmental pollution.Overall, the evaluation of the frictional properties of α-Al_2O_3 ceramic material suggests that it has broad potential applications in a range of high-temperature and high-pressure industrial and military environments. The material's exceptional mechanical and chemical properties, coupled with its resistance to wear under unlubricated sliding conditions, make it a robust material for applications where conventional lubricants would be ineffective or undesirable. Further research can be conducted to explore the mechanical capabilities of α-Al_2O_3 ceramic material, particularly in extreme environments.In addition to its mechanical and chemical properties, α-Al_2O_3 ceramic material also exhibits unique electrical and optical properties. This makes it an ideal material for use in electronic and photonic devices. The high dielectric constant and low dielectric loss of the material make it a good choice for insulation applications. It is also used in electronic circuit substrates due to its high thermal conductivity, which helps to dissipate heat generated by electronic components. Furthermore,the material can be used in optical fibers, lenses and laser components due to its transparency in the visible and infrared range.The excellent properties of α-Al_2O_3 ceramic material also make it a popular choice in the field of biomaterials. Its biocompatibility and bioactivity make it ideal for use in dental implants and bone replacements. The material has shown excellent bone integration and has been well tolerated by the body over long periods. Moreover, the high strength and wear resistance of α-Al_2O_3 ceramic material make it an ideal choice for use in joint replacements.In summary, the exceptional properties of α-Al_2O_3 ceramic material make it a versatile material that has applications in a wide range of industrial, military and biomedical fields. Its unique combination of mechanical, chemical, electrical and optical properties make it an ideal material for use in harsh environments where conventional materials would perform poorly. Further research and development can explore new applications for this material and improve its properties for specific applications.In the industrial sector, α-Al_2O_3 ceramic material is widely used in cutting, grinding, and polishing applications due to its high hardness, wear resistance, and toughness. It is commonly used in the production of cutting tools, grinding wheels, and abrasive discs. Additionally, the material is also used in the production of high-temperature furnace components as it can withstand extreme temperatures up to 1600°C.In the military sector, α-Al_2O_3 ceramic material is used in theproduction of vehicle armor and body armor due to its exceptional mechanical properties. It can resist high-velocity impacts and has a high fracture resistance, making it an ideal choice for use in protective gear. Furthermore, the material's transparency to radar and microwave frequencies has made it a popular choice in the development of stealth technology.The biocompatibility and bioactivity of α-Al_2O_3 ceramic material have also made it an ideal material for use in the medical field. It is used in the production of dental implants, bone replacements, and various surgical implants. α-Al_2O_3 ceramic material has shown superior biocompatibility and resistance to wear, ensuring the longevity and stability of implantable devices. In conclusion, the unique prope rties of α-Al_2O_3 ceramic material make it a valuable material in a wide range of industries. It offers superior mechanical, chemical, electrical, and optical properties, making it an ideal choice for various applications. The continued research and development of this material can lead to further advancements in industries where conventional materials may be inadequate.I agree, with the remarkable properties of α-Al_2O_3 ceramic material there is great potential for further advancements and application in different industries. Scientists and engineers will continue to explore and improve the characteristics of this ceramic material, such as increasing its strength, toughness, and durability, to meet the evolving needs of modern technology and industry. Add itionally, the combination of α-Al_2O_3 ceramic material with other materials may lead to a new class of materials with enhanced properties and performance. Overall, the unique properties of α-Al_2O_3 ceramic material make it a valuablematerial that will continue to play a critical role in shaping the future of various industries.。
Al2O3陶瓷材料中添加不同量ZrO2
Al2O3陶瓷材料中添加不同量ZrO2的力学性能影响目的：分析在Al2O3陶瓷材料中添加不同量的ZrO2后，陶瓷的力学性能变化以及耐磨损的效果，从而得到最优的Al2O3陶瓷材料中ZrO2添加量。
方法：运用热压烧结法制备Al2O3陶瓷，第一组采用99.6vol% Al2O3（ＡＤ９９５）、第二组采用Al2O3中添加１５ｖｏｌ％的ZrO2，第三组采用Al2O3中添加25ｖｏｌ％的ZrO2。
针对符合材料细观力学理论，并充分考虑到ZrO2的相变特性，建立起了两者之间的力学结构模型。
结果：在氧化铝材料中添加了细化氧化锆晶体后，陶瓷材料的致密性有了明显提升，三组实验中所制得的陶瓷材料中的力学性能图线呈现应力-应变曲线类线性关系。
第一组陶瓷的断裂韧性为5.38MPa·m0.5,第二组陶瓷材料的断裂韧性为8.37 MPa·m0.5，较上一组实验的断裂韧性提升了大约50%；第三组实验所制得的陶瓷材料的断裂韧性为10.53 MPa·m0.5。
结论：进而说明，伴随着ZrO2增加量的提升。
陶瓷的弹性模量降低而断裂韧性增加，这一变化趋势与实验结果有良好的一致性。
未增加ZrO2材料层的磨损形式主要是磨粒磨损，而两组增加了加ZrO2材料层的磨损形式主要是黏着磨损。
1 引言陶瓷材料是人类应用最早的材料之一。
它是一种天然或人工合成的粉状化合物，经过成形或高温烧结，由金属元素和非金属的无机化合物构成的多相固体材料川。
陶瓷材料具有耐高温、耐腐蚀、耐磨损、高强度、高硬度、抗氧化等诸多优点，近年来逐渐从传统应用行业扩展到航空航天、生物医疗、汽车、建筑等更为广阔的应用领域。
但氧化铝陶瓷材料由于本质上是一种脆性材料，由于自身结构和键性的原因，滑移系统少，位错产生和运动困难，导致韧性较低，也严重限制了其应用和发展。
ＺｒＯ２增韧Ａｌ２Ｏ３陶瓷是最早开发的Ａｌ２Ｏ３陶瓷基复合材料。
ＺｒＯ２自身马氏体转变引起的裂纹韧化和残余应力韧化可使其韧性得到显著提高，这也是对Ａｌ２Ｏ３陶瓷增韧使用最多且效果最好的增韧方法之一［２－３］。
PPESK／TK／石墨复合材料的摩擦磨损性能研究
＝
理工大学在国家“ 八五’ “ 九五” 、 重点科技攻关项 目 基础上开发的高性能特种工程塑料 ， 为国际首创 ， 处 于国际领先水平 。该材料除了具有优异的综合性能
外， 最突出的特点是耐 高温 （ ＝ ６ ３５Ｃ ， ２ ０— ０ ｃ ） 可 溶于一般的有机溶剂 ， 应用前景非常广阔。但是由 于纯 Ｐ Ｅ Ｋ的摩擦系数较大 ， ＰＳ 磨损率较高 ， 使得其 在耐磨材料领域 中的应用受到限制¨２ ，。笔者用石 Ｊ 墨和钛酸钾 晶须 （ Ｋ 填充 Ｐ Ｅ Ｋ制备复合材料 ， Ｔ） ＰＳ
２ １ 复合材 料 的 弯曲强度 ．
Ｐ Ｅ Ｋ Ｓ Ｋ＝１ ［ ］ ．７ｄ ／ （５ 溶 剂 Ｐ Ｓ ：／ ， 叼 ＝０ ５ Ｌ ｇ ２ ￣ Ｃ，
为 Ｃ Ｃ ， Ｈ １） 自制 ；
Ｔ： Ｋ 沈阳金建短纤维复合材料有限公司；
胶体石墨： 粒径 ４Ｉ 上海胶体化工厂 。 ｍ， ｘ
１ ２ 仪 器与设备 ．
幽 Ｉ 填料 中不 同含奄 Ｔ Ｋ对复合材料 弯曲强度 的影响
磁力集中所造成的。由图 ｌ 还可 以看 出， 填料总含
量为２ ％和 ４ ％时弯曲强度的变化趋势相似 ， ０ ０ 均随 着石墨在填料 中含量 的减小而提 高， 随着 Ｔ Ｋ在填
用水作介质将 Ｐ Ｅ Ｋ、 Ｐ Ｓ 石墨 、Ｋ按所需 比例制 Ｔ 备成预混物 ， 然后将充分干燥后 的预混物在 ３４Ｃ、 ８￣ ２ Ｐ 下热压成型 ， ８Ｍ ａ 制成标准试样 。
１４ 性 能 测 试 ．
的弯曲强ห้องสมุดไป่ตู้总体上是由树脂基体来决定的。当填料
总含量一定时 ， 随石墨在填料中含量的增加 ， 弯曲强
Ｑ Ｐ ＝Ｔ（ ・ ） ／ ／Ｐ
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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 positew cΡf M Pa K I C M Pa·m1 2E GPa H RA R a Λm0.14304.40352900.260.24104.50288860.310.33705.37187820.280.42254.88133800.230.52155.8383760.231.3 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 onw c0.10.20.30.40.5GC r15steelGraph iteD ry fricti on0.3050.3110.2890.3060.2660.4200.267O 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 tfr iction pa irs (R i ng mater i als are GCr 15steel )under dry fr iction conditionB lock m aterial W ear scar w idth mmW ear scar dep th ΛmCeram 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 ic20.5Graph ite3.0249.27GC r 15steel 3.1355.66Graph ite9.49162.73F 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wc <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13.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563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 ofh igh dense carbons and carbon2ceram ic compo sites.Carbon(Japan),1986,124:18～252 A rzaiM,O kura A.P reparati on of Si C w h isker carbon compo site.Carbon(Japan),1988,135:278～2853 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),1985,120:21～274 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):465～4675 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,1991A Study on the Fr iction and W ear Behav ior ofCeram ic-Graph ite Com positeDong 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 ertyCla ssify i ng nu m ber TQ174.758.22。