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ZrO2基自润滑复合陶瓷材料

时间:2020-07-14 20:42:33  来源:  作者:

 ZrO2(3mol%Y2O3)陶瓷具有高硬度、高熔点、良好的耐磨损性以及稳定的化学性能。ZrO2陶瓷材料在许多先进的结构和材料中有很多应用,例如在滑动部件和滚动接触轴承,在航空航天、汽车及精密仪器领域。在ZrO2陶瓷材料与对偶材料相对滑动的过程中,摩擦现象不可避免,因此优良的摩擦学性能起着关键的作用。然而,在干摩擦条件下,具有高硬度的ZrO2陶瓷材料和其他陶瓷材料配副时,摩擦系数和磨损率都比较高,相关研究表明,其摩擦系数在0.3-0.8之间,摩擦副表面出现严重的磨损效果。因此,有效润滑或者自润滑对ZrO2陶瓷材料在工程上的应用具有实际的意义。目前,制备ZrO2基自润滑复合陶瓷材料通常采用粉末冶金技术。由于ZrO2和加入的固体润滑剂热膨胀系数不同,烧结过程中的升温速率和降温速率尤为重要,特别是升温速率不合适会使最终的烧结体表面产生鼓泡的现象,或者尚未冷却至室温就提前取出烧结体会导致最终的材料出现裂纹的现象,这是因为热应力、组织应力的产生以及应力未来得及完全扩散导致局部出现应力集中,当应力值达到屈服极限就会产生裂纹。(1)放电等离子烧结法拥有热压烧结的优点,被烧结体自身均匀加热、颗粒表面活化,热效率高,被烧结体快速达到致密化。(2)热压烧结法与无压烧结相比,在烧结过程中通过施加外加压力,使材料更加致密化;被烧结体的烧结温度降低,减少烧结时间,可协助抑制晶粒长大,从而得到晶粒细小的产品。目前,在ZrO2陶瓷中加入固体润滑剂主要有层片状结构的石墨、硫化物、硒化物和六方氮化硼(h- BN)等;金属及氧化物如AgAuCuO等;无机含氧酸盐如钨酸盐、钼酸盐、铬酸盐和硫酸盐等;其它类如氟化物、MoO3。石墨、MoS2只能在温度T<450℃起润滑作用,石墨起润滑效果跟它所处的环境介质有关,在真空中,石墨的润滑效果并不好,其摩擦系数达到0.5-0.8,而一旦充入氮气或二氧化碳等气体,其摩擦系数明显下降。石墨的层与层之间需要某种介质提供其滑动以保证石墨在摩擦过程中起润滑作用。六方氮化硼(h-BN)与石墨、MoS2不同在于其解理面含有BN两种元素,因此六方氮化硼的表面能并不低,六方氮化硼在高温(T500 )下起润滑作用。AgAu具有高熔点和低剪切强度,AgAu作为固体润滑加入ZrO2陶瓷中以降低基体的摩擦系数。钨酸盐、钼酸盐、铬酸盐和硫酸盐等固体润滑剂,在高温摩擦条件下,它们通过在陶瓷基体表面发生化学反应生成以改善基体的摩擦学性能的产物。氟化物如BaF2CaF2具有高熔点和一定的化学稳定性,氟化物在高温下不易发生分解.


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