开题报告 国内外研究现状

新型结构陶瓷材料具有高硬度、高强度、低密度、优异的化学稳定性和优良的高温力学性能等特点，故其在高温摩擦学领域表现出了相当广泛的应用潜力，但在无润滑条件下摩擦系数和磨损率都比较高，因此要保证其成功地使用必须研究陶瓷材料的摩擦磨损行为及机制，必须对陶瓷材料实施有效地润滑。在高温苛刻环境条件下的使用，常规的液体润滑技术很难实施，而表面润滑技术又存在寿命问题或需不断的补充，在这种极端苛刻条件下最具发展潜力的陶瓷润滑技术应该是金属陶瓷复合材料。

Stott等详细研究了镍基、钴基和铁基高温合金升温过程中的摩擦磨损行为。发现大量的实验结果表明，合金高温摩擦行为受其摩擦表面自生氧化膜影响与控制一般来说合金的摩擦系数与温度的关系如图1所示曲线分为5个部分。（1）低温下，摩擦形式为金属/金属，许多高温合金将产生摩伤，摩擦系数接近于0.90。（2）如果合金软化，摩擦系数将在此温度下上升，通常这也是合金再结晶温度。（3）在此温度区间内，氧化膜开始形成，摩擦处于部分氧化膜润滑状态，摩擦降低。（4）在第4部分，摩擦已完全决定于氧化膜，摩擦和磨损低一般情况摩擦系数在0.20-0.35之间。(5)降温时，降到一定温度后，缺乏延性的氧化物将从表面剥落。但是如果无延性的氧化膜仍和表面保持很强的结合，仍起减摩作用，待摩擦过程中被完全去除后，摩擦系数回到原来的数值。

图1材料的摩擦系数与温度的关系

ZrO2陶瓷在高温环境下所表现出来的性能不同于常温性能，高温性能的变化较为复杂，不仅仅是机械强度发生变化，而且化学活性会增加，与周围介质的相互作用也会加剧，加速了扩散和表面解吸等等。ZrO2陶瓷的这些性能变化主要表现在：

（1）氧化。ZrO2表面氧化对摩擦磨损的影响主要取决于氧化物的性能，其中

氧化物的硬度和高温塑性变形能力对ZrO2高温摩擦学特性的影响最大。

（2）结构变化。ZrO2陶瓷在高温下因摩擦应力作用可能导致晶格畸变，晶粒细化等结构变化，对材料的高温摩擦学性能有较大的影响。

（3）表面粘附。摩擦表面的粘着会使摩擦系数增大，但如果摩擦表面粘附的物质具有塑性变形性质，则可以改善对偶摩擦表面的摩擦学性能。

（4）在ZrO2高温摩擦中，摩擦表层脆性的降低、塑性的提高、表面硬度和屈服强度的变化、微缺陷的聚集、表面应力的集中等等，也都可能导致ZrO2陶瓷在高温下摩擦学特性不同于常温。

陶瓷材料具有高的熔点、硬度和弹性模量，其耐热性、耐蚀性和耐磨性良好，在军工、航空航天、汽车、电子等领域得到广泛的应用。尽管陶瓷材料有如此优异的特殊性能，但其致命的缺点——脆性，限制了其特性的发挥和应用。金属材料具有良好的延展性能和机械加工性能。因此，将陶瓷与金属复合在一起，可制取兼有金属材料良好延展性和导热性以及陶瓷材料良好耐热耐磨性等的高性能复合材料。而金属材料与陶瓷材料之间的润湿性研究是制备这类复合材料的关键。金属基体与增强相陶瓷的润湿性，不但是决定金属基复合材料工艺成败和材料性能优劣的重要因素之一，而且还对冶金、铸造、陶瓷连接、焊接、涂层技术等有重要影响。金属陶瓷实现润滑的方式可以归结为（1）在一定条件下，单质陶瓷材料基体具有自润滑性。（2）在一定条件下发生化学反应生成润滑物质，在材料表面原位生成具有润滑作用的反应膜，从而实现材料的润滑[21,22]。

ZrO2陶瓷具有良好的室温韧性和力学性能，然而单相的ZrO2陶瓷的摩擦磨损性能较差，高的摩擦系数和严重的磨损限制了其作为高性能结构陶瓷的应用，镍铬合金金在650～1000℃高温下具有优良的力学性能和抗氧化性能，且随着温度的升高，镍铬合金的摩擦系数和磨损率都发生从高到低的明显转变，这种转变与合金摩擦表面形成的一层釉状物(均匀混合的氧化物层)密切相关。因此，我们将镍铬合金加入到氧化锆陶瓷中，实现氧化锆陶瓷的润滑。