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4Z21第二节（一）非金属陶瓷润滑材料二硫化钼-（MoS2） 文章来源：开拓者钼业 公司网址： 第二节 非金属陶瓷润滑材料 与金属摩擦系统相比较，对陶瓷材料的摩擦磨损和润滑的认识都还不很深人和系统。当前研究得较多的非金属陶瓷材料有氧化物陶瓷(Al2O3、ZrO2等)和非氧化物陶瓷 (Si3N4、SiC等)两大类，而且它们的性能数据受测试条件的影响较大。 一、非金属陶瓷润滑材料 1. 氧化铝 (Al2O3)陶瓷 Al2O3 陶瓷耐高温、耐磨、耐腐蚀、强度高，有良好的抗氧化性、电绝缘性和真 气密性。对气氛不敏感。机械性能一般随Al2O3含量的增加而改善，特别是使用温度、高温机械性能和耐腐蚀性能等更是如此。品粒尺寸对机械强度有较大的影响，特别是Al2O3含量高时影响更为显著。但Al2O3陶瓷的脆性大，不能承受冲击负荷，且抗热震性差。Al2O3 陶瓷的最高使用温度，在空气中为1980℃，真空中为l800℃还原气氛中为 1925℃。Al2O3 陶瓷除了作耐磨零件外，还可以作磨料和高速切削刀具等。 Al2O3陶瓷的摩擦学性能强烈依赖于试验条件。在室温低速条件下自身对摩时，摩擦系数在 0.4—0.6 之间，磨损率约为 10-7m3/(N·m)；滑动速度增加时，磨损率增大两个数量级。在400—800℃范围内，即使在低速下磨损率也高达 10-14~l0-l3m3/（N.m)，摩擦系数为 0.5—0.9，， Al2O3朐微观结构和组成对具摩擦学性能的影响很大。研究发现，摩擦系数与材料的微观结构及机械性能无关，但磨损却取决于这些因素，，在缓和磨损的情况下，疲劳磨损是主要机理。当接触面有很多硬颗粒或与硬涂层对摩时，微切削和微断裂是主要机理，断裂和磨 粒磨损是两种主要的磨损形式。 2. 氧化锆 (ZrO2)陶瓷 ZrO2 陶瓷耐高湿，抗氧化，抗熔融金属的侵蚀。室温下为绝缘体，1000℃以上则成为导体。最高使用温度，在空气中为 2400℃，真孔中为 2200℃，在还原气氛中为 1955—2205℃。 ZrO2陶瓷在低负荷低速下具有低的摩擦系数和极小的磨损率，但在高负荷和高温下的磨损严重。温度对ZrO2 陶瓷的摩擦学性能影响很大，摩擦系数随着温度的升高而增大，在400℃以 上时摩擦系数为 0.3~0.7，磨损率随着温度的升高何增加 3个数量级。ZrO2材料的磨损表面大量的塑性变形和疲劳失效，因而塑性变形和剥离过程是主要磨损机理。另外，ZrO2微结构中的相组咸 及相转变亦是影响其摩擦学性能的重要闲素之一。例如，MgO-ZrO2 的滑动和微动摩擦试验测得的摩擦系数为0.5—1.0，发现存在高磨损区有塑性变形和相转变，在低磨损区只有一些刮伤。 3. 氮化硅 (Si3N4)陶瓷 Si3N4陶瓷有良好的耐磨性，摩擦系数小，能自润滑，且硬度高，耐腐蚀，耐高温，线膨胀系数比其他陶瓷材料的小，抗热震性和耐热疲劳性能都很好，有良好的电绝缘性和耐辐射性能。因制备工艺的差异，Si3N4 有反应烧结 (RBSi3N4)和热压烧结 (HPSi3N4)两种、HPSi3N4的机械性能比 RBSi3N4 的好，，最高使用温度，在空气中为 1100~1400℃，在中性气氛和还原气氛中为18500℃。 SI3N4陶瓷在千摩擦条件下的摩擦学性能因试验装置和试验条件的不同数据呈现很大的分散性。例如，Si3N4 自身对摩或其与钢对摩时的摩擦系数变化范围在0.1—1.0之间。Si3N4的磨损率随着速度的变化在lxl0-14~6x10-14m3/ (N.n))间变化。RBSi3N4在温度低于600℃下的摩擦系数保持在0.3右，在真空及温度高于6000℃时则上升为0.6—0.8；HPSi3N4 在这两种条件下的摩擦系数分别为0.2—0.4和0.7—0.8。Si3N4 的摩擦系数取决于摩擦副的接触形式。磨损机理与其微观结构和试验条件密切相关。例如，SI3N4与球墨铸 铁对摩，在滚动接触下山颗粒挤出产生的磨损比亚剥离磨损大。如果在Si3N4 中添加WC颗粒，可使滑动接触下的磨损降低一半。如果在Si3N4的塑性变形和晶界失效的连续阶段增加负荷，则可导致裂纹的产生。如果在摩擦过程中产生转移膜，会降低其磨损率，但可能引起较高的摩擦系数。另外，摩擦化学反应是 Si34 主要的磨损机制之一。在室温下，Si3N4摩擦时可能发生氧化反成，而在高温下的磨损主要起因于氧化反应。研究发现，Si3N4 表层在滚动接触下会出现张应力裂纹，但这并不是导致磨损的原因，其磨损应归于SiO2微粒的形成与转移。 4. 碳化硅 (SiC)陶瓷 SiC 陶瓷的强度大，硬度高，热稳定性和抗氧化性好，导电性能优良。最高使用温度，在空