仿生结构高温自润滑纳米复合陶瓷材料的设计、制备与摩擦学性能研究

本研究拟通过采用纳米复合陶瓷粉体的原位生成技术、陶瓷新型的(压力辅助)凝胶注模成型技术和热压烧结技术相结合的方法，通过仿生结构设计、纳米化和复合化，制备具有仿生层状结构、纳米结构和复合结构的高温自润滑纳米复合陶瓷材料，在有效改善陶瓷材料韧性、可靠性等机械性能的基础上，大幅度提高陶瓷材料的摩擦磨损性能，并赋予陶瓷材料高温自润滑性能。研究制备工艺条件对材料微观结构和性能的影响，考察材料在不同环境和试验条件的影响下其微观结构和性能的变化，揭示材料微观结构与其机械性能、摩擦磨损性能之间的关系，建立仿生层状结构高温自润滑纳米复合陶瓷材料的高韧性、高可靠性和高温自润滑性能的机理及理论模型。在此基础上，发展两种或三种具有高韧性、高可靠性和高温自润滑性能的仿生层状结构纳米复合陶瓷材料，提高我国在该领域的国际竞争力，满足我国在航空航天以及国防等高科技领域的应用需求。

层状结构陶瓷润滑材料兼具优异的力学和摩擦学性能，作为高温摩擦部件时能提高机械系统的使用寿命与可靠性，是最有发展潜力和实用价值的高温润滑技术。本项目设计制备了两种类型的层状陶瓷润滑材料：①弱界面结合型，②强界面结合型；研究了所制备材料的性能与其结构参数之间关系，发现通过材料的层状结构和摩擦学设计，可以解决常规陶瓷润滑材料中力学性能和摩擦学性能之间的矛盾，实现陶瓷复合材料的结构/润滑功能一体化，使其具备更好的润滑性能和实用性能。研究了材料在不同环境和试验条件下的摩擦学行为，发现通过摩擦化学反应和润滑膜的有效转移能够进一步提高所制备材料的高温润滑性能；通过系统研究两类润滑材料的制备技术及其与结构和性能之间的关系规律，提出了影响上述材料力学、摩擦学行为和磨损失效的影响因素，建立了材料结构参数与摩擦磨损性能之间的理论模型，为高温润滑材料的制备与应用提供了理论基础和技术支撑。