Ti3SiC2的高温氧化物润滑与晶体化学方法

高温固体润滑一直依赖于试错法，缺乏有效理论的指导。氧化物高温润滑是高温固体润滑中最具生命力的方法，而晶体化学方法将量子化学参数（离子势）、氧化物的流变学特征及其润滑性联系了起来，但目前还缺乏简明、直接的验证。本申请拟紧扣氧化物高温润滑的两个重要线索：氧化物的离子势及氧化物在摩擦界面的流变学，进行有效的摩擦界面的设计；在此基础上，考察Ti3SiC2的高温氧化物润滑，对晶体化学方法进行验证是本申请的主要目标。另一方面，对氧化物在摩擦界面上的成膜性和摩擦化学进行研究，为初步认识氧化物在摩擦界面上的流变学特征打下基础。以上研究的开展可能为新型高温自润滑复合材料的设计提供依据。

高性能高温固体润滑材料是摩擦学研究领域的热点和难点之一，以氧化物润滑的高温固体润滑材料是解决高技术和军事领域的关键润滑问题的有效途径，氧化物润滑的理论研究中的晶体化学方法、晶面剪切问题有重要的学术价值。本项目是关于氧化物润滑理论中晶体化学方法、晶面剪切和流变学的基础研究。.　　本项目获得以下重要研究结果：在空气中，Ti3SiC2自配副的摩擦系数-温度特性和磨损-温度特性呈现机制温度转变，即典型的机械摩擦磨损(室温至300 C)、机械-氧化混合摩擦磨损(300-600 C)以及氧化摩擦磨损(700-800 C)；在氮气中，Ti3SiC2自配副的摩擦系数-温度特性和磨损-温度特性呈现典型的机械摩擦磨损。其中机械摩擦磨损以Ti3SiC2晶粒的断裂和拔出为特征，氧化摩擦磨损以摩擦氧化物膜TiO2和SiO2的形成与破坏为特征。在空气中，氧化物粉末润滑下Ti3SiC2自配副摩擦系数-温度特性的三个特点是：摩擦系数高于0.2，低摩擦温度范围较窄，多种氧化物使用温度高于500 C。传统固体润滑剂石墨和MoS2的摩擦系数可低至0.05，但最高使用温度仅为400 C。TiO2在700 C以上有较好的润滑性。在氮气中，氧化物粉末润滑下Ti3SiC2自配副摩擦系数-温度特性与其在空气中的有较大的不同，氧化物粉末与Ti3SiC2的热化学和摩擦化学反应对其成膜性和润滑性均有较大影响。氧化物的离子势与润滑性的关系部分符合Ali Erdermir提出的晶体化学理论，其中硬质氧化物符合理论预测；软质氧化物部分符合理论预测，表现为定性符合而定量不符合。我们根据本项目研究结果和以往的研究积累，设计并制备出Al2O3-TiCN和Ti3SiC2-TiO2高温自润滑复合材料，其摩擦学性能优异，有望获得实际应用。我们的研究结果得到同行的关注，吕晋军应邀在8th International Conference on High Temperature Ceramic Matrix Composites做分会邀请报告。. 本项目培养博士研究生3人(含拟2014年5月毕业2人)，硕士研究生1人。已发表SCI论文2篇，EI论文3篇，英文著作章节1篇。参加国际国内学术会议4人次，分会邀请报告1次，分组报告2次。