陶瓷潤(rùn)滑材料有利于提高潤(rùn)滑材料的耐腐蝕、耐磨損、耐高溫和抗氧化性能，同時(shí)具有低密度、理想的結(jié)構(gòu)和熱穩(wěn)定性，是最有發(fā)展?jié)摿蛯?shí)用價(jià)值的高溫潤(rùn)滑技術(shù)。但由于陶瓷材料的本征脆性以及由摩擦學(xué)設(shè)計(jì)所帶來(lái)的材料力學(xué)性能的下降，在很大程度上限制了它在高溫潤(rùn)滑領(lǐng)域更為廣泛的應(yīng)用。如何解決陶瓷潤(rùn)滑材料中力學(xué)性能和摩擦學(xué)性能之間的矛盾，實(shí)現(xiàn)陶瓷復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)/潤(rùn)滑功能一體化是當(dāng)前陶瓷潤(rùn)滑材料的研究重點(diǎn)。
在科技部“973”項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目和中科院“西部之光”人才培養(yǎng)計(jì)劃項(xiàng)目的資助下，中國(guó)科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所潤(rùn)滑與防護(hù)材料研究發(fā)展中心研究人員通過(guò)梯度結(jié)構(gòu)和仿生層狀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，顯著提高了陶瓷潤(rùn)滑材料的力學(xué)性能。
該研究小組發(fā)展了一種簡(jiǎn)易的鋪層-熱壓原位成型工藝，將固體潤(rùn)滑劑以梯度分布方式復(fù)合在具有高強(qiáng)度和可靠性的仿生層狀結(jié)構(gòu)氧化鋁和氧化鋯陶瓷中，成功制備出系列結(jié)構(gòu)/潤(rùn)滑功能一體化陶瓷復(fù)合材料，為陶瓷材料在摩擦學(xué)領(lǐng)域更為廣泛的應(yīng)用奠定了重要的基礎(chǔ)。
制備的新型陶瓷潤(rùn)滑材料具有優(yōu)異的摩擦學(xué)性能，在室溫到800℃的溫度范圍內(nèi)，其摩擦系數(shù)遠(yuǎn)低于氧化鋁和氧化鋯陶瓷，是氧化鋁和氧化鋯陶瓷的一半左右。其彎曲強(qiáng)度、斷裂功及斷裂韌性是常規(guī)陶瓷潤(rùn)滑材料的3~10倍，如層厚為80μm的Al2O3/Al2O3-ZrO2(3Y)/SL層狀-梯度復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度可達(dá)348MPa，和單層Al2O3陶瓷相當(dāng)，是常規(guī)Al2O3陶瓷潤(rùn)滑材料的5倍多。
同時(shí)，由于層狀-梯度的特殊結(jié)構(gòu)，材料中存在空間不均勻分布的殘余應(yīng)力，這對(duì)復(fù)合材料的力學(xué)行為具有明顯的影響。該研究表明，通過(guò)層狀結(jié)構(gòu)參數(shù)和梯度指數(shù)的調(diào)控可以使殘余應(yīng)力具有較高的水平，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)材料性能的優(yōu)化。
