[發明專利]一種寬溫域自潤滑賽隆基復合材料

有效

• 申請號: 201711175488.1
• 申請日: 2017-11-22
• 公開（公告）號: CN108002844B
• 公開（公告）日: 2020-11-03
• 發明（設計）人: 喬竹輝;孫奇春;楊軍;尹兵;程軍;朱圣宇
• 申請（專利權）人: 中國科學院蘭州化學物理研究所
• 主分類號: C04B35/599
• 分類號: C04B35/599;C04B35/64;B22F3/105;C22C1/05;C22C29/00
• 代理公司: 蘭州中科華西專利代理有限公司 62002
• 代理人: 周瑞華

本發明公開了一種寬溫域自潤滑賽隆基復合材料，稱取60～80wt%的賽隆和20～40wt%的銅包石墨，然后將其置于球磨機中混合，得到粒徑為1～20μm的混合粉末；隨后將混合粉末裝入石墨模具中，置于放電等離子燒結爐中燒結；燒結參數為：真空度為10^?2～10^?1Pa，升溫速度為100～150oC/min，燒結溫度為1350～1500oC，壓力為30～40MPa，保溫時間5～10min；燒結結束后，隨爐冷卻至室溫得到賽隆基復合材料。本發明所述賽隆基復合材料可實現在室溫～600oC范圍內呈現出優異的自潤滑性能和抗磨損性能，特別適用于在寬溫域服役工況下仍要求保持低摩擦磨損的特殊工件。

技術領域

本發明涉及一種寬溫域自潤滑賽隆基復合材料，該材料在室溫～600oC下具有良好的自潤滑性能和良好的抗磨損性能。

背景技術

賽隆陶瓷復合材料以其優異的機械性能、高溫性能及化學穩定性，在航空航天、發動機部件、刀具、冶金、化工機械、醫學等方面均具有十分誘人的應用前景。但作為摩擦學材料也有其缺點，突出的問題是在干摩擦下特別是在高溫下的摩擦系數和磨損率都比較高，這在很大程度上限制了其在寬溫域摩擦領域的應用。因此，改善賽隆陶瓷復合材料在寬溫域的摩擦學性能的研究日益受到人們的重視，已經成為當前材料科學和摩擦學領域的前沿課題之一。

從摩擦學的基本理論分析，要降低陶瓷材料的摩擦和磨損，就要在其表面提供或生成一層剪切強度較低的膜。這種膜不僅有利于降低陶瓷的摩擦系數，而且還可以阻止表面微凸體與對偶件表面的直接接觸，增大承載面積，使垂直于滑行方向的壓力和接觸點處的正交切應力降低，從而抑制接觸區域裂紋的萌生，達到降低陶瓷材料磨損率的目的。

發明內容

本發明的目的在于提供一種在室溫至600oC范圍內具有良好的自潤滑性能和抗磨損性能的賽隆基復合材料。

本發明通過添加銅包石墨，利用固態潤滑組元易拖敷、摩擦系數低以及在高溫下易發生摩擦化學反應的特點，在摩擦表面形成連續的固體潤滑層，從而賦予賽隆陶瓷復合材料在寬溫域以潤滑特性和抗磨損性能。

一種寬溫域自潤滑賽隆基復合材料，其特征在于稱取60～80wt%的賽隆和20～40wt%的銅包石墨，然后將其置于球磨機中混合，得到粒徑為1～20μm的混合粉末；隨后將混合粉末裝入石墨模具中，置于放電等離子燒結爐中燒結；燒結參數為：真空度為10^-2～10^-1Pa，升溫速度為100～150oC/min，燒結溫度為1350～1500oC，壓力為30～40MPa，保溫時間5～10min；燒結結束后，隨爐冷卻至室溫得到賽隆基復合材料。

所述賽隆的組成為Si₄Al₂O₂N₆。

采用阿基米德原理測量材料的密度。摩擦磨損實驗采用HT-1000高溫摩擦磨損試驗機進行評價，對偶球為Si₃N₄陶瓷，載荷為5N，滑動線速度為0.10m/s，摩擦半徑為4mm，行程為200m，測試溫度為25oC、200oC、400oC、600oC和800oC。密度、摩擦系數和磨損率為3次試驗平均值。

本發明所述寬溫域自潤滑賽隆基復合材料具有以下優點：

1、賽隆基復合材料由原位生成的結合良好的銅硅合金、石墨和賽隆相組成。這種材料的制備是基于石墨在較低溫度下可以提供潤滑作用，而銅硅合金在高溫下可發生摩擦化學反應生成具有潤滑作用的CuO潤滑膜，從而改善摩擦界面的接觸狀態，滿足在一定溫度范圍內連續潤滑。

2、賽隆基復合材料中原位生成的結合良好的銅硅合金可以改善復合材料與石墨的結合能力，進而提高材料的機械性能。