1、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
2、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 0.40.6 之间，磨损率约为 10-7m3/(Nm)；滑动速度增加时，磨损率增大两个数量级。在 400800范围内，即使在低速下磨损率也高达 10-14l0-l3m3/（N.m) ，摩擦系数为 0.50.9
3、， ，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 19552205。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
4、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 0.30.7，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 0.51.0，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
5、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 11001400，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 0.11.0 之间。Si3N4 的磨损率随着速度的变化在 lxl0-146x10-14m3/ (N.n)间变化。RBSi3N4 在温度低于600下的摩擦系数保持在 0.3 右
6、，在真空及温度高于 6000时则上升为 0.60.8；HPSi3N4 在这两种条件下的摩擦系数分别为 0.20.4 和 0.70.8。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
7、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，在空气中为 14001500，短时可达 1600，在不活泼气氛中为 2300。单晶 SiC 与金属对摩时，其摩擦学性能与金属的 a 键特征相关，摩擦系数在 0.40.6之间。多晶 SiC 自身对摩时的摩擦系数为 0.2 一 0.6， SiC 与 ZrO2 对摩时的摩擦系数为 0.25 -0.50。SiC 的微观结构
8、以及试验条件对其摩擦学性能的影响很大。如 SiC 与金刚石对摩时，摩擦系数随负荷的变化十分明显，在较低负荷下，SiC 发生弹性变形，负荷增大时则出现塑性变形，并伴有少量的裂纹产生，摩擦系数增大；负荷进一步增大时，表面将产生裂纹和塑性变形，摩擦系数增大 4 倍以上。又如，实验发现具有较弱晶界的 SiC 磨损比具有较强晶界的 -SiC 的大，因为前者容易引起晶粒挤出 温度对 SiC 摩擦学性能的影响很大，低于 800时其摩擦系数较高，表面出现石墨和碳化物型碳，高于 800时，由于石墨含量迅速增加，碳化物型碳和硅迅速减少，摩擦系数较低。SiC 在室温下的滑动磨损，其磨损机制主要为塑性变形、微断裂和粘
9、着磨损。但是，SiC 在摩擦条件下易氧化生成 Si-0 化合物，尤其在高温下，其磨损机制主要由氧化反应所致。此外，在工业中应用的陶瓷润滑材料还有氮化硼 (BN)陶瓷。它密度小，有良好的抗热震性、耐热性、化学稳定性和电绝缘性。在空气中 11001400时氧化严重，但在惰性气体 (如 He)中可用到 2800以上 (这时的性能仍然稳定)。在高温下仍有高的电绝缘性、润滑性和导热性。BN 烧结后的制品硬度很低，能进行车、刨 、铣、钻等机械加工。BN 陶瓷的晶体结构和很多物理性质同石墨相似，有白石墨”之称。BN 陶瓷已成功地用作高温轴衬耐摩擦零件等。几种非金属陶瓷润滑材料的物理机械性能见表 4l。开拓者钼业有限公司是一家科技型的钼加工企业，主要产品有 99.9%高纯二硫化钼、99.5%高纯二硫化钼、99%高纯二硫化钼、98.5%二硫化钼、98%二硫化钼、高纯超细三氧化钼、炼钢钼粉、金属钼粉等钼系列制品。电话：86-0379-63338600 63338608 张先生 杨先生邮箱： 传真：86-379-66555555地址：中国.洛阳嵩县德亭镇酒店村
