常溫下陶瓷材料干摩擦分析

室溫干摩擦條件下，陶瓷材料在配副摩擦的過(guò)程中，一般表現(xiàn)出較高的摩擦因數(shù)和磨損率（指被磨試樣的體積與磨擦功的比值，即單位摩擦功所磨試樣的體積，反映了材料的耐磨性能，與磨損量相關(guān)）研究認(rèn)為，陶瓷／陶瓷配副的摩擦因數(shù)一般大于0.5，磨損率一般高于10-6mm3／（Ｎ·ｍ），而金屬在相同條件下摩擦因數(shù)相對(duì)較低，如在室溫下鑄鐵自配副干摩擦?xí)r的摩擦因數(shù)為0.18，相同條件下鋼和鑄鐵配副時(shí)的摩擦因數(shù)為0.2。對(duì)于陶瓷自配副時(shí)的高摩擦因數(shù)現(xiàn)象，究其原因，主要是陶瓷摩擦?xí)r所發(fā)生的斷裂、疲勞和剝落等導(dǎo)致的高摩擦因數(shù)和磨損率。當(dāng)然陶瓷材料在室溫干摩擦條件下的摩擦學(xué)性能依陶瓷類(lèi)型各有不同。

氮化硅基陶瓷刀具&氧化鋁基陶瓷刀具

1氮化硅陶瓷
非氧化物陶瓷中目前應(yīng)用最為廣泛的是Si3N4基陶瓷（含Si3N4）。室溫下不同摩擦副下，氮化硅磨損結(jié)果有所不同。
例如，研究人員采用Si3N4/SiC配副時(shí)發(fā)現(xiàn)，由于高硬度的SiC對(duì)Si3N4表面產(chǎn)生切削和犁溝現(xiàn)象，從而表現(xiàn)出較高的摩擦因數(shù)。Si3N4材料的磨損也比較嚴(yán)重，且低斷裂韌性的SiC容易出現(xiàn)脆性剝離，磨損體積損失比較大。而采用，在Si3N4/Al2O3配副時(shí)，Si3N4的硬度和斷裂韌性均比Al2O3的高，而Si3N4的摩擦氧化反應(yīng)使磨損面上形成的氧化物膜對(duì)Al2O3磨屑有較強(qiáng)的吸附力，并形成Al2O3磨屑吸附層，以致表現(xiàn)出低的摩擦因數(shù)。而當(dāng)Si3N4基陶瓷自己配副時(shí)，有一種研究結(jié)果是擦面上會(huì)由于應(yīng)力集中而產(chǎn)生微裂紋，不利于摩擦，摩擦因數(shù)穩(wěn)定在0.3。

2碳化硅陶瓷
非氧化物陶瓷中SiC陶瓷也是一種常見(jiàn)的陶瓷材料，其硬度高，僅次于金剛石、立方BN等少數(shù)物質(zhì)。由于SiC陶瓷摩擦學(xué)性能對(duì)環(huán)境因素（溫度、濕度等）更為敏感，空氣中的水汽在摩擦表面產(chǎn)生吸附層，吸附層在摩擦?xí)r降低了摩擦因數(shù)，有研究表明室溫下碳化硅表面的主要磨損機(jī)理為斷裂和犁削磨損。

3氧化鋁陶瓷
Al2O3陶瓷是在工業(yè)中廣泛應(yīng)用的一種陶瓷。Al2O3陶瓷自配副時(shí)，載荷和滑動(dòng)速度為摩擦磨損性能的主要影響因素。Al2O3陶瓷在與不同金屬配副時(shí)，其摩擦磨損性能的表現(xiàn)大相徑庭。有研究發(fā)現(xiàn)，Al2O3與鋼配副時(shí)的磨損量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其與鈦合金配副時(shí)的磨損量，結(jié)果相差３個(gè)數(shù)量級(jí)，說(shuō)明與鈦合金配副時(shí)其耐磨性表現(xiàn)極差。Al2O3／鋼配副時(shí)，陶瓷表面形成鋼的轉(zhuǎn)移膜，使得Al2O3與鋼的摩擦轉(zhuǎn)化為鋼與鋼的摩擦，從而降低了Al2O3的磨損量。

4氧化鋯陶瓷
在氧化物陶瓷中ZrO2由于突出的綜合力學(xué)性能，也正在成為廣泛使用的氧化物陶瓷之一。根據(jù)黃傳真等對(duì)ZYA30（70%3Y-TZP和30%Al2O3）和ZYW35（65%3Y-TZP和35%（W，Ti）C）兩種材料進(jìn)行摩擦學(xué)性能試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)在相同磨損條件下ZYA30的耐磨性能比ZYW35好。兩種材料的磨損機(jī)理基本相同，低載荷下主要是塑性變形和粘著磨損，較高載荷下主要是塑性變形和分層剝落。
總體來(lái)說(shuō)，在室溫干摩擦條件下，大多數(shù)陶瓷沒(méi)有較好的摩擦學(xué)表現(xiàn)。陶瓷與陶瓷摩擦?xí)r，由于脆性都比較大，其磨損機(jī)理多表現(xiàn)為斷裂、疲勞和磨粒磨損；而陶瓷在與金屬對(duì)磨時(shí)，金屬的硬度較陶瓷低得多，陶瓷容易對(duì)金屬造成切削，磨損機(jī)理多為粘著磨損。