陶瓷潤滑復合材料除具有一般固體潤滑材料的優(yōu)點，如使用溫度范圍寬、低摩擦、抗污染、高承載外，還具有密度低、結(jié)構(gòu)理想、化學穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性優(yōu)異以及使用壽命長等特點，可以在超高溫、強腐蝕等特殊工況下實現(xiàn)有效潤滑，在高技術(shù)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

　　中國科學院蘭州化學物理研究所先進潤滑與防護材料研究發(fā)展中心特種潤滑油脂與密封材料課題組多年來致力于陶瓷潤滑復合材料的研究。最近，他們在前期發(fā)展的陶瓷潤滑復合材料的基礎(chǔ)上（Wear, 2010, 268, 1091-1094; Wear, 2012, 280, 1-4; Compos. Part. B-Eng., 2013,48, 1-5; Mater. Des., 2013,49, 421-425），通過仿生優(yōu)化設(shè)計和宏/微觀結(jié)構(gòu)調(diào)控，解決了陶瓷潤滑復合材料力學性能和摩擦學性能之間的矛盾，使其更具實用價值。這種基于仿生設(shè)計的陶瓷潤滑復合材料既保留了結(jié)構(gòu)陶瓷本身的優(yōu)異力學性能，又能滿足材料表面的潤滑功能，實現(xiàn)了陶瓷復合材料的結(jié)構(gòu)/潤滑功能一體化，是一種真正意義上的自潤滑結(jié)構(gòu)陶瓷，可望滿足高端裝備對潤滑材料耐高溫、耐腐蝕、低摩擦、長壽命和高可靠的要求（Wear, 2014, 320, 152-160; Wear, 2015, 338-339, 351-361; J. Eur. Ceram. Soc., 2015, 35, 1581-1591）。

　　通過仿生界面結(jié)構(gòu)和過渡層設(shè)計可進一步提高材料的力學性能和可靠性，具有連續(xù)彎曲和橋連結(jié)構(gòu)界面的氧化鋁層狀復合材料不僅保持了氧化鋁陶瓷高強度的特性，同時也具有普通層狀復合材料高韌性和高能量耗散的特性，實現(xiàn)了材料彎曲強度和斷裂韌性的統(tǒng)一。研究還表明，仿生界面微結(jié)構(gòu)不僅有利于材料的力學性能和摩擦學性能，還可顯著提高陶瓷復合材料的整體性和抗熱震穩(wěn)定性（J. Eur. Ceram. Soc., 2015, 35, 1123-1127; J. Eur. Ceram. Soc., 2015, 35, 1581-1591; Mater. Des., 2015,65, 1205-1213）。

　　為了克服層狀結(jié)構(gòu)復合材料的摩擦學各向異性，該研究團隊仿照竹木結(jié)構(gòu)，以氧化鋁為胞體材料、金屬鉬為胞界面材料制備了具有纖維獨石結(jié)構(gòu)的復合陶瓷，其斷裂功高達3883 J·m-2，比常規(guī)氧化鋁陶瓷提高了近30倍。同時，利用類似連續(xù)相形式分布的胞界面層，可使復合材料的每個面在高溫下均可獲得較低的摩擦系數(shù)（Tribol. Lett., 2016, 61,1-7）。

　　另外，將織構(gòu)圖案作為固體潤滑劑（膜）的貯存槽，利用表面制備技術(shù)在陶瓷表面形成三維復合潤滑結(jié)構(gòu)，可使其表面的摩擦學性能得到進一步改善。沉積類金剛石碳基薄膜的復合潤滑層在水環(huán)境下的摩擦系數(shù)可降低至0.06，相比光滑面的0.51降低了近一個數(shù)量級。同時，利用摩擦化學原理設(shè)計的復合潤滑層，可實現(xiàn)材料在室溫至800°C溫度范圍內(nèi)連續(xù)加熱過程中的寬溫域潤滑（Wear, 2015, 334-335, 23-34; Wear, 2016, 360-361, 97-103; Tribol. Int., 2014, 78, 134-141; Tribol. Int., 2015, 84, 142-151; Tribol. Int., 2016, 96, 258-268）。

　　基于以上研究，研究人員分別構(gòu)建了適用于水環(huán)境和高溫工況服役條件的自潤滑結(jié)構(gòu)陶瓷，為高溫、腐蝕環(huán)境用潤滑材料的制備與應(yīng)用奠定了理論基礎(chǔ)和技術(shù)支撐。

　　該系列研究工作已獲得授權(quán)國家發(fā)明專利5件，應(yīng)邀撰寫英文專著4章，得到國家自然科學基金項目、國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃（“973”計劃）、中科院科技創(chuàng)新基金項目、中科院“西部之光”和“青年創(chuàng)新促進會”人才培養(yǎng)項目的長期支持。

自潤滑結(jié)構(gòu)陶瓷的潤滑機制及磨損失效機理圖 

具有曲折界面、過渡界面和微波紋界面復合材料的斷裂特征 

纖維獨石結(jié)構(gòu)復合材料的設(shè)計示意圖 

表面三維復合潤滑層的構(gòu)筑及摩擦學性能