[发明专利]一种氮化硅基自润滑复合材料

说明书

一种氮化硅基自润滑复合材料，它的化学成分的体积百分比为：OLC(碳纳米葱Onion‑like carbon)8‑12％、TiN_0.38‑12％、其余为α‑Si₃N₄；上述自润滑复合材料的制备方法是将TiN_0.3、OLC、α‑Si₃N₄放入行星式球磨机，球料比10:1，转速为300‑350r/min，顺时针转30min，停歇15min，逆时针转30min，停歇15min，循环4个周期；将混合粉料装入模具，压力20‑40MPa，保压10s，烘干8h，再进行高温高压烧结，压力为5GPa，加热到1480‑1520℃，保温14‑16min，随炉冷却，将所制备的毛坯磨削、去毛刺处理，得到Si₃N₄基自润滑复合材料。本发明制备的自润滑复合材料具有高硬度、强抗热震性、耐磨损、耐腐蚀等优点，还具备较高的韧性，适合于较高温度下无润滑界面之间的器件材料应用。

技术领域

本发明属于材料技术领域，特别涉及一种自润滑复合材料。

背景技术

普通Si₃N₄基材料具备高强高硬、抗热震性、剥落式疲劳磨损、耐磨损、耐酸碱腐蚀等一系列优异性质，但是存在韧性不高、难烧结、干摩擦因数高等缺点。为了改善Si₃N₄陶瓷韧性差、难烧结的情况，邹斌利用纳米TiN粉作为第二相添加剂，制备出氮化硅基纳米复合陶瓷刀具，其断裂韧性、维氏硬度和抗弯强度分别为9.1MPa·m^1/2、15.47GPa和1079.8MPa，并提出纳米TiN可以降低烧结温度，提高粉体的烧结活性，提高力学性能和机械性能[邹斌.新型自增韧氮化硅基纳米复合陶瓷刀具及性能研究[D].济南:山东大学,2006]；乔丽娜在TiN_0.3与难溶化合物界面扩散行为及强韧化的研究中发现，两相之间存在扩散现象，并且发现在难熔化合物中引入TiN_0.3，改善了其力学性能，尤其是断裂韧性[乔丽娜.TiN_0.3与难熔化合物界面扩散行为及强韧化的研究[D].秦皇岛:燕山大学,2016]；Wang L等人将氮化硅陶瓷(氮)与0.2wt％FeSi₂混合粉末在1780℃下烧结2h，添加Al₂O₃和Y₂O₃促进烧结和增韧，获得高强度、高韧性烧结体，断裂韧性和抗弯强度分别达到9.8±0.5MPa·m^1/2和1086±48MPa[Wang L,Qi Q,Cai P,et al.New route to improve the fracture toughness andflexural strength of Si₃N₄,ceramics by adding FeSi₂[J].Scripta Materialia,126:11-14，2017]。上述这些烧结体复合材料都在一定程度上提高了复合材料的韧性，但综合性能不是最佳。

在航空航天技术和空间技术迅猛发展的今天，航空航天器械工作部件大多处于超高超低温、真空、高速、腐蚀介质等极端环境中，在这种极端工况下，常规润滑剂极容易蒸发，引发润滑机制失效；塑料基固体自润滑复合材料只适合在低速、低载、低温条件；金属基自润滑复合材料不能应对高低温重载、辐射、特种介质腐蚀、热震冲击等极端条件；因此，研究一种适用于太空极端工况下的自润滑复合材料作为滑动轴承材料具有实际意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够在极端环境中实现有效润滑、且高硬度、高韧性、强抗热震性、耐磨损、耐腐蚀的氮化硅基自润滑复合材料及制备方法。本发明主要是以碳纳米葱(Onion-like carbon，OLC)为润滑相制备新型Si₃N₄基自润滑复合材料。