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程中，一般表現出較高的摩擦因數和磨損率（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）研究認為，陶瓷／陶瓷配副的摩擦因數一般大于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相對較低，如在室溫下鑄鐵自配副干摩擦時的摩擦因數為0.18，相同條件下鋼和鑄鐵配副時的摩擦因數為0.2。對于陶瓷自配副時的高摩擦因數現象，究其原因，主要是陶瓷摩擦時所發生的斷裂、疲勞和剝落等導致的高摩擦因數和磨損率。當然陶瓷材料在室溫干摩擦條件下的摩擦學性能依陶瓷類型各有不同。

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，氮化硅磨損結果有所不同。
例如，研究人員采用Si3N4/SiC配副時發現，由于高硬度的SiC對Si3N4表面產生切削和犁溝現象，從而表現出較高的摩擦因數。Si3N4材料的磨損也比較嚴重，且低斷裂韌性的SiC容易出現脆性剝離，磨損體積損失比較大。而采用，在Si3N4/Al2O3配副時，Si3N4的硬度和斷裂韌性均比Al2O3的高，而Si3N4的摩擦氧化反應使磨損面上形成的氧化物膜對Al2O3磨屑有較強的吸附力，并形成Al2O3磨屑吸附層，以致表現出低的摩擦因數。而當Si3N4基陶瓷自己配副時，有一種研究結果是擦面上會由于應力集中而產生微裂紋，不利于摩擦，摩擦因數穩定在0.3。

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

3氧化鋁陶瓷
Al2O3陶瓷是在工業中廣泛應用的一種陶瓷。Al2O3陶瓷自配副時，載荷和滑動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，其摩擦磨損性能的表現大相徑庭。有研究發現，Al2O3與鋼配副時的磨損量遠遠低于其與鈦合金配副時的磨損量，結果相差３個數量級，說明與鈦合金配副時其耐磨性表現極差。Al2O3／鋼配副時，陶瓷表面形成鋼的轉移膜，使得Al2O3與鋼的摩擦轉化為鋼與鋼的摩擦，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性能，也正在成為廣泛使用的氧化物陶瓷之一。根據黃傳真等對ZYA30（70%3Y-TZP和30%Al2O3）和ZYW35（65%3Y-TZP和35%（W，Ti）C）兩種材料進行摩擦學性能試驗，發現在相同磨損條件下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。
總體來說，在室溫干摩擦條件下，大多數陶瓷沒有較好的摩擦學表現。陶瓷與陶瓷摩擦時，由于脆性都比較大，其磨損機理多表現為斷裂、疲勞和磨粒磨損；而陶瓷在與金屬對磨時，金屬的硬度較陶瓷低得多，陶瓷容易對金屬造成切削，磨損機理多為粘著磨損。