一种氧化锆基高温自润滑块体材料的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种氧化锆基高温自润滑块体材料。本发明使用部分稳定ZrO2、Mo、BaF2-CaF2等粉体，经真空热压烧结，制备了ZrO2-Mo-BaF2-CaF2高温自润滑块体材料。材料密度为6.00-6.30g/cm3，硬度为1200-900MPa。在室温至1000℃，摩擦系数为0.24-0.45，其中800℃-1000℃摩擦系数为0.24-0.32,具有显著的自润滑特性。材料作为高温耐磨部件使用。
【专利说明】一种氧化锆基高温自润滑块体材料
【技术领域】
[0001]本发明叙述了一种氧化锆基高温自润滑块体材料。
【背景技术】
[0002]宇航、交通运输和能源等工业部门的激烈竞争，对材料的耐磨性、耐腐蚀性、抗疲劳和高温性能等提出了愈来愈苛刻的要求，在-100— 1000°C较广的温度范围、在高转速、重载荷条件下工作时，零部件一般不能采用润滑油和润滑脂进行润滑，而必须采用新型的固体润滑材料。而航空航天以及核能等高【技术领域】的发展，使得材料在高温条件下的摩擦、磨损和润滑问题日益受到重视，迫切要求发展相适应的高温自润滑材料。
[0003]中国专利CN 102173716 A公开了一种类陶瓷耐高温摩擦材料及其制备方法。该材料的摩擦系数在0.40-0.70之间，最高使用温度不超过400°C。中国专利号CN 102433101A公布了一种复合增强陶瓷型耐高温摩擦材料。该材料在350°C时摩擦系数为0.40，最高使用温度同样不超过400°C。中国专利号是CN 1594621 A公布了一种铜基粉末冶金摩擦材料。该材料摩擦系数在0.30-0.65之间，室温和300°C时磨损较小，100-300°C和300°C以上时磨损较大，可在500°C及以下温度使用。由此可见目前公布的材料其使用温度多集中在500°C以下，远不能满足现代社会的发展，目前急需一种可以在800-1000°C的温度下使用的高温耐磨材料。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种氧化锆基高温自润滑块体材料。
[0005]本发明使用部分稳定Zr02、Mo、BaF2-CaF2等粉体，经真空热压烧结，制备了ZrO2-Mo-BaF2-CaF2高温自润滑块体材料。
[0006]一种氧化锆基高温自润滑块体材料，其特征在于该材料通过下列步骤来制备:
A分别称取质量百分数为BaF2 62%和CaF2 38%的粉体，球磨混匀，用20_30MPa的压力将混合反应物料在金属模具中压为反应胚体；把胚体放入石墨模具中用真空热压炉烧结，在烧结温度为900°C -1lOO0C，保温10-30分钟的条件下制备得到BaF2-CaF2块体，粉碎得到BaF2-CaF2 粉体；
B分别称取摩尔百分数为ZrO2 97%和Y2O3 3%的粉体，在高能球磨中机械合金化30-60小时制备部分稳定ZrO2 ；
C分别称取质量百分数为Mo 5-30%, BaF2-CaF2 5-30%,部分稳定ZrO2为余量的粉体，球磨混匀；把混合好的粉体放入石墨模具中用真空热压炉烧结，在烧结温度为IlOO0C -1400°c，保温20-60分钟，加25_45MPa压力的条件下制备得到ZrO2-BaF2-CaF2-Mo高温自润滑块体材料。
[0007]本发明使用ZrO2陶瓷作为基体相，利用Mo来强化基体，用BaF2-CaF2共晶作为高温固体润滑剂来提供高温润滑，从而得到摩擦和磨损性能均较优异的ZrO2陶瓷。
[0008]该方法所需设备简单、周期短、成本低，制备的材料具有优异的高温(IOO(TC)摩擦学性能。
[0009]采用排水法进行密度测试，材料密度为6.00-6.30 g/cm3。硬度测定条件为载荷1000 g，作用时间10 s，材料的硬度为900-1200MPa。 [0010]采用HT-1000高温摩擦实验机测试摩擦系数，用表面粗糙度计测磨损率，滑动速度为0.2 m/s，载荷10N，对偶材料为SiC陶瓷，测试温度为室温，600°C，800°C，1000°C。在1000°C时，材料的摩擦系数为0.24-0.32，磨损率为9.46X 10-5_6.28X l()-4mm3/Nm。本发明制备的材料性能的离散度不大于10%，材料性能重现性好。
[0011]本发明材料可以在航空航天、能源以及核能等高【技术领域】作为高温耐磨部件使用。
【具体实施方式】
[0012]实施例1:
A分别称取质量百分数为BaF2 62%和CaF2 38%的粉体，球磨混匀，用30MPa的压力将混合反应物料在金属模具中压为反应胚体；把胚体放入石墨模具中用真空热压炉烧结，在烧结温度为900°C，保温30分钟的条件下制备得到BaF2-CaF2块体，粉碎得到BaF2-CaF2粉体；B分别称取摩尔百分数为ZrO2 97%和Y2O3 3%的粉体，在高能球磨中机械合金化60小时制备部分稳定ZrO2 ；
C分别称取质量百分数为Mo 10%, BaF2-CaF2 5%，部分稳定ZrO2为余量的粉体，球磨混匀。把混合好的粉体放入石墨模具中用真空热压炉烧结，在烧结温度为1400°C，保温30分钟，加25MPa压力的条件下制备得到Zr02-10Mo-5BaF2-CaF2高温自润滑块体材料。其摩擦学性能见表1。
[0013]
表 I
【权利要求】
1.一种氧化锆基高温自润滑块体材料，其特征在于该材料通过下列步骤来制备: A分别称取质量百分数为BaF2 62%和CaF2 38%的粉体，球磨混匀，用20_30MPa的压力将混合反应物料在金属模具中压为反应胚体；把胚体放入石墨模具中用真空热压炉烧结，在烧结温度为900°C -1lOO0C，保温10-30分钟的条件下制备得到BaF2-CaF2块体，粉碎得到BaF2-CaF2 粉体； B分别称取摩尔百分数为ZrO2 97%和Y2O3 3%的粉体，在高能球磨中机械合金化30-60小时制备部分稳定ZrO2 ； C分别称取质量百分数为Mo 5-30%, BaF2-CaF2 5-30%,部分稳定ZrO2为余量的粉体，球磨混匀；把混合 好的粉体放入石墨模具中用真空热压炉烧结，在烧结温度为IlOO0C -1400°c，保温20-60分钟，加25_45MPa压力的条件下制备得到ZrO2-BaF2-CaF2-Mo高温自润滑块体材料。
【文档编号】C22C1/05GK103540821SQ201210240160
【公开日】2014年1月29日 申请日期:2012年7月12日 优先权日:2012年7月12日
【发明者】毕秦岭, 刘维民, 孔令乾, 杨军 申请人:中国科学院兰州化学物理研究所