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1、碳化硅陶瓷的水润滑特性及其表面微细织构的优化设计———王晓雷韩文非加藤康司碳化硅陶瓷的水润滑特性及其表面微细织构的优化设计112王晓雷韩文非加藤康司1.南京航空航天大学江苏省精密与微细制造技术重点实验室,南京,2100162.日本东北大学,日本仙台摘要:采用在碳化硅(SiC)陶瓷表面加工表面织构的方法来提高水润滑下SiC陶瓷的承载能力。表面织构由两种直径不同的凹坑阵列混合而成,目的在于利用不同的凹坑阵列分别促进表面间流体动压力的产生和表面跑合的进程。制作了直径为350μm和边长为40μm的凹坑以及由它们混
2、合而成的表面织构,对SiC陶瓷表面的摩擦学特性进行了测试,并以摩擦因数突然上升时的载荷作为指标评价了上述几种表面的承载能力,结果表明,混合有不同尺寸凹坑的织构与具有单一尺寸凹坑的织构相比,承载能力显著提高。关键词:表面织构;承载力;水润滑;摩擦;碳化硅中图分类号:TH117文章编号:1004—132X(2008)04—0457—04SurfaceTextureOptimalDesignforSiliconCarbideunderWaterLubrication112WangXiaoleiHanWenfei
3、KatoKoji1.JiangsuKeyLaboratoryofPrecision&Micro-manufacturingTechnology,NanjingUniversityofAeronautics&Astronautics,Nanjing,2100162.TohokuUniversity,Sendai,JapanAbstract:Surfacetexturingwasusedtoincreasetheloadcarryingcapacityofsiliconcarbideslidinginwate
4、r.Asurfacetexturepattern,whichcombinedtwokindofdimples,wasproposedtoincreasetheloadcarryingcapacitybyimprovingbothhydrodynamiceffectandrunningprocessofcontactingsurfaces.Thepatternsofdimpleswithdimensionof350μm,40μm,andtheirmixtureswerefabricated;tribolog
5、icalexperimentswerecarriedout;andtheloadatwhichfrictioncoefficientincreasesrapidlywasusedastheindextoevaluatetheloadcarryingcapacityofeachsurface.Theresultsshowthatthesurfacewiththetexturepatterncombinedwiththetwokindofdimpleshasobviouslyhigherloadcarryin
6、gcapacitycomparedtotheothers.Keywords:surfacetexture;loadcarryingcapacity;waterlubrication;friction;SiC0引言术的发展,表面织构在计算机硬盘、轴承和密封、世界在能源、航空航天、运输等领域仍然面临发动机系统中得到了成功的应用,对织构的工作[2O4]着效率、可靠性、耐久性以及环境保护等方面的挑机理也不断有了新的发现。20世纪90年开战。1999年美国能源部披露,美国车辆发动机及始,我国学者陆续发表了利用超声和
7、激光实现表[5O8]传动系统因减少摩擦与磨损,每年可节约1200亿面织构加工以改善摩擦副表面特性的文章,显美元,因此摩擦与磨损仍然是影响世界经济的重示出我国在人工表面织构设计和加工方面已取得要因素。骄人的业绩。通过人工表面织构(surfacetexture)改善表陶瓷的水润滑技术研究开始于20世纪80年面摩擦学特性的设计思想源于20世纪60年代,代后期。对于硅系陶瓷而言,一方面作为陶瓷原[1]材料的硅和作为润滑剂的水是自然界最丰富的绿Hamilton等提出了利用表面的凸起来产生附加动压润滑效果的想法,即凸
8、起的一边与摩擦副色材料,另一方面,水润滑条件下,硅系陶瓷表面的另一面之间形成收敛楔而产生流体动压力,而的摩擦化学反应对陶瓷表面存在超平滑化效[9,10]凸起的另一边的发散楔产生的负压由于气穴应,从而产生了极低的摩擦因数。日立公司(cavity)的产生而得到了限制,最终为相对滑动表已经将碳化硅(SiC)陶瓷应用于大型水泵的轴承面产生了额外的承载能力。近年来,随着加工技系统,省去了复杂的油润滑系统,对简化系统结构、保护环境具有重要
