專利名稱：：銀添加鉍鍶鈣銅氧固體自潤滑材料的摩擦學(xué)應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種高溫超導(dǎo)固體自潤滑復(fù)合材料的摩擦學(xué)應(yīng)用，特指Ag添加高溫超導(dǎo)體Bi2Sr2Ca2Cu3Ox(Bi2223)固體自潤滑復(fù)合材料在低溫、高載荷、真空、強(qiáng)氧化、強(qiáng)輻射等特殊工況的減摩耐磨和潤滑方面的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
：在一些極端工作條件，例如超低溫下，目前低溫特性最好的潤滑油也只能在-7(TC前后使用，在更低溫度下因潤滑油固化喪失潤滑能力而只能采用固體潤滑，實(shí)際中多采用MoS2和PTFE作為固體潤滑劑，但MoS2不耐氧化，在氧化氣氛和潮濕環(huán)境中的潤滑能力大幅下降，PTFE不能承受重載。因此關(guān)注極端工況條件下材料的摩擦磨損和潤滑問題以及開發(fā)新型固體潤滑材料是非常必要的。B2Si2Ca2Cu3Ox(B2223)屬于氧化物陶瓷，耐高溫，抗腐蝕，高強(qiáng)度，600'C以上高溫表現(xiàn)出良好的潤滑性能，陶瓷脆性和常溫下的潤滑性能有待改善。有文獻(xiàn)報(bào)道添加金屬Ag、Pb等不影響YBa2Cu307-5(Y123)的超導(dǎo)電性，同時(shí)可以改善陶瓷脆性。由于高溫超導(dǎo)材料YBa2Cu307-5(Y123)的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度T090K，液氮溫度就可實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)，液氮是制氧的副產(chǎn)品，與液氦相比用液氮實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)，使用成本大幅降低(50倍)，因此研究高溫超導(dǎo)材料的摩擦學(xué)特性有很強(qiáng)的理論意義和實(shí)用價(jià)值，目前國內(nèi)外關(guān)于研究高溫超導(dǎo)材料的摩擦學(xué)特性的文章較少，利用Ag添加B2Si2Ca2Cu30x固體自潤滑復(fù)合材料的摩擦學(xué)性能的報(bào)道還未發(fā)現(xiàn)。中國專利CN101121605A也公開了一種高溫超導(dǎo)材料在耐磨減摩方面的應(yīng)用，其利用粉末冶金法制備出高溫超導(dǎo)陶瓷YBa2Cii307-5(Y123)基體中添加金屬Ag的復(fù)合材料，與其相比，本發(fā)明中應(yīng)用的B2Si2Ca2Cu3(X高溫超導(dǎo)體的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度要更高，達(dá)到110K，更具有應(yīng)用價(jià)值，而且本發(fā)明中所應(yīng)用的B2Si2Ca2Cu3Ox高溫超導(dǎo)體晶體的片層結(jié)構(gòu)更為明顯，在常溫和低溫條件下較YBa2Cu307-s(Y123)能更有效地降低摩擦系數(shù)，并且更穩(wěn)定，但是B2Si2Ca2Cu3Ox的制備過程中容易出現(xiàn)雜相，從而影響到超導(dǎo)體的超導(dǎo)性能，這也是本發(fā)明需要解決的一個(gè)技術(shù)問題。
發(fā)明內(nèi)容本課題組用粉末冶金法制備出Bi2Sr2Ca2Cu30x高溫超導(dǎo)材料，具體方法如下將Bi203:PbO:SrC03:CaC03:CuO=1.8~1.9:0.3-0.4:2:2:3的摩爾比配料，將配料中SrC03、CaC03、CuO充分研磨后放在高溫爐子空氣中進(jìn)行第一階段燒結(jié)，使碳酸鹽充分反應(yīng)生成Sn.9CauCl1308，將燒結(jié)粉末充分研磨，添加入Bi203、PbO再進(jìn)行第二階段的燒結(jié)，完全反應(yīng)生成(Bi，Pb)2Sr2Ca2Cu30x相黑色粉末。銀是以金屬銀粉的形式添加到高溫超導(dǎo)(Bi，Pb)2Sr2Ca2Qi30x粉末中，添加量為5-25wt。/。，充分研磨后，壓制成型，經(jīng)第三階段燒結(jié)成型后，再經(jīng)吸氧處理，便可制成銀添加高溫超導(dǎo)鉍鍶鈣銅氧(Bi2Sr2Ca2Cu3(X)固體自潤滑復(fù)合材料。上述制備方法中，第一階段高溫?zé)Y(jié)的燒結(jié)溫度為900920。C，時(shí)間為1530h;上述制備方法中，第二階段高溫?zé)Y(jié)的燒結(jié)溫度為81084(TC，時(shí)間為6080h;上述制備方法中，第三階段的燒結(jié)溫度為80(TC，時(shí)間為2h;上述制備方法中，吸氧處理的溫度為450500°C，時(shí)間為24h以上。上述制備方法中，需要添加適量的PbO作為添加劑，可以促進(jìn)2223相的形成,并且不影響B(tài)i2223相的超導(dǎo)性能，以使反應(yīng)完全，并抑制雜相的生成，因?yàn)殡s相的存在會(huì)影響到超導(dǎo)體的超導(dǎo)性能，而且由于晶體結(jié)構(gòu)與B2Si2Ca2CU30x不同，對摩擦性能也有所影響。銀添加高溫超導(dǎo)鉍鍶鈣銅氧固體自潤滑復(fù)合材料具有自潤滑性能好，承載能力強(qiáng)和使用溫度范圍寬的特點(diǎn)?？梢赃m用于各種機(jī)械設(shè)備，包括航空航天、超導(dǎo)裝置和電子工業(yè)領(lǐng)域中的設(shè)備，處于特殊工況下工作，其中傳動(dòng)部件中的許多摩擦副處于高速、高溫或低溫、真空和輻射等特殊工況條件下工作，摩擦狀況具有特殊性。該材料就是適應(yīng)各種工況摩擦而產(chǎn)生的特定潤滑材料。同時(shí)，相對于高溫超導(dǎo)材料YBCO/Ag，Bi2223/Ag有較高的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度(110K)，也就是說它跟容易達(dá)到超導(dǎo)態(tài)，由于超導(dǎo)態(tài)情況下材料的摩擦學(xué)性能較常溫或者高溫情況下跟好，所以在低溫環(huán)境中Bi2223/Ag是一種比YBCO/Ag性能更好的材料。而在高溫、常溫、真空態(tài)下，Bi2223/Ag其摩擦學(xué)性能跟YBCO/Ag差不多，綜合以上，Bi2223/Ag是一種在寬溫度情況下性能由于YBCO/Ag的固體自潤滑復(fù)合材具體實(shí)施例方式結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。具體方法如下用Bi203:PbO:SrC03:CaC03:CuO=1.84:0.34:2:2:3的摩爾比配料，其中PbO作為添加劑可以促進(jìn)2223相的形成，并且不影響B(tài)i2223相的超導(dǎo)性能。將配料中SrC03、CaC03、CuO充分研磨后放在高溫爐子空氣中燒結(jié)，讓其發(fā)生固相反應(yīng)，燒結(jié)溫度是900920°C，1530h,使碳酸鹽充分反應(yīng)生成Sn.9CauCu308，將燒結(jié)粉末充分研磨，添加入Bi203、PbO再進(jìn)行第二階段的燒結(jié)，燒結(jié)溫度是810840。C，6080h，完全反應(yīng)生成(Bi，Pb)2Sr2Ca2Qi30x相黑色粉末。銀是以金屬銀粉的形式添加到高溫超導(dǎo)(Bi，Pb)2Sr2Ca2Cii30x粉末中，添加量為5-25wt%，充分研磨后，壓制成型，經(jīng)800。C、2h燒結(jié)成型后，再經(jīng)450500。C24h以上吸氧處理，便可制成銀添加高溫超導(dǎo)鉍鍶鈣銅氧(Bi2Sr2Ca2Cu30x)固體自潤滑復(fù)合材料。實(shí)施例1室溫<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>試驗(yàn)是在SFT-4000高真空超低溫摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)(中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所研制)上進(jìn)行的，測試條件為大氣環(huán)境，常溫，對偶件為065mm的軸承鋼，HRC62。由表l可以看出，Ag能有效降低復(fù)合材料的摩擦系數(shù)(由原來的0.26左右降低到0.11左右)，Ag添加量為10%時(shí)，表現(xiàn)出減摩效果。由表還可以看出，復(fù)合材料的摩擦系數(shù)在低載荷時(shí)比較穩(wěn)定，基本不隨滑行速度和載荷的變化而變化，比專利號(hào)為CN101121605A的專利在低載荷下的摩擦系數(shù)要穩(wěn)定而且小。實(shí)施例2低溫77K液氮溫度，載荷0.49N，滑行速度0.204m/min<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>摩擦學(xué)性能試驗(yàn)是在SFT-4000高真空超低溫摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)(中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所研制)上進(jìn)行的，測試條件為真空環(huán)境，77K,載荷0.49N，滑行速度1.574m/min，對偶件為(D65mm的軸承鋼，HRC62。測試結(jié)果表明，本發(fā)明金屬銀添加高溫超導(dǎo)(Bi，Pb)2Sr2Ca2Cu3Ox(Bi2223)固體自潤滑復(fù)合材料能適應(yīng)從低溫到高溫寬溫度范圍和特殊工況要求，具有明顯的減摩耐磨和潤滑作用，比專利號(hào)為CN101121605A的專利在特定條件下有更良好的應(yīng)用前景。權(quán)利要求1、一種金屬銀Ag添加高溫超導(dǎo)Bi2Sr2Ca2Cu3Ox材料在減摩耐磨和潤滑方面的用途。2、如權(quán)1所述的金屬銀Ag添加高溫超導(dǎo)Bi2Sr2Ca2Cu30x材料的制備方法，其特征在于將Bi203:PbO:SrC03:CaC03:CuO=1.8~1.9:0.3~0.4:2:2:3的摩爾比配料，將配料中SrC03、CaC03、CuO充分研磨后進(jìn)行第一階段高溫?zé)Y(jié)，使碳酸鹽充分反應(yīng)生成Sn.9Ca2.!Cu30s，將燒結(jié)粉末充分研磨，添加入Bi203、PbO再進(jìn)行第二階段的高溫?zé)Y(jié)，完全反應(yīng)生成(Bi，Pb)2Sr2Ca2Cu3(X相黑色粉末。銀是以金屬銀粉的形式添加到高溫超導(dǎo)(Bi，Pb)2Sr2Ca2Cu30x粉末中，添加量為5-25wt。/。，充分研磨后，壓制成型，經(jīng)第三階段高溫?zé)Y(jié)成型后，再經(jīng)吸氧處理，便可制成銀添加高溫超導(dǎo)鉍鍶鈣銅氧(Bi2Sr2Ca2Cu30x)固體自潤滑復(fù)合材料。3、如權(quán)2所述的制備方法，其特征在于第一階段高溫?zé)Y(jié)的燒結(jié)溫度為900920°C，時(shí)間為1530h。4、如權(quán)2所述的制備方法，其特征在于第二階段高溫?zé)Y(jié)的燒結(jié)溫度為810840°C，時(shí)間為6080h。5、如權(quán)2所述的制備方法，其特征在于第三階段的燒結(jié)溫度為80(TC，時(shí)間為2h。6、如權(quán)2所述的制備方法，其特征在于吸氧處理的溫度為450500°C，時(shí)間為24h以上。全文摘要本發(fā)明涉及一種高溫超導(dǎo)固體自潤滑復(fù)合材料，特指Ag添加高溫超導(dǎo)體Bi<sub>2</sub>Sr<sub>2</sub>Ca<sub>2</sub>Cu<sub>3</sub>O<sub>x</sub>(Bi2223)固體自潤滑復(fù)合材料在減摩耐磨和潤滑方面的應(yīng)用。將Bi<sub>2</sub>O<sub>3</sub>∶PbO∶SrCO<sub>3</sub>∶CaCO<sub>3</sub>∶CuO＝1.8～1.9∶0.3～0.4∶2∶2∶3的摩爾比配料，將配料中SrCO<sub>3</sub>、CaCO<sub>3</sub>、CuO充分研磨后放在高溫爐子空氣中進(jìn)行第一階段燒結(jié)，使碳酸鹽充分反應(yīng)生成Sr<sub>1.9</sub>Ca<sub>2.1</sub>Cu<sub>3</sub>O<sub>8</sub>，將燒結(jié)粉末充分研磨，添加入Bi<sub>2</sub>O<sub>3</sub>、PbO再進(jìn)行第二階段的燒結(jié)，完全反應(yīng)生成(Bi，Pb)<sub>2</sub>Sr<sub>2</sub>Ca<sub>2</sub>Cu<sub>3</sub>O<sub>x</sub>相黑色粉末。銀是以金屬銀粉的形式添加到高溫超導(dǎo)(Bi，Pb)<sub>2</sub>Sr<sub>2</sub>Ca<sub>2</sub>Cu<sub>3</sub>O<sub>x</sub>粉末中，添加量為5-25wt％，充分研磨后，壓制成型，經(jīng)第三階段燒結(jié)成型后，再經(jīng)吸氧處理，便可制成銀添加高溫超導(dǎo)鉍鍶鈣銅氧(Bi<sub>2</sub>Sr<sub>2</sub>Ca<sub>2</sub>Cu<sub>3</sub>O<sub>x</sub>)固體自潤滑復(fù)合材料，具有自潤滑性能好，承載能力強(qiáng)和使用溫度范圍寬的特點(diǎn)。文檔編號(hào)C04B35/453GK101417874SQ20081023553公開日2009年4月29日申請日期2008年11月28日優(yōu)先權(quán)日2008年11月28日發(fā)明者李長生,王旻璐申請人:江蘇大學(xué)