黄显峰
（吉林省教育学院人事处，吉林长春130000）
摘要：复合材料，顾名思义，即是以两种或两种以上性质不同，甚至完全迥异的材料复合而成的一类新型材料。复合材料不仅可以最大限度地发挥组分材料自身独有的性能，同时还展现出了多种材料的优异性能。
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关键词 ：复合材料；材料成型；石墨；工艺
中图分类号：TQ322.4文献标识码：A文章编号：1671—1580（2014）11—0153—02
通常复合材料中会有一个主体，即连续相，被称为基体；而另外的一种或多种组分为辅助，以独立形态均匀分布于基体中，它不仅提供基体所不具备的性能，同时还会在一定程度上增强基体自身性能，故被称为增强材料。增强材料可以是纤维或者纤维编织体，也可以是细小颗粒。由于增强体在复合材料中需要保持自身独有的特性，因此，必须独立分布于基体中，这就使得复合材料中存在着两相界面。
不论是在生活中，还是在工作中，都存在着很多面与面之间的相对滑动，滑动所产生的摩擦力是导致材料损耗甚至失效的主要原因。为了提高材料的使用寿命，通常会在相对滑动接触面之间添加固体自润滑剂。其主要有以下几个特点：1.自身抗剪切力低，即固体自润滑剂自身在发生相对滑动时，所需的外部作用力较小；2.与相对滑动面之间有良好的亲和力，从而将面与面之间的相对滑动转化成固体自润滑剂之间的相对滑动，或者是面与固体自润滑剂之间的相对滑动；3.不易与摩擦面或空气发生化学反应，具有耐高温、耐低温性，自身性能稳定。
固体自润滑材料根据自身性质，可以分为金属自润滑材料、无机非金属自润滑材料和有机自润滑材料；按照物理形态，可分为固体粉末自润滑材料、粘结固体自润滑膜和自润滑复合材料；按照工况环境，可分为抗高温固体自润滑材料（超过1000℃的白热高温环境）、抗低温固体自润滑材料（-253℃以下的深冷低温）和抗腐蚀固体自润滑材料（存在酸碱腐蚀液的工况环境）。
一、石墨
在常温下，当石墨层与层之间的π键断裂后，会形成劈开面，该面对空气中的气体有一定的吸附能力，这种劈开面是石墨润滑性能的依托，劈开面的润滑性能在温度高达638℃时仍然保持良好。在干燥的环境中，石墨的摩擦系数偏大；在相对比较潮湿的环境中，石墨吸收一定量的水汽后（2%~13%），摩擦系数会明显降低（约为0.15~0.2）；当石墨处于真空中时，其润滑性能较差。
二、氟化石墨
当工作环境温度为27～344℃时，氟化石墨的摩擦系数比石墨的低，耐磨寿命却比二硫化钼或石墨的长。在高分子材料的摩擦面之间，氟化石墨的效果也较之二硫化钼或石墨更好，耐磨寿命更长。由于氟化石墨中C-F结合键较强，不易断裂，因此，在温度、压强较高的环境中，其润滑性能要优于石墨或二硫化钼。
三、二硫化钼（MoS2）
二硫化钼色泽灰黑，略带蓝色，有滑腻感，与石墨同为六方晶系层状晶体结构，由于层间硫原子与硫原子之间的结合键较弱，因此，容易断裂形成劈开面，进而产生滑移。相邻劈开面之间的滑移层属于分子级，即滑移层的厚度等于一层二硫化钼分子层的厚度，约为6.25?。每两层二硫化钼之间的分子间距为
12.30?，所以，一层薄膜中大约有54层，53个滑移面。二硫化钼的密度（4.7~4.8g/cm3）约为石墨的两倍，熔点（1185℃）较石墨要低很多，在空气中的耐热温度为349℃，与一般的有机溶剂、无机溶剂均不相溶，不易与气体发生化学反应。受硫原子的影响，二硫化钼与金属的亲和力较高，结合能力强，从而形成一层可以抵抗2800MPa压强、40m/s对磨速率的稳定润滑薄膜。受工作环境的影响，其摩擦系数一般为0.13～0.15。
四、聚四氟乙烯（PTFE）
在工程塑料中，具有自润滑性能的代表性材料为聚四氟乙烯，有“塑料之王”的美称。在材料领域，有机材料的耐高温性能一般不是特别理想，聚四氟乙烯作为有机润滑材料，其使用温度也仅能达到250℃，在某些工况可以替代金属制备机械零部件，或作密封材料使用。根据相似相溶的特性，聚四氟乙烯可以加入各种塑料之中，以提高材料的抗磨减摩性能。由于聚四氟乙烯在实际应用中容易受太多约束，因此，在聚四氟乙烯中填入了金属或金属氧化物以改善其机械性能、导电导热性能等，扩展其使用领域。目前，聚四氟乙烯主要被当作密封材料使用。
五、聚苯
聚苯是近些年才发展起来的新型合成塑料，初始粉末色泽呈现红棕色，堆积比重约为2.4。成型后固体为深蓝色，略带金属光泽，密度（为1.24g/cm3）比石墨低。当温度升至500℃时，聚苯分解形成碳氢化合物。但其润滑性能极好，摩擦系数仅为0.055。由于其自身较低的摩擦系数，通常与石墨进行混合，或与聚四氟乙烯进行复合，所形成的润滑材料不仅摩擦系数低，适用范围也较广。
六、氮化硼
氮化硼也是一种新型润滑材料，与石墨、二硫化钼的晶体结构和性质相类似，被称为“白石墨”。在导电方面，氮化硼与石墨截然不同，石墨为导体，而氮化硼是绝缘体。同时，氮化硼在温度高达900℃时仍能保持良好的润滑性能。
七、二硫化钨（WS2）
二硫化钨与二硫化钼的形态及性能都很相近，二硫化钨的耐高温性要强于二硫化钼，导电性更是二硫化钼的6倍。但由于钨属于稀有金属，价格比较昂贵，因此，难以在工业中广泛使用。
按基体的性质不同，可将固体自润滑复合材料分为3类，即金属基自润滑复合材料、陶瓷基自润滑复合材料和非金属基自润滑复合材料。
以金属作为基体连续相，固体自润滑材料作为辅助相，所形成的复合材料被称为金属基复合材料。金属基复合材料既具备金属基体的特性，同时还具有固体润滑材料的润滑特性，适用于多种工作环境。
为了使材料具有一定的力学性能，首先在金属基体的选择上有一定的要求，同时，要提高材料的抗磨减摩性能，其中还需要一定百分比的固体润滑材料。由于复合材料中组分材料的性能需要保持，因此，不论是基体，还是增强相，都是独立存在的，这就形成了很多界面。受界面结合力的影响，材料的力学性能会有所下降。因此，基体与增强相两者之间的成分匹配成为影响金属基复合材料性能的关键因素。
陶瓷材料具有极好的力学性能，如强度高、硬度高、密度低，同时化学稳定性和耐高温性能也很优异，综合其自身独特性能与固体润滑材料的抗磨减摩性能，可制备得到陶瓷基自润滑复合材料。由于陶瓷基自润滑材料的基体组分导热性能比较差，为了提高其抗磨减摩性能，同时改善其导热性能，选择导热性能良好的软金属银或金作为固体自润滑材料，固体润滑软金属会在陶瓷表面形成与基体结合良好的金属薄膜。Sliney等选择Cr3C2作为连续相陶瓷基体，以Ni作为界面过渡粘结相，以银为固体润滑材料制备了陶瓷涂层（PS200），该涂层不仅具备良好的自润滑性能，同时抗高温性能也极佳。通过对上述成分配比的适当调整，可以制备得到PS212和PM212陶瓷涂层。如果在制备过程中直接添加PbWO4，由于相界面的影响，虽然PbWO4百分比不能太高，但仍然会严重影响到材料的整体机械力学性能。同时，在Ni-WC-PbO系陶瓷基材料中，硅酸铅对其抗磨减摩性能有一定的促进作用。总的来说，由于陶瓷基体材料独有的优良机械力学性能，使得陶瓷基自润滑材料可以适用于极端苛刻的工况条件。就目前而言，陶瓷基自润滑材料的研究进展仍处于初始阶段，还有待进一步发展。
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