【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】陶瓷潤滑耐磨材料是解決(超)高溫等苛刻環(huán)境潤滑與磨損問題的有效途徑之一。傳統(tǒng)陶瓷潤滑材料通常在陶瓷基體中引入固體潤滑來實現(xiàn)特定條件下的減摩和抗磨性能。但固體潤滑劑的引入極大破壞基體連續(xù)性從而影響材料的力學性能，降低服役可靠性。因此，發(fā)展集成力學可靠、潤滑和耐磨功能的高溫結構-功能一體化材料一直是該領域發(fā)展的方向。
 

　　近日，中國科學院蘭州化學物理研究所蘭州潤滑材料與技術創(chuàng)新中心基于T2相通過M位合金化構筑策略成功合成了具有面外化學有序的四元層狀過渡金屬硼化物MAB相—Ti4MoSiB2陶瓷(圖1)，并系統(tǒng)研究了其在寬溫域內的力學性能和摩擦學行為，研究人員發(fā)現(xiàn)材料原子尺度上的層狀結構在穿晶斷裂時有效引導裂紋偏轉，改變裂紋擴展路徑，提高低溫斷裂韌性；由于晶粒沿不同方向熱膨脹差異造成晶界的熱失配，進而改變了斷裂模式，使材料在室溫至1000℃范圍內表現(xiàn)出優(yōu)異的綜合力學性能，同時賦予了較傳統(tǒng)陶瓷優(yōu)異的損傷容限。與DD5高溫合金對摩時在全溫度范圍內都具有良好的抗磨性能，尤其在高溫條件下摩擦化學反應生成的具有氧空位TiO2，一定程度上實現(xiàn)減摩效果，并實現(xiàn)了“負磨損”現(xiàn)象。這些發(fā)現(xiàn)不僅豐富了MAB相材料的基礎理論，也為開發(fā)新型高溫結構功能一體化材料提供了重要指導。
 

圖1. Ti4MoSiB2陶瓷結構及其鍵合分析
 

圖2.材料晶粒取向、熱膨脹率及力學性能對比
 

圖3.摩擦化學反應產(chǎn)物和基于DFT模擬計算的滑動能壘
 

　　該研究工作以“Quaternary Layered Boride Ti4MoSiB2: A Structure-Function Integrated High-Temperature Self-Lubricating and Negative-Wear Material”為題發(fā)表在Advanced Materials(2025,2418995)上，蘭州化物所博士生李紅斌為論文第一作者，蘇云峰副研究員、胡天昌副研究員和張永勝研究員為共同通訊作者。
 

　　以上研究得到了中國科學院戰(zhàn)略性先導科技專項(XDB0470303)、甘肅省自然科學基金(25JRRA468)和國家自然科學基金項目(52303386,12247101)的支持。