氧化物超導(dǎo)復(fù)合材料摩擦學(xué)性能及機(jī)理研究.pdf

1、八十年代末，A．Dayo和J．Krim等利用石英晶體微天平(QCM)研究金屬Pb表面與在其上流動(dòng)的氮?dú)獾慕缑婺Σ?，發(fā)現(xiàn)當(dāng)溫度降到Pb的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度時(shí)摩擦力突然大幅降低，提出了摩擦能量的耗散來(lái)源于電子和聲子，把宏觀的摩擦和原子結(jié)構(gòu)聯(lián)系起來(lái)。低溫摩擦具有很強(qiáng)的實(shí)用背景，如超導(dǎo)裝置、空間紅外探測(cè)器、液氫泵和液氧泵軸承等都工作在低溫下。純金屬要在液氦溫度下才能實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)轉(zhuǎn)變，液氦昂貴價(jià)格，限制了其實(shí)際應(yīng)用。而氧化物高溫超導(dǎo)材料YBa2Cu3O7—

2、δ(YBCO)，Bi2Sr2Can—1CunO2n+4 n=2，3(BSCCO)在液氮溫度下可實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)轉(zhuǎn)變，研究其摩擦學(xué)性能具有理論意義和實(shí)用價(jià)值。本研究的主要工作如下： 1．采用溶膠—凝膠法制備YBCO粉體，PbO和Ag以不同的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別添加到Y(jié)BCO中，制備了PbO/YBCO和Ag/YBCO兩種超導(dǎo)體復(fù)合材料，對(duì)其物相和顯微組織進(jìn)行表征，檢測(cè)超導(dǎo)復(fù)合材料的力學(xué)性能和超導(dǎo)性能，分別研究了樣品在低溫、常溫常壓、真空及高溫環(huán)境下

3、的摩擦磨損性能。 2．摩擦測(cè)試結(jié)果表明：室溫下YBCO與不銹鋼對(duì)摩，摩擦系數(shù)為0.40～0.60，平均為0.50，液氮溫度下YBCO處于超導(dǎo)態(tài)(T＜Tc)，摩擦系數(shù)急劇下降，摩擦系數(shù)為0.20～0.25，最后穩(wěn)定在0.20以下。PbO/YBCO復(fù)合材料在摩擦過(guò)程中，摩擦表面形成了轉(zhuǎn)移膜，起到降低摩擦系數(shù)的作用。PbO在燒結(jié)過(guò)程中與少量的YBCO反應(yīng)生成氧化物BaPbO3，使晶粒之間的界面結(jié)合牢固，PbO/YBCO復(fù)合材料的密度、

4、硬度、耐磨性能得到提高。 3．XRD、SEM和TEM結(jié)果表明：Ag與YBCO不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，Ag/YBCO復(fù)合材料密度和韌性得到提高。摩擦測(cè)試結(jié)果得到：Ag/YBCO摩擦系數(shù)為0.20～0.30，10％Ag/YBCO摩擦系數(shù)為0.20，磨損率為8.96～10—5 mm3·(N·m)—1。在100～500℃溫度下，10％Ag/YBCO摩擦系數(shù)為0.10～0.20，真空下YBCO的摩擦系數(shù)為0.40～0.60，真空環(huán)境對(duì)摩擦系數(shù)沒(méi)有

5、明顯的影響作用。 4．采用固相反應(yīng)法制備了Bi2212和Bi2223粉體，添加不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的Ag制備了Ag/Bi2212和Ag/Bi2223兩種超導(dǎo)體復(fù)合材料。對(duì)樣品的顯微結(jié)構(gòu)與力學(xué)性能進(jìn)行了表征。摩擦測(cè)試結(jié)果表明：Bi2212與不銹鋼對(duì)摩，摩擦系數(shù)為0.30～0.4平均為0.35，在液氮溫度下Bi2212處在超導(dǎo)態(tài)，摩擦系數(shù)急劇下降，最后穩(wěn)定在0.11。Bi2223與不銹鋼對(duì)摩，摩擦系數(shù)為0.30～0.50，平均為0.40。在

6、液氮溫度下Bi2223處在超導(dǎo)態(tài)，摩擦系數(shù)下降到0.17。在常溫、正常載荷和滑行速度下，10％Ag/Bi2212復(fù)合材料摩擦系數(shù)為0.20，15％Ag/Bi2212磨損率最低，為9.5×10—5mm3·(N·m)—1。20％Ag/Bi2223摩擦系數(shù)為0.20～0.35，5％Ag/Bi2223的磨損率最低，為1.78x10—5mm3·(N·m)—1。 5．在宏觀摩擦實(shí)驗(yàn)中印證了J．Krim等提出的電子摩擦理論，討論了氧化物超導(dǎo)復(fù)