專利名稱：：一種高溫超導(dǎo)材料在減摩耐磨和潤(rùn)滑方面的用途的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種高溫超導(dǎo)材料，特指金屬銀Ag添加高溫超導(dǎo)YBa2Cu307-6(Y123)固體自潤(rùn)滑復(fù)合材料，適用于高/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(rùn)滑方面。
背景技術(shù)：
：八十年代末，丄Krim等人"—2]提出了摩擦起源于電子和聲子理論，并利用石英晶體微天平(QCM)研究了Pb(111)表面的界面摩擦，發(fā)現(xiàn)當(dāng)溫度降到Pb的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度(Tc=7.2K)時(shí)摩擦力突然大幅降低。他們認(rèn)為摩擦從微觀上來(lái)源于聲子和電子的貢獻(xiàn)，在超導(dǎo)態(tài)下，材料的電阻為零，電子對(duì)摩擦的貢獻(xiàn)減小，宏觀上表現(xiàn)出摩擦系數(shù)大幅降低，純金屬的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度很低，要在液氦下才能實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)，而液氦價(jià)格昂貴，成本高。從實(shí)際應(yīng)用的角度考慮，超導(dǎo)裝置、液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)燃料泵中的流量閥、各種端面密封、徑向密封以及滑動(dòng)和滾動(dòng)軸承等，其中有很多摩擦部件工作在超低溫環(huán)境下，空間紅外探測(cè)器的一些機(jī)械，機(jī)器人的關(guān)節(jié)和天文望遠(yuǎn)鏡的套筒等，工作環(huán)境溫度變化很大，要求材料能適應(yīng)從低溫到高溫較寬的溫度范圍。目前低溫特性最好的潤(rùn)滑油也只能在-7(TC前后使用，在更低溫度下因潤(rùn)滑油固化喪失潤(rùn)滑能力而只能采用固體潤(rùn)滑。實(shí)際中多采用MoS2和PTFE作為固體潤(rùn)滑劑，但MoS2不耐氧化，在氧化氣氛和潮濕環(huán)境中的潤(rùn)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(rùn)滑問(wèn)題以及開(kāi)發(fā)新型固體潤(rùn)滑材料是非常必要的。YBa2Cu307-5(Y123)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(rùn)滑性能，陶瓷脆性和常溫下的潤(rùn)滑性能有待改善。文獻(xiàn)[3—"報(bào)道添加金屬Ag、Pb等不影響YBa2Cu30w(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—s(Y123)的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度Tc〉90K，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(guó)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，利用銀添加高溫超導(dǎo)材料YBa2Cii307-s(Y123)固體自潤(rùn)滑復(fù)合材料的摩擦學(xué)性能的報(bào)道還未發(fā)現(xiàn)。[1]KrimJ.Surfacescienceandtheatomic-scaleoriginsoffriction:whatoncewasoldandnew'again[J]SurfaceScience,2000,500:741-758.[2]DayoA，Alnasrallah，Krim丄Superconductivity-dependentslidingfriction[J].PhysicalReviewLetters,1998,80(8):1690-1693.[3]E.Mendoza^T.Puig，E.Varesi.CriticalcurrentenhancementinYBCO~Agmelt-texturedcomposites:influenceofmicrocrackdensity[J].PhysicaC，2000,(334):7—14.[4]F.H丄i，Z.G.Fan,J.Wang.EFFECTSOFPbCOMPOUNDADDITIVESONTHEPROPERTIESOFYBa2Cu307.s.ACTAMETALLURGICASINICA(ENGLISHLETTERS),2005，18(2):145—148.
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明利用粉末冶金法制備出高溫超導(dǎo)陶瓷YBa2Cu307-6(Y123)基體中添加金屬Ag的復(fù)合材料，該材料不僅具有優(yōu)良超導(dǎo)性能、機(jī)械性能，經(jīng)摩擦學(xué)性能測(cè)量表明銀添加高溫超導(dǎo)材料YBa2CU307-s(Y123)能有效的降低摩擦和磨損，是一種良好的氧化物基固體自潤(rùn)滑劑復(fù)合材料。為了提高YBa2Cu30w的超導(dǎo)電性，減少晶粒間弱連接，制備銀添加YBa2Cu307-s(Y123)復(fù)合材料通常是選用Ag20、AgN03、或直接用金屬銀作為添加劑，以Ag20、AgN03制備的復(fù)合材料中Ag更加均勻分布在基體中，制備工藝復(fù)雜，我們制備上述固體自潤(rùn)滑復(fù)合材料直接取Ag粉作為潤(rùn)滑組元。具體方法是將^03、BaC03、CuO粉末按Y:Ba:Cu=l:2:3的原子摩爾比分別稱量配比，研磨后高溫?zé)Y(jié).燒結(jié)溫度是900910'C，燒結(jié)時(shí)間1530h,將燒結(jié)粉末研磨后，再進(jìn)行第二階段的燒結(jié)，燒結(jié)溫度是910920'C，燒結(jié)時(shí)間1530h,反應(yīng)生成YBa2Cu307-6(Y123)相黑色粉末；銀是以金屬銀粉的形式添加到高溫超導(dǎo)YBa2Cu307—6(Y123)粉末中，添加量為5-25wa，研磨后壓樣成型，經(jīng)920'C、2h燒結(jié)后，再經(jīng)450500'C24h以上吸氧處理，便可制成銀添加高溫超導(dǎo)釔鋇銅氧固體自潤(rùn)滑復(fù)合材料。其優(yōu)點(diǎn)在于銀以單質(zhì)形式主要分布在YBa2Cu30w(Y123)晶粒的縫隙中，阻礙裂紋產(chǎn)生和傳播，能明顯消除YBa2Cu30w(Y123)超導(dǎo)體的微裂紋，改善晶粒間的弱連接和超導(dǎo)體的陶瓷脆性，提高了超導(dǎo)體的載流能力和機(jī)械性能。另外，銀是一種軟金屬，是良好的固體潤(rùn)滑劑，由于銀是面心立方晶體，沒(méi)有低溫脆性，在低溫及超低溫環(huán)境中完全可以作為固體潤(rùn)滑劑使用。銀同高溫超導(dǎo)體YBa2C山07-s(Y123)復(fù)合成固體自潤(rùn)滑材料，在摩擦過(guò)程中，YBa2Cu307-5(Y123)支承負(fù)荷，金屬銀在對(duì)偶的摩擦作用下在表面上形成一層固體潤(rùn)滑膜，使摩擦副不直接接觸，達(dá)到減摩耐磨的潤(rùn)滑效果。銀添加高溫超導(dǎo)釔鋇銅氧固體自潤(rùn)滑復(fù)合材料具有自潤(rùn)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(rùn)滑材料。具體實(shí)施方式將YA、BaC03、CuO粉末按Y:Ba:Cu-l:2:3的原子摩爾比分別稱量配比,研磨后高溫?zé)Y(jié)，燒結(jié)溫度是905'C，燒結(jié)時(shí)間20h,將燒結(jié)粉末研磨后，再進(jìn)行第二階段的燒結(jié)，燒結(jié)溫度是910'C,燒結(jié)時(shí)間30h,反應(yīng)生成YBa2Cu307—6(Y123)相黑色粉末；銀是以金屬銀粉的形式添加到高溫超導(dǎo)YBa2Cu3(Vs(Y123)粉末中，添加量為5-25wt%,研磨后壓樣成型，經(jīng)920'C、2h燒結(jié)后，再經(jīng)450'C30h吸氧處理，便可制成銀添加高溫超導(dǎo)釔鋇銅氧固體自潤(rùn)滑復(fù)合材料。結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。實(shí)施例1室溫表l<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>摩擦學(xué)性能試驗(yàn)是在CETRUMT-2Multi-SpecimenTestSystem實(shí)驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行的，測(cè)試條件為大氣環(huán)境，室溫，載荷0.493.43N,滑行速度1.2565.024m/min，對(duì)偶件為09.5mm的440_C不銹鋼鋼球，HRC62。由表1可以看出，Ag能顯著降低復(fù)合材料的摩擦系數(shù)(由原來(lái)的0.66左右降低到0.11左右)，Ag添加量為10呢時(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)比較穩(wěn)定，基本不隨滑行速度和載荷的變化而變化。實(shí)施例2將丫203、BaC03、CuO粉末按Y:Ba:Cu-l:2:3的原子摩爾比分別稱量配比，研磨后髙溫?zé)Y(jié)，燒結(jié)溫度是91(TC，燒結(jié)時(shí)間16h，將燒結(jié)粉末研磨后，再進(jìn)行第二階段的燒結(jié)，燒結(jié)溫度是92(TC，燒結(jié)時(shí)間17h，反應(yīng)生成YBa2Cu307-s(Y123)相黑色粉末銀是以金屬銀粉的形式添加到高溫超導(dǎo)YBa2Cu307-s(Y123)粉末中，添加量為5_25wt%,研磨后壓樣成型，經(jīng)920'C、2h燒結(jié)后，再經(jīng)490'C25h吸氧處理，便可制成銀添加高溫超導(dǎo)釔鋇銅氧固體自潤(rùn)滑復(fù)合材料。室溫500。C，載荷O.98N,滑行速度2.512m/min表2<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>由表2可以看出，Y123的摩擦系數(shù)隨溫度上升急劇下降，添加金屬Ag后，復(fù)合材料摩擦系數(shù)受溫度影響的程度降低。當(dāng)Ag含量超過(guò)15%以后，摩擦系數(shù)保持在0.2以下，300'C時(shí)摩擦系數(shù)最低，f=0.06。實(shí)施例3將Y203、BaC03、CuO粉末按Y:Ba:Cu=l:2:3的原子摩爾比分別稱量配比，研磨后高溫?zé)Y(jié)，燒結(jié)溫度是90(TC,燒結(jié)時(shí)間28h，將燒結(jié)粉末研磨后，再進(jìn)行第二階段的燒結(jié)，燒結(jié)溫度是920'C，燒結(jié)時(shí)間18h，反應(yīng)生成YBa2Cu307—6(Y123)相黑色粉末；銀是以金屬銀粉的形式添加到高溫超導(dǎo)YBa2C山0w(Y123)粉末中，添加量為5_25wt%,研磨后壓樣成型，經(jīng)920'C、2h燒結(jié)后，再經(jīng)470'C28h吸氧處理，便可制成銀添加高溫超導(dǎo)釔鋇銅氧固體自潤(rùn)滑復(fù)合材料。低溫77K液氮溫度，載荷1216N,滑行速度1.574m/min樣品編號(hào)Y123含量wt.%Ag含且里wt.%不同載荷(N)下的摩擦系數(shù)<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(guó)科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所研制)上進(jìn)行的，測(cè)試條件為真空環(huán)境,77K,載荷12~16N,滑行速度1.574m/min，對(duì)偶件為0>9.5mm的440—C不銹鋼鋼球，HRC62。Ag含量525wt.。/。樣品摩擦系數(shù)隨載荷上升而下降，全部在0.080.2之間。測(cè)試結(jié)果表明，本發(fā)明金屬銀添加高溫超導(dǎo)YBa2Cu30w(Y123)固體自潤(rùn)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(rùn)滑作用。權(quán)利要求1、一種金屬銀Ag添加高溫超導(dǎo)YBa2Cu307-s材料在減摩耐磨和潤(rùn)滑方面的用途。2、上述金屬銀Ag添加高溫超導(dǎo)YBa2Cu3(Vs材料的制備方法，其特征在于將YA、BaC03、CuO粉末按Y:Ba:Cu=l:2:3的原子摩爾比分別稱量配比，研磨后高溫?zé)Y(jié)，燒結(jié)溫度是90091(TC，燒結(jié)時(shí)間1530h,將燒結(jié)粉末研磨后，再進(jìn)行第二階段的燒結(jié)，燒結(jié)溫度是910920'C，燒結(jié)時(shí)間1530h，反應(yīng)生成YBa2Cu307-6(Y123)相黑色粉末；銀是以金屬銀粉的形式添加到高溫超導(dǎo)YBa2Cu307—s(Y123)粉末中，添加量為5-25wt%，研磨后壓樣成型，經(jīng)920。C、2h燒結(jié)后，再經(jīng)45050(TC24h以上吸氧處理，便可制成銀添加高溫超導(dǎo)釔鋇銅氧固體自潤(rùn)滑復(fù)合材料。全文摘要一種高溫超導(dǎo)材料在減摩耐磨和潤(rùn)滑方面的用途，涉及高溫超導(dǎo)材料，將Y₂O₃、BaCO₃、CuO粉末按Y∶Ba∶Cu＝1∶2∶3的原子摩爾比分別稱量配比，研磨后高溫?zé)Y(jié)，燒結(jié)溫度是900～910℃，燒結(jié)時(shí)間15～30h，將燒結(jié)粉末研磨后，再進(jìn)行第二階段的燒結(jié)，燒結(jié)溫度是910～920℃，燒結(jié)時(shí)間15～30h，反應(yīng)生成YBa₂Cu₃O_7-δ(Y123)相黑色粉末；銀是以金屬銀粉的形式添加到高溫超導(dǎo)YBa₂Cu₃O_7-δ(Y123)粉末中，添加量為5-25wt％，研磨后壓樣成型，經(jīng)920℃、2h燒結(jié)后，再經(jīng)450～500℃24h以上吸氧處理，便可制成銀添加高溫超導(dǎo)釔鋇銅氧固體自潤(rùn)滑復(fù)合材料。本發(fā)明具有優(yōu)良超導(dǎo)性能、機(jī)械性能和摩擦學(xué)性能。文檔編號(hào)H01B12/00GK101121605SQ20071002488公開(kāi)日2008年2月13日申請(qǐng)日期2007年7月5日優(yōu)先權(quán)日2007年7月5日發(fā)明者丁巧黨,劉玉華,義彭,李長(zhǎng)生,王旻璐,董麗榮申請(qǐng)人:江蘇大學(xué)