二氧化锆在超滑体系中的应用

本发明涉及摩擦系统，具体是二氧化锆在超滑体系中的应用。

背景技术：

1、当前，地球正面临着诸多环境问题，在全球气候变暖的背景下，以低能耗、低污染为基础的“低碳经济”已成为全球热点。各国大力推进以高能效、低排放为核心的“低碳革命”，着力发展“低碳技术”，并对产业、能源、技术、贸易等政策进行重大调整，以抢占先机和产业制高点。低碳经济的争夺战，已在全球悄然打响。因此，在工业领域采用新理念、新技术、新方法提高能源利用效益，发展新兴工业，节能降耗，是实现经济发展与资源环境保护双赢的必然选择。摩擦学研究在满足这些先进技术发展的需求方面持续作出着重要贡献，例如，减少燃料消耗和温室气体排放，增加机器的耐用性等等。据测算，世界能源的30％-50％消耗于摩擦磨损，润滑不良造成的材料磨损占60％以上，而且50％以上的机械装备恶性事故大都源于润滑失效造成的过度磨损。采用先进润滑技术，是提高生产效率，降低能耗的最有效的方式之一，是实现低碳经济和社会可持续发展的重要环节。其中，新型润滑体系的设计和开发，一致都是学术界和工业界关注的热点问题，超滑现象尤为引人关注，设计并实现运动系统的超滑行为成为了一个非常重要的研究热点。

2、聚酰亚胺是20世纪50年代发展起来的一类耐热性较高的有机高分子材料，其长期使用的温度范围是-200～300℃，热分解温度高达 600℃，是迄今有机高分子聚合物中热稳定性最高的材料之一。作为高性能工程塑料，聚酰亚胺具有优异的力学性能、耐辐射性能、良好的摩擦学性能和加工性能，除了作为液晶取向剂材料以外，也常常作为工程材料被应用于高温、高压和高速等苛刻摩擦环境下。

3、二氧化锆是一种工业上有重要用途的陶瓷材料，化学式为zro2，是一种重要的且众多性能优异的金属氧化物，其熔点高达2680℃，常温抗压强度高达2100mpa。二氧化锆作为工业陶瓷材料具有导热系数、热膨胀系数及摩擦系数低，化学稳定性高，韧性高、耐磁绝缘、耐磨、耐腐蚀(尤其是抗化学侵蚀和微生物侵蚀)、耐高温、耐寒、抗弯强度好、自润滑、优异的隔热性及热膨胀系数接近于钢等特点，又是氧化物中唯一具有与钢及其他有马氏体相变的合金相似性的材料，适用于极端环境和特殊工作条件。二氧化锆作为特种陶瓷材料，可用于空间飞行器的滚珠轴承或喷气发动机、内燃机和汽轮机的推杆、连杆、轴承、气缸内衬和活塞帽等，也可以作为切削工具和磨削构件的材料使用。

4、尽管如此，二氧化锆直接用作自润滑耐磨材料使用依然存在摩擦较大，摩擦系数偏高的问题，能否实现二氧化锆材料的运行系统的超滑技术，依然具有重要的意义。

技术实现思路

1、针对上述现有技术的不足，本发明提供二氧化锆在超滑体系中的应用，能有效降低摩擦副间的摩擦，实现摩擦系数至0.001量级，发生超滑现象。

2、本发明提供的技术方案：二氧化锆在超滑体系中的应用，以液晶为润滑剂，二氧化锆和聚酰亚胺材料作为摩擦副，形成超滑体系。

3、进一步的，所述液晶为单分子液晶或混合液晶，所述单分子液晶为4’-戊基-联苯-4-腈(4'-pentyl-biphenyl-4-carbonitrile,5cb)，所述混合液晶选自联苯类化合物或二苯甲酯类化合物分别与苯基联苯乙炔类化合物或4-烃基,4-烷基环己烷-1-羧酸酯类化合物的组合，

4、所述联苯类化合物选自下式：

5、

6、其中，r1，r2，r3基团均选自烷基，烯基，炔基，烷氧基，h， f，cl，cf3，ocf3，cn中的任意一种或几种组合；

7、所述二苯甲酯类化合物选自下式：

8、

9、其中，r4，r5，r6，r7，r8，r9基团均选自烷基，烯基，炔基，烷氧基，h，f，cl，cf3，ocf3，cn中的任意一种或几种组合；

10、所述苯基联苯乙炔类化合物选自下式：

11、

12、其中，ra，rb，rc，rd基团均选自烷基，烯基，炔基，烷氧基， h，f，cl，cf3，ocf3，cn中的任意一种或几种组合；

13、所述4-烃基,4-烷基环己烷-1-羧酸酯类化合物选自下式：

14、

15、其中，re基团选自烷基，烯基，炔基，烷氧基，h，f，cl，cf3， ocf3，cn中的任意一种或几种组合；rf基团选自烷基，烯基，炔基，芳香基，烷氧基，h，f，cl，cf3，ocf3，cn中的任意一种或几种组合；

16、进一步的，所述r1，r2，r3，r4，r5，r6，r7，r8，r9，ra， rb，rc，rd，re，rf基团选自的烷基，烯基，炔基，烷氧基包括直链或支链的烷基，烯基，炔基，烷氧基；rf基团选自的芳香基为对位取代芳基；

17、进一步的，所述r1，r2，r3，r4，r5，r6，r7，r8，r9，ra， rb，rc，rd，re，rf基团选自的烷基，烯基，炔基，烷氧基中碳原子的数量为c1-c7。

18、进一步的，所述混合液晶中联苯类化合物或二苯甲酯类化合物占混合液晶质量百分比为50％-90％，余量为苯基联苯乙炔类化合物或 4-烃基,4-烷基环己烷-1-羧酸酯类化合物。

19、进一步的，所述的液晶作为二氧化锆和聚酰亚胺材料配副下的润滑剂的用途。

20、一种在液晶润滑下二氧化锆/聚酰亚胺配副的超滑系统，所述超滑系统是二氧化锆/聚酰亚胺作为摩擦副，所述的单分子液晶或混合液晶作为润滑剂。

21、进一步的，所述聚酰亚胺为pmda-oda型聚酰亚胺材料，由均苯四甲酸二酐(pyromellitic dianhydride，pmda)和4-4'-二氨基二苯醚 (4,4′-oxybisbenzenamine，oda)聚合而成。

22、本发明将提供二氧化锆和聚酰亚胺配副下液晶作为润滑剂的超滑系统，该系统以单分子液晶5cb或联苯类化合物或二苯甲酯类化合物作为主成分与苯基联苯乙炔类化合物或4-烃基,4-烷基环己烷-1- 羧酸酯类化合物作为辅助成分所配制的混合液晶作为润滑剂，二氧化锆和pmda-oda型聚酰亚胺材料配副，该运动系统的摩擦系数低至 0.001量级，实现稳定的超滑现象。

23、其中的混合液晶采用室温环境中液态或液晶态的联苯类化合物或二苯甲酯类化合物与室温环境中固态的苯基联苯乙炔类化合物或 4-烃基,4-烷基环己烷-1-羧酸酯类化合物配制而成，使用混合液晶作为润滑剂的目的是获得在合适的温度范围内液晶作为润滑剂得到所期摩擦学性能的关键。调配过程中必须积累每种液晶化合物的物理性能数据，逐渐发现摩擦性能与液晶物理性能的关系，因为每一种单分子液晶有其特征熔点，近晶相相变温度，向列相相变温度及清亮点，为了在较宽的温度范围发挥其作为液晶润滑剂的特有作用，很多情况下必须复配混合液晶作为合适的润滑剂，使其应用范围更加广泛。

1.二氧化锆在超滑体系中的应用，其特征在于：以液晶为润滑剂，二氧化锆和聚酰亚胺材料作为摩擦副，形成超滑体系。

2.根据权利要求1所述的二氧化锆在超滑体系中的应用，其特征在于：所述液晶为单分子液晶或混合液晶，所述单分子液晶为4’-戊基-联苯-4-腈，所述混合液晶选自联苯类化合物或二苯甲酯类化合物分别与苯基联苯乙炔类化合物或4-烃基,4-烷基环己烷-1-羧酸酯类化合物的组合，

3.根据权利要求2所述的二氧化锆在超滑体系中的应用，其特征在于，所述r1，r2，r3，r4，r5，r6，r7，r8，r9，ra，rb，rc，rd，re，rf基团选自的烷基，烯基，炔基，烷氧基包括直链或支链的烷基，烯基，炔基，烷氧基；rf基团选自的芳香基为对位取代芳基。

4.根据权利要求2所述的二氧化锆在超滑体系中的应用，其特征在于，所述r1，r2，r3，r4，r5，r6，r7，r8，r9，ra，rb，rc，rd，re，rf基团选自的烷基，烯基，炔基，烷氧基中碳原子的数量为c1-c7。

5.根据权利要求2所述的二氧化锆在超滑体系中的应用，其特征在于，所述混合液晶中联苯类化合物或二苯甲酯类化合物占混合液晶质量百分比为50％-90％，余量为苯基联苯乙炔类化合物或4-烃基,4-烷基环己烷-1-羧酸酯类化合物。

6.如权利要求1-5任一项所述的液晶作为二氧化锆和聚酰亚胺材料配副下的润滑剂的用途。

7.一种在液晶润滑下二氧化锆/聚酰亚胺配副的超滑系统，其特征在于：所述超滑系统是二氧化锆/聚酰亚胺作为摩擦副，权利要求2所述的单分子液晶或混合液晶作为润滑剂。

8.根据权利要求7所述的在液晶润滑下二氧化锆/聚酰亚胺配副的超滑系统，其特征在于：所述聚酰亚胺为pmda-oda型聚酰亚胺材料，由均苯四甲酸二酐和4-4'-二氨基二苯醚聚合而成。

9.根据权利要求2所述的二氧化锆在超滑体系中的应用，其特征在于：所述液晶为机械部件的润滑剂，二氧化锆和聚酰亚胺作为机械部件的配副材料。