周黎明，吴明霞，廖富强，熊 计，李延博，张智银

(1.成都大学机械工程学院，成都 610106；2.四川大学机械工程学院，成都 610065)

0 引 言

Ti(C,N)基金属陶瓷因具有高硬度、低密度及良好的化学稳定性和耐腐蚀性等优点[1-3]，在数控切削刀具、滑动轴承、密封环、喷嘴等耐磨零部件上得到广泛应用[4-5]。Ti(C,N)基金属陶瓷在润滑不良如因机械密封而无法添加润滑油、脂的环境中服役时，会发生严重的干摩擦磨损。研究[6]发现，在Ti(C,N)基金属陶瓷中添加固体润滑剂(如石墨)可以改善陶瓷的自润滑性能，但同时会降低其综合力学性能，这限制了该陶瓷的应用。

针对上述问题，功能梯度材料理念被应用于Ti(C,N)基金属陶瓷自润滑材料的设计与制备中。通过层铺-烧结方法制备得到的表面具有一定梯度结构(石墨的体积分数从表层到内部逐渐递减)的石墨/金属陶瓷自润滑复合材料，既具有优良的自润滑性能，又具有良好的力学性能。然而，研究[7]表明，由于各梯度层间的热膨胀系数等热物理性能不同，材料内部会出现复杂的应力分布状态，这会影响材料质量和使用寿命。因此，在设计金属陶瓷梯度自润滑复合材料时，要对其应力分布状态进行分析，其中有限元模拟是目前常采用的分析方法。XU等[8]采用有限元法对Al2O3/TiC/CaF2陶瓷刀具的残余应力进行模拟，得到了最优的组成分布指数。龚伟等[9]对LZAS微晶玻璃梯度涂层的应力分布进行了有限元分析，确定了最佳的组成分布指数。目前，有关石墨/Ti(C,N)基金属陶瓷梯度自润滑复合材料设计的研究较少。……