近日，一種高韌性高潤滑氮化硅陶瓷冰刀制備方法（專利號202110924895.8）發明專利的公開。該專利是由石家莊鐵道大學張光磊教授主持的“高強高潤滑氮化硅基陶瓷冰刀（輪）的設計與制備技術研究”的重要成果之一，為滑冰及輪滑運動核心裝備的研發奠定了理論和材料基礎。

當前世界范圍內所實際使用的冰刀以全金屬材料或采用金屬和其他材料復合為主，在滑行中，保持刀刃的鋒利程度，是防止冰刀滑脫保持有效蹬冰力量的基本因素，對于長距離滑行，由于磨損增加，將會導致刀刃明顯變鈍，運動員有效的傾斜支撐能力下降，從而使有效蹬冰力量降低，影響運動成績，這就要求金屬刀刃必須一用一磨，在這一方面，陶瓷材料明顯優于金屬材料。氮化硅陶瓷是結構陶瓷家族中綜合性能最為優良的一類材料，被認為是最具有發展應用前景的高溫結構陶瓷材料之一，具有較高的抗彎強度以及斷裂韌性，并且具有較好的耐磨損性和一定的自潤滑能力，已被廣泛應用在刀具、軸承等領域。

氮化硅陶瓷冰刀（輪）的樣品

這項研究主要是理論模擬與試驗相結合，沿著“成分-結構-性能-應用”的路徑，進行關鍵材料的開發，突破性能指標。首先采用第一性原理計算方法進行氮化硅基復合陶瓷的成分與原子結構設計，通過添加石墨烯和玻璃相的調控，對陶瓷脆性和強度進行改性研究，確定了最佳配方；然后采用放電等離子燒結和熱等靜壓燒結等工藝，實現了高強韌氮化硅陶瓷的可控制備，樣品的斷裂韌性超過了10 MPa·m1/2，抗彎強度超過了1000MPa；最后利用數值模擬技術構建物理模型，對不同形狀的冰刀在服役狀態下的受力和摩擦磨損行為進行仿真計算與模擬分析，以氮化硅陶瓷替代金屬合金，既減輕了重量，又大幅度提高了耐磨性，從而開發了一種高強高潤滑氮化硅基陶瓷冰刀（輪），為運動員冰雪裝備的升級提供了新的路徑，為我國先進陶瓷行業開拓了新的領域，對提高運動員成績，以及推廣全民滑冰運動有極大的促進作用。

張光磊教授長期從事先進陶瓷材料的制備與應用研究，主要研究方向是高性能陶瓷材料和絕熱節能材料等，先后主持科研和教研項目15項，發表論文70余篇，出版教材和專著7部，授權發明專利13項，獲得河北省優秀教學成果三等獎1項、石家莊市科學技術進步二等獎2項。目前擔任石家莊鐵道大學材料科學與工程學院副院長，超材料與微器件河北省工程研究中心主任，兼任石家莊市政府智庫顧問專家，河北建筑裝飾業協會幕墻專委會副主任，河北省土木建筑學會建筑節能與綠色建筑學術委員會委員等。

粉體圈 整理

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