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(fā)明專利的公開。該專利是由石家莊鐵道大學(xué)張光磊教授主持的“高強(qiáng)高潤滑氮化硅基陶瓷冰刀（輪）的設(shè)計(jì)與制備技術(shù)研究”的重要成果之一，為滑冰及輪滑運(yùn)動核心裝備的研發(fā)奠定了理論和材料基礎(chǔ)。

當(dāng)前世界范圍內(nèi)所實(shí)際使用的冰刀以全金屬材料或采用金屬和其他材料復(fù)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(dǎo)致刀刃明顯變鈍，運(yùn)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(yùn)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(yōu)于金屬材料。氮化硅陶瓷是結(jié)構(gòu)陶瓷家族中綜合性能最為優(yōu)良的一類材料，被認(rèn)為是最具有發(fā)展應(yīng)用前景的高溫結(jié)構(gòu)陶瓷材料之一，具有較高的抗彎強(qiáng)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(yīng)用在刀具、軸承等領(lǐng)域。

氮化硅陶瓷冰刀（輪）的樣品

這項(xiàng)研究主要是理論模擬與試驗(yàn)相結(jié)合，沿著“成分-結(jié)構(gòu)-性能-應(yīng)用”的路徑，進(jìn)行關(guān)鍵材料的開發(fā)，突破性能指標(biāo)。首先采用第一性原理計(jì)算方法進(jìn)行氮化硅基復(fù)合陶瓷的成分與原子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，通過添加石墨烯和玻璃相的調(diào)控，對陶瓷脆性和強(qiáng)度進(jìn)行改性研究，確定了最佳配方；然后采用放電等離子燒結(jié)和熱等靜壓燒結(jié)等工藝，實(shí)現(xiàn)了高強(qiáng)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(qiáng)度超過了1000MPa；最后利用數(shù)值模擬技術(shù)構(gòu)建物理模型，對不同形狀的冰刀在服役狀態(tài)下的受力和摩擦磨損行為進(jìn)行仿真計(jì)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(fā)了一種高強(qiáng)高潤滑氮化硅基陶瓷冰刀（輪），為運(yùn)動員冰雪裝備的升級提供了新的路徑，為我國先進(jìn)陶瓷行業(yè)開拓了新的領(lǐng)域，對提高運(yùn)動員成績，以及推廣全民滑冰運(yùn)動有極大的促進(jìn)作用。

張光磊教授長期從事先進(jìn)陶瓷材料的制備與應(yīng)用研究，主要研究方向是高性能陶瓷材料和絕熱節(jié)能材料等，先后主持科研和教研項(xiàng)目15項(xiàng)，發(fā)表論文70余篇，出版教材和專著7部，授權(quán)發(fā)明專利13項(xiàng)，獲得河北省優(yōu)秀教學(xué)成果三等獎1項(xiàng)、石家莊市科學(xué)技術(shù)進(jìn)步二等獎2項(xiàng)。目前擔(dān)任石家莊鐵道大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)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(yè)協(xié)會幕墻專委會副主任，河北省土木建筑學(xué)會建筑節(jié)能與綠色建筑學(xué)術(shù)委員會委員等。

粉體圈 整理

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