氮化硅陶瓷表面非常光潔，摩擦系數較小，摩擦系數隨著溫度和速度的變化不大，因此能保證機械器件的正常運轉，是氮化硅材料的一個顯著優點。氮化硅陶瓷開始相對磨動時其滑動摩擦系數達到1.0至1.6，經精密磨合后，摩擦系數就大大下降，保持在0.5以下。

氮化硅材料的潤滑性很好，由于其摩擦系數的特點，所以在一定程度上，氮化硅材料能自潤滑。其產生的原因主要是相對的滑動或者是壓力下，摩擦的表面物質能產生薄膜，這種薄膜為氣相，大大的降低了摩擦阻力，增強其潤滑性能。這種自增潤滑的性能與石墨、滑石的潤滑機理不同，大多數材料摩擦時間越長，摩擦系數大幅增長，氮化硅卻不一樣，它的摩擦阻力是隨著時間的加長而減小，在這一點上，氮化硅具有其他材料不可比擬的性能。

氮化硅陶瓷在不良的潤滑工況條件下（如貧油潤滑、無油干摩擦等），可以有效避免設備突發故障造成的損失。

圖 熱壓成型的氮化硅球工作了十年后 “變得圓滑了”

影響氮化硅陶瓷摩擦磨損性能的因素居多，部分相關研究如下：

不同的制品氣孔率

蘭州大學李波等研究了反應燒結和常壓燒結兩種氮化硅制品的摩擦磨損特性，其中反應燒結氮化硅氣孔率22.7%，常壓燒結氮化硅氣孔率1.7%，反應燒結氮化硅氣孔多更易發生表面化學變化，常壓燒結氮化硅力學性能顯然優于反應燒結，而磨損性能與材料整體力學性能有關，因此常壓燒結氮化硅的耐磨性更好，研究表明，制品的氣孔率會影響氮化硅的摩擦磨損性能。

添加不同稀土氧化物

Hideki Hyuga等研究了添加不同稀土氧化物（Y₂O₃、Yb₂O₃、Lu₂O₃）的熱壓燒結氮化硅在干摩擦條件下的磨損性能，實驗表明低載荷下，較小陽離子半徑添加物（Lu³⁺、Yb³⁺）能導致更強的晶界連接強度和更高的耐溫性，導致耐磨性更強；在高載荷下，磨損以脆性斷裂為主，Lu₂O₃的添加能導致更強的晶界連接和更高程度的脆性破壞，進而導致磨損率增加。

配對摩擦副材料

J M Carrapichano研究了不同氮化硅不同配對副下的摩擦磨損性能，實驗結果見下表：

表 一定壓力和轉速下制品的摩擦、磨損系數

雖然Si₃N₄/WC摩擦副具有較小的摩擦系數（0.03），但WC硬質合金有兩個缺點：密度大和不耐酸腐蝕，在航空航天領域、核電領域密封的主要摩擦副材料是Si₃N₄/Si₃N₄。

與環境介質的關系

魏建軍研究了氮化硅在水和乙醇中的摩擦磨損性能，研究表明，Si₃N₄的摩擦系數和磨損體積隨潤滑環境的不同有如下順序：干摩擦>水潤滑>乙醇潤滑；宋寶玉研究了不同濕度氣氛中氮化硅陶瓷的摩擦性能，研究表明，對于空氣、氮氣和氬氣3種氣氛，干燥時氮化硅陶瓷的摩擦系數小而磨損量大，加濕時摩擦系數大而磨損小。

與溫度和載荷的關系

溫度和載荷是對陶瓷摩擦磨損性能影響最大的外部因素，不同的實驗方式及不同的載荷階段，磨損率隨載荷增加的程度通常也不同。Dong等繪制了氮化硅在不同溫度和載荷下的摩擦磨損特性：

圖 Si₃N₄在不同溫度和載荷下的摩擦磨損特性

由圖可以看到5個區和1個過渡區，結合相關測試表明，每個區的摩擦、磨損系數和控制機理都不一樣。

影響陶瓷材料摩擦磨損性能的因素較多，目前大多直接建立“環境-摩擦磨損性能”或“性能-摩擦磨損性能”研究，但實際過程中，環境和性能往往同時影響著摩擦磨損性能。

氮化硅陶瓷在高精尖領域的軸承、密封等方面的應用越來越廣泛，其摩擦磨損性能成為研究熱點之一，隨著氮化硅研究面的鋪展和摩擦磨損研究的深入進行，定將會給工程設計和應用帶來更多的指導與幫助。

參考資料：

[1].汪彩芬，徐俊，白彬等.氮化硅陶瓷摩擦磨損性能研究進展[J].材料導報，2013；

[2].王朔.Si₃N₄/SiC復合陶瓷材料的制備與性能研究[D].武漢科技大學，2012

粉體圈曦析 整理