通常糊口中，咱们时常会听到百般机械传来的吱呀吱呀的音响，比方电电扇用久了就会很吵。这是由于机械中的零件用太久磨损了，凡是情形下，往个中滴入少少润滑油就能大大改良这种情形。

　　本来不只是电电扇，正在其它大型呆板修造，如汽车、火车、飞机以至是火箭和空间探测器等，都有少少零件处于高速运转中。特别是这些部件正在几百度以至上千度的高温境况中职业时，摩擦和磨损就变得愈加紧要，以至会卒然卡住或者断裂，给全盘修造带来浩瀚的和平危险。

　　那么，有没有一种资料，不单能继承至极高温，还能正在摩擦中变得更强，以至“越磨越新”？固然听起来很难以想象，但这并非不的确践的幻思，中邦的科学家就做到了这一点。

　　要让资料正在高温下既坚硬又禁止易断裂，靠的不是“运气”，而是从原子早先的组织打算！

　　正在资料科学中，有一种叫做粉末冶金的手腕，简陋来说即是把百般金属或非金属的微小粉末搀杂正在一齐，然后正在高温高压下“烧结”成型。科学家把钛(Ti)、钼(Mo)、硅(Si)、硼(B)四种元素的超细粉末遵从特定比例倒入模具，正在高温高压下烧制出正在原子标准上紧密堆叠的陶瓷，简陋来说，就像是修制千层酥相似。这种陶瓷内部组织的分列格式使其不只强度高、硬度大，还能正在室温到 1000℃ 的高温境况中牢固职业，不轻松变形或断裂。

　　更奇妙的是，这种陶瓷资料还能遵循温度转化自愿“安排战术”来顽抗断裂：正在低温时，原子层之间的团结相对较弱，这让裂纹正在资料内部拐来拐去“走迷宫”，因此不易急迅扩展；但正在高温下，因为资料内部的晶粒是随机散布，况且正在加热时，晶粒每个宗旨的膨胀水平不相似。跟着温度升高，为了适当这种转化，晶粒之间会正在畛域处发作应力，使畛域变得更容易开裂。这会让资料正在高温下从晶粒之间断裂，而非从晶粒内部断裂，这种格式能提升资料正在高温境况下招架阻挠的技能。

　　低温 400℃ 下穿晶断裂（a）和高温 800℃ 下沿晶断裂（b）特色 图片来历：兰州化物理所

　　除了以上的坚硬和抗断裂除外，这种陶瓷另有自润滑的效用。所谓的自润滑指的是不依赖引入其他润滑剂，而通过资料本身特质竣工润滑效用。科学家正在区别温度下均对它做了摩擦实行，发明从室温平素到 1000℃，它正在与金属资料接触摩擦时发挥出万分好的高温润滑和耐磨功效。

　　它之因此具有自润滑个性，是由于正在高温摩擦的流程中，资料的皮相会爆发一种叫做“摩擦化学响应”的形象，也即是边摩边爆发化学转化。这个流程中会天生两种环节物质：MoO₃，它的组织像一层一层的纸片，具有优异的润滑职能，就像抹上了一层自然润滑剂；另一种是 TiO₂，因其组织中存正在少少“氧空地”，也即是短少少少氧原子，它会变成一种叫 Ti₄O₇ 的物质，况且皮相原子排布也会爆发转化。这些空地能删除皮相之间的阻力，让资料滑得更顺畅，也禁止易磨损。

　　更厉害的是，这种陶瓷正在摩擦后，皮相还会被这些氧化物遮盖，变成一层“维护膜”。也即是说这种陶瓷不单己方没怎样磨损，反而由于这层膜越积越厚，看起来越磨越众，展示了一种罕睹的形象，叫做“负磨损”。

　　这种陶瓷不只己方维护得很好，连与其对摩的金属也磨损得更少了，这种功效具体是正在高温境况下职业的呆板修造的福音！

　　1000℃ 下摩擦 30 min（a）和 1000℃ 下摩擦 180 min（b）后资料磨损皮相样式 图片来历：兰州化物所

　　此前，科学家们一经考试用陶瓷资料来竣工自润滑的功效。守旧手腕是往陶瓷中增添润滑剂，比方石墨、二硫化钼、氮化硼等。但这些润滑剂会阻挠陶瓷自己的组织完善性，况且这种资料的创制流程也较量庞大，加工起来很难做到精准左右。

　　科学家另辟门道，发领略 Ti₄MoSiB₂ 陶瓷，它是一种简单因素、同一组织的陶瓷，不需求卓殊增添润滑剂，就能正在高温下自我润滑。况且它可能通过一次高温烧结直接制成，工艺更简陋，组织更牢固。因其具备导电职能，还可能用电火花加工这种常用的手腕来切割，大大提升了加工出力。

　　·力学职能方面，它正在常温到 1000℃ 的广博温度局限内都能连结高强度和不易断裂的个性；

　　·摩擦职能方面，它正在和金属资料摩擦时，不只摩擦力小、磨损少，还能正在某些条款下竣工“负磨损”，比目前已知的大大批同类型资料都更卓绝。

　　可能说，它是目前似乎陶瓷资料中，分身强度、牢固性、耐磨性和润滑性的万能型选手。

　　恰是因为它的这些巨大职能，使其具备了万分宏壮的行使前景。比方正在航空唆使机中，少少环节部件需求正在上千度的高温下变换几何组织，这些零件不行变形、不行断裂、还得滑动圆活。Ti₄MoSiB₂ 陶瓷就万分适适用来修制这些高温滑动部件，还能用正在像高温轴承如许的至极境况修造中，助助全盘体系变得更牢固、更耐用。

　　更要紧的是，这项钻探显示了一种全新的资料打算思绪：不再把“强度”和“效用”分离增添，而是把它们统一正在统一种资料中。这种“组织-效用一体化”的思绪，不只为他日更众高职能资料的开拓指领略宗旨，也让咱们看到了资料科学正正在持续打破的畛域。

　　大概正在不久的改日，咱们会正在航空、航天，以至深空探测范畴，看到这种“越磨越强”的陶瓷阐述它的效力。

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