將固體(ti)潤(run)滑(hua)(hua)劑添加(jia)到金屬基(ji)體(ti)中，可(ke)以使其形(xing)成具有自(zi)潤(run)滑(hua)(hua)性能的(de)復合材(cai)料。固體(ti)潤(run)滑(hua)(hua)劑的(de)主要優點在于(yu)其使用(yong)溫(wen)度(du)超過潤(run)滑(hua)(hua)油的(de)使用(yong)范(fan)圍。目前(qian)，應用(yong)于(yu)金屬基(ji)自(zi)潤(run)滑(hua)(hua)材(cai)料中的(de)固體(ti)潤(run)滑(hua)(hua)劑主要有石墨和(he)一些陶瓷材(cai)料。

　　石(shi)墨顆(ke)粒(li)與金(jin)屬(shu)(shu)(shu)間潤(run)濕(shi)性(xing)較(jiao)差(cha)，采用普通的(de)(de)熔煉(lian)法和常(chang)規的(de)(de)粉末(mo)冶金(jin)方法，很難(nan)制(zhi)備(bei)組織(zhi)均勻(yun)、界(jie)面(mian)純凈(jing)，性(xing)能穩定(ding)的(de)(de)大塊石(shi)墨/金(jin)屬(shu)(shu)(shu)基自(zi)潤(run)滑(hua)復合材料，必須采用鍍(du)鎳鍍(du)銅等金(jin)屬(shu)(shu)(shu)化工藝將石(shi)墨改(gai)性(xing)或者(zhe)添加活性(xing)元素的(de)(de)方法，才能解決此(ci)問(wen)題，但這樣必然會導致制(zhi)備(bei)成(cheng)本升高(gao)。因此(ci)，制(zhi)備(bei)與金(jin)屬(shu)(shu)(shu)潤(run)濕(shi)性(xing)良好，界(jie)面(mian)結合純凈(jing)的(de)(de)固體潤(run)滑(hua)劑(ji)是開發高(gao)性(xing)能固體自(zi)潤(run)滑(hua)復合材料的(de)(de)關(guan)鍵。

　　近年來的(de)(de)(de)研(yan)究發(fa)現，某(mou)些三元過渡族(zu)金(jin)(jin)(jin)屬(shu)(shu)碳化(hua)物或氮化(hua)物有(you)(you)望成為(wei)(wei)比較(jiao)理想的(de)(de)(de)固體(ti)潤滑劑。這種化(hua)合物的(de)(de)(de)分子(zi)結構(gou)為(wei)(wei)M-A-X，其中M為(wei)(wei)過渡族(zu)金(jin)(jin)(jin)屬(shu)(shu)，A為(wei)(wei)ⅢA族(zu)或ⅣA族(zu)元素(su)，X為(wei)(wei)C或者N。M-A-X相系(xi)列材料具(ju)有(you)(you)和(he)(he)金(jin)(jin)(jin)屬(shu)(shu)一樣良(liang)(liang)好(hao)的(de)(de)(de)導電導熱性(xing)能(neng)(neng)(neng)(neng)，高(gao)(gao)硬度(du)，高(gao)(gao)彈性(xing)模(mo)量，高(gao)(gao)剪切模(mo)量，良(liang)(liang)好(hao)的(de)(de)(de)熱抗震性(xing)能(neng)(neng)(neng)(neng)和(he)(he)高(gao)(gao)溫可塑(su)性(xing)，能(neng)(neng)(neng)(neng)夠像金(jin)(jin)(jin)屬(shu)(shu)一樣進(jin)行加工，也具(ju)有(you)(you)和(he)(he)陶瓷一樣具(ju)有(you)(you)較(jiao)高(gao)(gao)的(de)(de)(de)屈服(fu)強度(du)，熔(rong)點，熱穩定性(xing)和(he)(he)良(liang)(liang)好(hao)的(de)(de)(de)抗氧(yang)化(hua)性(xing)能(neng)(neng)(neng)(neng)，同時具(ju)有(you)(you)較(jiao)低的(de)(de)(de)摩擦(ca)系(xi)數和(he)(he)優異的(de)(de)(de)自潤滑性(xing)能(neng)(neng)(neng)(neng)，良(liang)(liang)好(hao)的(de)(de)(de)抗震性(xing)能(neng)(neng)(neng)(neng)和(he)(he)抗氧(yang)化(hua)性(xing)等高(gao)(gao)溫結構(gou)性(xing)能(neng)(neng)(neng)(neng)等。

　　M-A-X相(xiang)/金屬基(ji)自潤滑(hua)復(fu)合材料在摩(mo)擦(ca)過程中，在摩(mo)擦(ca)面上形(xing)成一層由M-A-X相(xiang)和基(ji)體(ti)金屬氧化物組成的自生氧化層，該(gai)摩(mo)擦(ca)層具有填(tian)充(chong)(chong)，隔(ge)離和潤滑(hua)的作用(yong)，并減小摩(mo)擦(ca)系數和降低摩(mo)擦(ca)波動(dong)程度(du)。隨著(zhu)(zhu)摩(mo)擦(ca)磨(mo)損過程進行，摩(mo)擦(ca)層致密(mi)度(du)增加(jia)，其填(tian)充(chong)(chong)，隔(ge)離和潤滑(hua)作用(yong)會(hui)更加(jia)顯(xian)著(zhu)(zhu)；同時(shi)，致密(mi)的摩(mo)擦(ca)層能有效隔(ge)絕基(ji)體(ti)與空氣的接觸(chu)，顯(xian)著(zhu)(zhu)改善抗氧化性能。

　　Ti3SiC2是M-A-X相中(zhong)最典(dian)型的一(yi)種化合(he)(he)物。在(zai)Ti3SiC2晶(jing)格結(jie)構中(zhong)，Ti和(he)C之間為強共價鍵(jian)結(jie)合(he)(he)，Ti-Si鍵(jian)在(zai)平行于Si的區域內(nei)形成不定域電子，類(lei)似(si)金屬(shu)中(zhong)的自由(you)電子，使(shi)(shi)其(qi)(qi)具有(you)良好的導電性(xing)，Si原(yuan)子內(nei)部以及Si原(yuan)子和(he)Ti原(yuan)子之間為弱鍵(jian)結(jie)合(he)(he)，類(lei)似(si)于具有(you)層狀結(jie)構的石墨，使(shi)(shi)其(qi)(qi)具有(you)優異(yi)的自潤滑(hua)性(xing)能(neng)。由(you)于Ti3SiC2獨特(te)的晶(jing)格結(jie)構，使(shi)(shi)其(qi)(qi)作為固體潤滑(hua)劑在(zai)主要(yao)性(xing)能(neng)上(shang)遠遠超越(yue)傳統的陶瓷(ci)類(lei)固體潤滑(hua)劑。

　　石(shi)墨/金(jin)屬(shu)基復(fu)合材(cai)(cai)(cai)料摩(mo)(mo)擦(ca)層(ceng)上(shang)所形(xing)成的氧(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)膜(mo)，在(zai)(zai)長時(shi)間高(gao)速或高(gao)溫(wen)(wen)的摩(mo)(mo)擦(ca)環境下(xia)，氧(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)膜(mo)表面石(shi)墨會(hui)發生脫(tuo)落，形(xing)成凹坑，氧(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)膜(mo)遭到破壞，無法(fa)產生有(you)(you)效(xiao)(xiao)潤滑(hua)減摩(mo)(mo)作用(yong)，因(yin)此(ci)石(shi)墨/金(jin)屬(shu)基復(fu)合材(cai)(cai)(cai)料服(fu)役溫(wen)(wen)度偏(pian)低。與之相比，在(zai)(zai)高(gao)溫(wen)(wen)下(xia)Ti3SiC2與基體金(jin)屬(shu)結合界(jie)面會(hui)生成Ti2O、SiO2等，在(zai)(zai)摩(mo)(mo)擦(ca)層(ceng)形(xing)成致密(mi)氧(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)膜(mo)，不易脫(tuo)落，保證了氧(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)膜(mo)的連續性(xing)，起到有(you)(you)效(xiao)(xiao)的潤滑(hua)減摩(mo)(mo)作用(yong)，氧(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)膜(mo)還能(neng)夠起到阻斷(duan)空氣作用(yong)，使材(cai)(cai)(cai)料擁有(you)(you)極(ji)好的高(gao)溫(wen)(wen)抗氧(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)性(xing)能(neng)，因(yin)此(ci)，Ti3SiC2/金(jin)屬(shu)基復(fu)合材(cai)(cai)(cai)料在(zai)(zai)高(gao)溫(wen)(wen)和高(gao)速摩(mo)(mo)擦(ca)領(ling)域具有(you)(you)明顯的優勢。