摘要
氮化硅作为综合性能最优异的工程陶瓷材料，具有高耐磨、自润滑、高刚度、低热膨胀等特点，被越来越广泛地应用于高性能摩擦副的制造。表面织构因其优异的抗磨减摩特性，已在轴承、密封等部件成功应用。在面接触条件下，表面织构能够有效降低摩擦副的摩擦和磨损；但是，在初始点接触条件下，金属配副的实验结果发现表面织构引起的应力集中会增大磨损，而对于陶瓷材料的研究有待深入。本文针对氮化硅陶瓷材料，开展氮化硅表面织构激光加工机理及其初始点接触下摩擦学特性研究。具体研究内容如下： 基于陶瓷材料激光烧蚀阈值理论，构建了激光加工参数与织构形貌尺寸之间的映射关系。通过对激光加工的陶瓷表面凹坑织构进行数据分析，探明了激光加工参数（激光功率和加工次数）对不同陶瓷表面织构的影响规律，进而基于材料激光烧蚀阈值计算方法建立了陶瓷表面织构参数解析模型，实现了陶瓷表面凹坑织构的精确定量加工，为陶瓷激光织构工艺优化提供理论依据。 针对水润滑机床主轴中自配副氮化硅轴承的高承载能力需求，研究了氮化硅球/织构化氮化硅盘摩擦副的摩擦学特性。结果表明，表面织构能够显著降低磨损、提高承载能力，特别是双尺寸复合织构在特定工况下使氮化硅球磨损降低93%、承载能力提升244%；同时发现表面织构使磨合后摩擦系数升高，但仍处于超滑状态（摩擦系数低于0.01）。 针对油润滑航空液压泵中高温轴承钢/氮化硅摩擦副的抗磨减摩需求，研究了高温轴承钢球/织构化氮化硅盘摩擦副的摩擦学特性。结果表明，特定的表面织构参数能够使摩擦系数降低25%、使轴承钢球磨损降低65%，但如果织构参数不合适反而会增大摩擦和磨损。 以上研究可为陶瓷摩擦副的激光表面织构化提供理论支撑，对提升水润滑机床主轴及油润滑航空泵陶瓷轴承性能也具有重要参考价值。
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