Controllable wear behaviors of silicon nitride sliding against sintered polycrystalline diamond via altering humidity

材料科学 氮化硅 相对湿度 微晶 X射线光电子能谱 钻石 氮化物 摩擦学 湿度 复合材料 分析化学(期刊) 化学工程 冶金 化学 有机化学 图层(电子) 工程类 物理 热力学
作者
Wenbo Qin,Wen Yue,Chengbiao Wang
出处
期刊:Journal of the American Ceramic Society [Wiley]
卷期号:101 (6): 2506-2515 被引量:20
标识
DOI:10.1111/jace.15421
摘要

Abstract The tribological behaviors of silicon nitride (Si 3 N 4 ) sliding against sintered polycrystalline diamond (PCD) were investigated by varying the relative humidity (RH) in the testing atmosphere. The results indicated that higher RH corresponds to higher wear loss of Si 3 N 4 and the wear loss of PCD almost fell close to zero. Especially in the case of 85% RH, both a maximum wear loss of Si 3 N 4 and a maximum friction coefficient were achieved. In addition, this study revealed insights into the interface chemistry effects on the wear behavior of Si 3 N 4 under humidity. When water molecules were introduced into the testing atmosphere, the hydrolysis reaction occurred on the Si 3 N 4 surface with the formation of the Si‐O‐Si bond across the sliding interface. And then, the hydration reaction dominated the process, during which Si‐OH was formed through the bond fracture of the Si‐O‐Si. The X‐ray photoelectron spectroscopy results showed that the ratios of Si‐OH/Si‐O and Si‐N/Si‐OH+Si‐O bonds increased as the relative RH levels increased. As a consequence, the wear loss of Si 3 N 4 significantly increased. Thus, due to the hydrolysis and hydration reactions, the tribological behaviors of Si 3 N 4 against sintered polycrystalline diamond can be essentially controlled via varying RH levels.
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