Three-Dimensional-Printed Biomimetic Structural Ceramics with Excellent Tribological Properties

材料科学 陶瓷 摩擦学 润滑 复合材料 润滑油 溅射沉积 溅射 纳米技术 薄膜
作者
Zhaozhi Wang,Yajie Liu,Biao Jiang,Zhiyuan Xin,Zhibin Jiao
出处
期刊:Materials [MDPI AG]
卷期号:18 (6): 1376-1376
标识
DOI:10.3390/ma18061376
摘要

Inspired by the ventral scale structure of the oriental sand boa, this study successfully fabricated multiscale bioinspired alumina (Al2O3) ceramics by combining the excellent mechanical properties, high-temperature resistance, and high hardness of ceramic composites with direct ink writing (DIW) 3D printing technology and femtosecond laser processing. A MoS2 thin film was then deposited on the ceramic surface via radio frequency magnetron sputtering (PVD) to systematically investigate the impact of bioinspired structures on the tribological properties of ceramic composites under both dry and lubricated conditions. Experimental results demonstrated that bioinspired structures at different scales exhibited significant friction-reducing and wear-resistant characteristics compared to blank structures. Specifically, under room-temperature conditions, the friction coefficients of bioinspired ceramic composites with solid lubricants and oil lubrication were 0.3 and 0.148, respectively, indicating excellent tribological performance. These findings confirm the synergistic lubrication effect between bioinspired structures, two-dimensional solid lubricants, and lubricating oil, which significantly enhanced the friction-reducing and wear-resistant properties of ceramic components. Therefore, the synergistic design of multiscale bioinspired structures and solid lubricants provides an innovative strategy for the advanced application of ceramic components.
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