在航空航天等高端装备不断向更高温、更苛刻工况发展的背景下，极端高温润滑已成为摩擦学领域亟待突破的重要挑战。

近日，中国科学院兰州化学物理研究所润滑材料全国重点实验室高温摩擦学课题组在超硬陶瓷材料高温润滑领域取得重要进展。研究团队发现，AlMgB₁₄陶瓷在900 ℃以上的极端高温下，可通过原位形成环境自适应液态润滑膜，实现极低摩擦（摩擦系数低至0.09）与近零磨损。

陶瓷材料因具有优异的高温强度与化学稳定性，被广泛视为极端高温（>900 ℃）应用的理想候选材料。然而，传统陶瓷在高温下润滑性能严重不足，长期制约其在先进摩擦学系统中的应用。现有改进策略主要依赖复配固体润滑剂，但这往往导致材料强度急剧下降，而润滑耐磨性又有限。

针对这一难题，研究团队提出原位构筑高温液态润滑层的创新思路。研究首次发现，高硬度、高硼含量的AlMgB₁₄陶瓷在900 ℃以上（空气和真空环境）展现出类液态润滑的低摩擦特性——摩擦系数低至0.09，磨损可忽略不计。这一突破性的性能源于摩擦过程中形成的共演化双层结构，上层为低剪切强度的液态润滑层（在有限真空条件下部分氧化），实现极低摩擦；下层为高硬度承载层，维持界面稳定性。

研究团队系统揭示了AlMgB₁₄陶瓷在大气环境下的高温润滑机理。温度在900 ℃及以上，摩擦表面原位生成致密摩擦膜。TEM-EDS分析表明，该摩擦膜呈现独特的双层梯度结构，上层主要由低熔点（514 ℃）的B₂O₃构成，在高温下呈熔融态，提供有效的液态润滑；下层由高硬度的Al₂O₃和MgO构成致密承载层，既支撑上层液态膜，又与液态B₂O₃膜共同抑制基体的进一步氧化。这种“上液下载”的协同结构，使AlMgB₁₄陶瓷在900 ℃以上同时实现极低摩擦与近零磨损。

在真空环境（~5 Pa）下，AlMgB14陶瓷同样展现出优异的高温自润滑性能。当温度达到700 ℃及以上时，摩擦系数降至0.28以下，900 ℃时低至0.18，磨损近乎为零。摩擦系数比大气下偏高的原因可能为真空度有限部分液态膜被氧化。机理研究表明，在高温和摩擦剪切力驱动下，Al、Mg元素从基体向摩擦表面扩散迁移，原位形成以金属Al、Mg及其合金为主的液态润滑膜。由于Al、Mg（及其合金）具有低的熔点，该金属膜在高温下能够展现良好的润滑性，起到与大气下的B₂O₃液态润滑异曲同工的作用。

研究团队发现，AlMgB₁₄陶瓷在大气和真空中形成的摩擦层具有两个共性特征，原位生成且与基体牢固结合；双层结构（表层液态润滑膜+亚表层高硬度支撑过渡层）。其中，亚表层的高硬度支撑作用是实现优异摩擦学性能的关键之一，若缺乏致密光滑的承载基础，润滑膜便无所依附。该项研究能够为高温自润滑材料的设计提供了重要理论指导。

与Al₂O₃、SiC、Si₃N₄、ZrO₂等常见陶瓷在600-1000 ℃范围内摩擦系数高于0.40、磨损率高于10^-5 mm³·N^-1·m^-1量级的性能相比，AlMgB₁₄陶瓷在700 ℃以上展现出显著优越的摩擦学性能。尤其在900 ℃以上，0.09的极低摩擦系数与近零磨损比已有报道材料的摩擦系数磨损率综合性能显著优异。

图1. AlMgB₁₄在大气及真空环境中的摩擦学性能及液态润滑机理

相关成果以“Remarkable Tribological Properties of AlMgB₁₄ Ceramic at Extreme Temperatures Enabled by In-situ Formed Environmentally Adaptive Liquid Lubricating Films”为题，发表于国际期刊Advanced Functional Materials（2026,36:e77611）。陈娇博士为论文第一作者，杨军研究员为通讯作者。

该研究为极端环境高性能润滑耐磨陶瓷材料的设计提供了新策略与理论依据，有望为航空航天等极端高温机械装备的润滑技术革新开辟新途径。

该研究工作得到了国家自然科学基金、甘肃省科技重大专项、中国科学院青年创新促进会等项目的资助。