1。3。3 陶瓷

陶瓷关节材料以其较高的强度，很好的耐磨性能以及耐腐蚀性能和化学特性较稳定而 被广泛的使用在人工关节置换手术应用等材料之中。尤其是近四五十年来的医疗置换领 域，目前使用的陶瓷材料主要包括惰性陶瓷(A12O3、ZrO2)等和活性陶瓷(羟基磷灰石以及生 物玻璃陶瓷等)。但是陶瓷的脆性一般比较大，所以很多时候他时的使用收到了限制。氧 化铝(A12O3)陶瓷以其优良的生物相容性、较好的抗腐蚀性能、以及较高的耐磨性能，是最 早期医用的陶瓷材料之一。后来人们研究发现了性能更加优异的陶瓷材料，而原来的氧化 铝陶瓷材料用于医疗的越来越少了，到 1999 年，在人体中植入的 Y-TZP 陶瓷关节头已

超过 30 万个，很可能会成为是未来人工髋关节股骨头假体的主流置换材料[24，25]。除此之

外，人们还在不断地探索研究与发现耐磨性能更好的陶瓷材料，如氮化硅(Si3N4)及碳化硅 (SiC)等[26]。

2 实验材料和实验方法

2。1 微动摩擦

2。1。1 微动的基本概念

微动是在两个相互作用的物体的接触表面上发生的极其微小的振动的运动。一般需要 有一个振动环境来配合引导其运动的发生。由于微动的作用，两个相互摩擦的零件表面之 间发生摩擦作用会产生一定的磨损，由于摩擦磨损可能会导致材料表面的尺寸结构的微小 变化，甚至会引起系统的微小松动等现象的发生。一般来说，我们对于微动的研究有微动 磨损、微动腐蚀、微动疲劳。微动磨损是指由于外界的振动所引起的在两个物体接触表面 发生微小的相对位移的运动磨损形式。微动疲劳是指在外界的变化的疲劳应力作用下而引 起的接触表面的运动形式。微动腐蚀是指在有一些溶液介质作用的情况下，这些溶液介质 会有一定的腐蚀作用，这种环境下的微小运动形式。

2。1。2 微动的运动模式

在实际的工作和研究中，为了简化复杂的运动形式，我们会把微动的运动现象简单的 用一些易懂的物理运动模式来代替，这样易于工作的进展和实验的研究。这里我们主要是 把微动简化为球-平面接触模型。当然这种物体之间的接触相对运动形式也会有所不同，一 般可分为四类[27]，我们这里不做具体介绍。

图 2-1 球-平面接触相对运动形式的示意图

2。1。3 微动的主要影响因素

影响微动摩擦磨损的因素很多，这些因素之间相互作用相互影响，混合在一起之后就

会对微动现象造成一个综合的影响，也就是说，我们在考虑影响微动的因素的时候要综合 考虑各个可能造成这种影响的原因 [28,29]。接下来我们就介绍一下各种会对微动摩擦磨损造 成影响的因素。

时间：试验时间的影响实质上指的就是微动摩擦磨损实验时材料的损伤过程。在实验 振幅一定、试验频率一定、实验载荷力一定的时候，微动摩擦磨损率是相对恒定的，而此 时摩擦磨损的量和微动摩擦磨损时间在一定程度上是成线性的关系。但是，由于实验时间 的不断增加，摩擦磨损实验的材料损伤也在不断地累积。一般来说，在实验一开始的一段 时间内，这个时间段的摩擦磨损率会增加的很快速，称之为跑合阶段。实际上，在这个时 间段黏着和磨屑在不断地的产生和变多。时间对微动的影响表现为损伤累积的过程。当振 幅、频率、负载为固定值时，磨损量的大小与时间成线性关系。文献综述

载荷：我们这里实验所说的载荷是指既有不变的法向加载力还有来自其他方向的变化 的力。如果我们在实验过程中加大了实验的法向加载力，那么随之而来带来的改变是两个 构件接触面之间的弹性变形也会随之增大。然后同时在微动摩擦过程中的相对滑移量会变 小；而且当应力在不断变化作用于构件的条件下，会更加的容易由于疲劳而产生裂纹。