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1、2 0 0 6 全国摩擦学学术会议纪念摩擦学4 0 周年 一? - ： ，邀请报告： ：乒， 己、一 关于我国摩擦学发展战略的初步思考 张嗣伟 ( 中国石油大学北京) 一、研究发展战略的重要性和必要性 从去年下半年以来，关于摩擦学前沿领域的 研究已先后在成都、青岛、天津和南京举行过多 次研讨会。最近，又出版了摩擦学发展前沿 一书，应当说，对摩擦学各个前沿领域的进展 已有较清楚的了解。但对我国摩擦学在总体上和 全局上发展战略尚缺乏共识。 随着全球资源、能源、环境问题的日益严峻， 美、英等国已开始重视摩擦学发展战略的研讨。 2 0 0 3 年，美国S T L E 的T e c h n i c a
2、lA g e n d a 项目立 项的目的就是要分析和确定可转化到摩擦学领域 的各种前沿工艺和技术领域。英国物理学会在 2 0 0 4 年的一次会议上专门对摩擦学研究面临的 挑战进行了研讨。今年6 月在美国召开的摩擦学 G o r d e n 会议的主题就是“科学与技术进步的机 遇”。 发展战略是指导全局发展的重大谋划( 方略) ， 研究我国摩擦学的发展战略应当成为我国摩擦学 界当前的重要任务。这不仅是由于经济全球化已 引起我国社会和经济发展环境发生了重大变化， 从而对我国机械装备的发展产生了深远的影响， 而且这也是我国摩擦学的现状所决定的。 据不完全统计，我国学者1 9 9 5 2 0 0
3、4 年在国际 上发表的论文数量在国际摩擦学界居第4 位【l 】， 可以算是一个摩擦学大国。但是，我国摩擦学界 还没有对我国国民经济和科学技术的发展做出过 重大贡献( 至今没有获国家三大奖的一等奖) ，在 国际上的地位和影响也不大( 至今还没有人被邀 请在重大的国际摩擦学会议上作大会特邀报告， 也没有人获得过国际摩擦学界的最高奖摩擦 学金奖) 。因此，为了正确把握我国摩擦学发展的 方向，明确战略目标和发展重点，以加速我国摩 擦学的发展，大幅度提升我国摩擦学在国内外的 地位，从总体上认真研究我国摩擦学的发展战略 具有重要的现实意义。 有人认为非军事性的“战略研究”是一种政治性 术语，其随意性太大，
4、缺乏科学性，不属于学术 性研究。然而，从哲学的观点来看，任何科学研 究的目的，从本质上说，都是认识客观规律，进 而在尊重客观规律的基础上，利用客观规律，为 人类社会谋福利。而摩擦学的战略研究，也就是 要从总体上认识并掌握摩擦学发展的客观规律， 进而从全局上提出相应的谋划( 方略) ，以利用并 驾驭这个客观规律，使它更好地为人类社会服务。 任何科学的战略都是来源于对事物的全体的、 本质的和规律性的认识。因此，要正确地制定我 国摩擦学的发展战略，首先就必须从总体上、本 质上认识并把握我国摩擦学发展的规律。 二、历史的回顾与启示 1 初创时期( 2 0 世纪6 0 年代中期到7 0 年代) 摩擦学的
5、创立适应了防止工业和国民经济产 生巨大经济损失的需要并顺应了学科自身发展的 客观规律。1 9 世纪8 0 年代到2 0 世纪6 0 年代初 期可看作是摩擦学的前科学时期( 孕育时期) 。 2 兴盛时期( 2 0 世纪8 0 年代初期) 由于1 0 年文革的影响，我国摩擦学的建立与 发展晚了十余年，但却几乎和美国同步进入摩擦 学发展的兴盛时期。 3 衰落时期( 2 0 世纪8 0 年代后期至今) 衰落的原因主要是摩擦学的研究和开发没有 更加注意实际应用和对社会的贡献，其次是由于 某些基础研究的难度大( 如磨损) 以及摩擦学研 究在很多情况下已不再是单一的、独立的研究活 动，而是属于更大范围的跨学
6、科活动的一部分。 我国摩擦学的发展没有出现像欧美发达国家 那样明显的起伏，而是稳步发展，研究水平不断 提高，这点可以从我国学者近2 0 年来出版的摩擦 学著作的种类( 译著、教材、编著和中英文专著) 和数量得到证实【l 】。但与上世纪8 0 年代相比， 研究人员与工业界的联系削弱了，在工业部门的 影响下降了，总体上的国际地位和影响没有明显 提高进入新世纪以来，N S F C 在摩擦学领域资 2 0 0 6 全国摩擦学学术会议纪念摩擦学4 0 周年 助的项目在机械学科( E 0 5 ) 资助项目总数的比 重逐年下降【l 】。 几点启示； 1 摩擦学的研究要适应技术与经济以及社 会的发展，加强摩擦
7、学研究成果向工业上转 移，以充分发挥应用摩擦学技术获取重大经 济与社会效益的作用。 2 要找到可充分发挥摩擦学多学科性和解 决跨学科问题的工作方式和方法。 3 要使公众重新认识摩擦学在经济与社会 中的重要作用。 三、摩擦学的最新进展与新的发展动 向 从近两年( 2 0 0 5 、2 0 0 6 ) 的国际会议上，可以 大体看到国际摩擦学的最新进展和发展动向。 1 生态环境摩擦学 ，生态环境摩擦学受到极大关注。美国S T L E 的 专家认为对环境和能源的考虑将是未来研究的主 要驱动力。仅今年在国际范围内召开的涉及生态， 环境摩擦学的国际会议就有3 次。( 在英国举行 的第三届环境设计中的摩擦学
8、国际会议，在奥地 利举行的代用燃料的摩擦学与生态润滑剂国际会 议，在波兰召开的关于摩擦学的能源和环境方面 的国际研讨会) 生态环境摩擦学最重要的任务就是节约能源 和减少对环境的负面影响，主要表现为：资源和 材料的节约；优化设计；优化运行；降低能耗： 环境保护。 值得注意的发展动向是生物生态润滑剂的 发展。其最新进展是： ( 1 ) 自行乳化的生物润滑剂( 美) 和符合新 的欧洲生态标记技术标准的新的环境友好添加剂 ( 英) ； ( 2 ) 金属切削液中的生物添加剂( 美) ，含植 物油的金属切削液( 瑞典) ，金属切削液环境( 冷 却液系统) 中悬浮于空气中的颗粒、微生物和内 毒素( e n
9、d o t o x i n ) 的研究( 美、德) ，以及切削 液对皮肤的适应性的研究( 德) 。 今年1 月在德国召开的第1 5 届国际摩擦学研 讨会上，宣读有关这方面的论文数( 包括2 篇大 会特邀报告) 占宣读论文总数的1 6 。特别值得 注意的是在大会4 篇特邀报告中竞有2 篇涉及此 领域在“汽车摩擦学”( 美，J A S p e a r o t ) 这篇 人会报告中指出汽车摩擦学正在受到经济性、环 1 2 境和安全性等方面的挑战。在“风动力装置摩擦学 方面”( 德，w J B a r t z ) 这篇大会报告中提到目 前世界上已有5 0 多个国家开发了风能，总装机功 率已达1 2 1
10、 7 5 M W 。 以上表明，摩擦学在节能、环保和可持续发展 中的地位和作用日益受到重视。显然，这是一个 十分值得注意的发展动向。 去年在美国召开的第三届世界摩擦学大会上 涉及到生态环境摩擦学的两个热点是： ( 1 ) 超滑 。 共有中、美、德、法、日等1 0 个国家的学者 宣读了1 6 篇论文，主要涉及超低摩擦和近零磨损 的碳膜( 美国阿贡国家实验室) ，银纳米膜和添加 C 6 0 的石墨膜( 日) 以及吸附单层膜( 美) 。此外， 还有研究加氢晶态碳超低摩擦的机理( 法) 和摩 擦的原子学说( 日) 。 ( 2 ) 表面结构( S u r f a c et e x t u r i n g
11、 ) 的设计与 制备 用激光或非晶态硅的晶化等方法进行润滑表 面( 边界润滑和气体润滑等) 微观或纳米尺度的 结构设计，使表面具有贮油和捕获磨屑的作用， 从而可大大改善表面的摩擦学性能。 2 生物人体摩擦学 ( 1 ) 人工关节的基础性研究 包括临床和实验室对人工髋节的磨损机理的 研究( 德) ，可修复的人工关节软骨的耐磨性研究 ( 瑞典) ，以及蛋白质和类脂化合物对U H M P E 磨损性能综合作用的研究( 日) 。 ( 2 ) 牙齿和颅面的摩擦学 用金属金属和丙烯酸金属配置的颞下颌关节 的关节成形术( 美) 。 ( 3 ) 人类皮肤摩擦学 人类皮肤摩擦机理( 法) 。 此外，美国还研究了
12、磁悬浮旋转血泵。 3 磁存贮摩擦学 ( 1 ) 浮动块的动力学以及超低飞行的浮动 块盘界面的弯月形粘附的研究( 美) ( 2 ) 控制飞行高度的纳米热致动器( 美) ( 3 ) 新的合成多功能全氟聚醚( P F P E ) 润滑 剂( 日) 4 纳米摩擦学 ( 1 ) M E M S 界面的纳米摩擦学( 美) ( 2 ) 纳米磨损图( 美) 和纳米微动磨损( 以 色列) ( 3 ) D L C 纳米复合材料涂层( 荚，海军研究 实验室) 和A u M o S 2 纳米复合材料膜 2 0 0 6 全国摩擦学学术会议纪念摩擦学4 0 周年 ( 美，宇航公司) ( 4 ) 制备润滑添加剂的纳米材料
13、包括无机类富勒烯纳米颗粒( W S 2 M o S 2 ) 碳纳米管。碳纳米管聚乙烯基吡咯 烷酮共聚物。 5 其它 ( 1 ) 地质摩擦学 研究岩石摩擦力和地震 破坏力之间的关系。 ( 2 ) 法国J M G e o r g e s 提出了摩擦学在考古 学中的应用( 历史文物的鉴定，鉴别古 代农业工具和工艺技术的类型) 。 此外，美国N I S T 的徐明炯在摩擦学前沿国际 研讨会( 2 0 0 5 ，5 8 2 9 ，日本，神户) 上所作的“摩 擦学研究的未来”这篇报告中，提出摩擦学的主要 挑战是能够设计出可达到预期寿命的自修复、自 保持的摩擦学系统和具有特定概率寿命的不用维 护的摩擦学系统
14、。 四、英国摩擦学研究现状 1 大学的摩擦学研究 英国有1 6 所大学从事摩擦学研究，其中有以 下一些值得注意的研究课题： ( 1 ) 主题研究( T h e m e dr e s e a r c h ) 摩托运动摩擦学，航天工程中的摩擦学，宝 石中的摩擦学，运动摩擦学，人工关节摩擦 学，分子摩擦学。 ( 2 ) 润滑科学 润滑膜的接触振动光谱学，用A F M 研究润 滑添加剂，抗磨膜的本质与形成动力学，形 成聚合物添加剂的边界膜的设计，润滑添加 剂的摩擦化学。 ( 3 ) 磨损原理 微观点蚀磨损，表面涂层的微尺度磨粒磨损 试验 ( 4 ) 状态监测 航空发动机正常状态监测，静电磨损检测。 (
15、 5 ) 表面工程 层状表面上移动热源的模拟，流体与机械相 互作用的表面改性。 ( 6 ) M E M S 新颖的润滑技术 ( 7 ) 摩擦磨损和生物摩擦- 腐蚀 生物医学植入物中的生物摩擦腐蚀水冲 蚀腐蚀的模拟 ( 8 ) 绿色摩擦学 环境友好制冷剂的摩擦学 1 3 ( 9 ) 低摩擦和新颖装置 摩擦的超声调整，具有自升能力的新型弹性 空气轴承。 2 工业界的摩擦学研究 ，英国工业界的摩擦学研究很广泛，其特点是 与学术界有很密切的和联系。代表性的单位 有以下几个： ( 1 ) J o s t 摩擦学技术研究所2 0 0 3 年8 月成 立于中兰开夏大学技术系，主要开展与工业有关 的研究与教学
16、工作以及技术转移。 ( 2 ) U n i l e v e r 公司它有重大的摩擦学研究 计划用于支持大量的食品以及家庭与个人护理的 产品。该公司有员工2 3 万，每年用于研发的费用 约1 0 亿英镑( 相当于营业额的2 5 ) 。用于改善 产品质量的摩擦学研究主要在两个研发实验室进 行。近几年来进行的摩擦学研究有牙齿磨损，牙 刷的磨粒磨损以及与迸食食物口感有关的水溶液 聚合物提供的流体润滑等。 ( 3 ) 国家摩擦学中心( N C T ) 它是A E A 技 术公司的一部分。其摩擦学研究主要是空间摩擦 学( 真空环境下的高温润滑、低温摩擦学) ，轴承 ( 用聚合物轴承取代金属轴承的新轴承设计研 究) ，表面工程( 富勒烯纳米颗粒涂层的研究，新 型固体润滑涂层的开发，低粘附界面的研究，聚 合物的粘滑行为) ，微观摩擦测量计，轮轨摩擦学。 其研究活动由工业或政府资助。 ( 4 ) 国家物理实验室( N P L ) 材料中心 他们的工作
