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关键词： 聚醚酰亚胺   碳纤维   拉伸性能   粘弹性响应   摩擦磨损性能  

摘要： 短碳纤维增强聚醚酰亚胺(SCF/PEI)复合材料是一种综合性能优异的短纤维增强热塑性复合材料(SFRTP),其具有力学性能优异、可设计性好、可以回收再利用、易于批量化生产、能够适应多种部件尺寸和复杂形状,目前已经在体育用品、汽车部件、医疗设备以及航空部件等领域获得了广泛应用。然而,相比传统金属、陶瓷等材料,SCF/PEI复合材料的力学性能与摩擦磨损性能仍然较低。作为主要增强填料的碳纤维本身的强度与模量以及复合材料的制备方法极大地影响了SFRTP复合材料的性能。为进一步提升目前SFRTP复合材料的力学与摩擦磨损性能,本论文研究了碳纤维类型和成型工艺对SCF/PEI复合材料力学性能与摩擦磨损性能的影响,主要研究内容与结论如下:(1)基于溶液浸渍法(将PEI溶解在N,N-二甲基甲酰胺溶剂中,然后使用混合溶液浸渍SCF)制备复合材料预浸料,同时借助于传统的熔融混合挤出手段制备SCF/PEI复合材料母料作为对照,采用注塑成型工艺,分别将三种具有不同拉伸强度和弹性模量的SCF与PEI复合,制备出了四种SCF/PEI复合材料。(2)开展了四种SCF/PEI复合材料在室温与高温(120℃和170℃)下的拉伸性能测试,研究了成型工艺与SCF性能对复合材料拉伸性能的影响规律。结果表明,相比于传统工艺,采用预浸料注塑成型复合材料的拉伸性能更优秀,这是主要是因为复材中的纤维长度更长、纤维-基体界面结合更佳;同时,SCF模量越大的SCF/PEI复合材料在高温下的拉伸性能越好。为进一步说明制备工艺和纤维模量对复合材料拉伸性能的作用机理,基于有限元法构建了考虑纤维-基体界面的复合材料单丝拉伸模型,分析结果显示提高复材中SCF的模量和长度会使复合材料内界面剪切应力和纤维轴向应力增大。(3)开展了四种SCF/PEI复合材料在不同应力状态下的短时蠕变-回复试验,基于Schapery粘弹性模型对四种复合材料的粘弹性行为进行描述,探讨了成型工艺和SCF类型对复合材料粘弹性行为的影响。研究发现预浸料注塑成型的SCF/PEI复合材料的线性粘弹性行为区间约为对应复合材料拉伸强度的42%,这比传统挤出注塑成型的SCF/PEI复合材料更宽(约为32%);SCF模量越大的SCF/PEI复合材料的抗蠕变性能越强;与此同时,针对四种复合材料分别构建了预测其粘弹性行为的经验公式。(4)开展了四种SCF/PEI复合材料在不同润滑条件下的摩擦磨损性能测试,探讨了成型工艺和SCF类型对SCF/PEI复合材料摩擦磨损性能的影响,对比了SCF/PEI复合材料在不同润滑环境下的摩擦磨损性能,使用随机森林算法分析了纤维强度、模量和长度等细观结构和复合材料强度、模量和硬度等属性对SCF/PEI复合材料摩擦磨损性能的贡献程度。结果表明,预浸料注塑成型的SCF/PEI复合材料的磨损率低于传统挤出注塑成型的复合材料磨损率,但是摩擦系数没有明显区别;SCF的承载与润滑作用可以明显提高PEI树脂在干接触时的摩擦磨损性能;同种润滑方式下,复合材料的摩擦系数和磨损率随SCF模量增大而降低;相比干接触,PEI树脂和SCF/PEI复合材料在水润滑和油润滑时的摩擦系数和磨损率明显下降;重要度分析结果表明,干接触时SCF的模量和材料接触面硬度对复合材料的摩擦系数和磨损率有极大的影响。

关键词： 量子隐形传态   腔光机械系统   控制相位翻转门   控制非门   非线性相互作用   最大纠缠态  

摘要： 腔光机械系统中的量子行为与量子操控在量子信息与量子计算领域取得了极大的发展。基于混合腔光机械系统,通过非线性相互作用与量子纠缠可以实现固态量子比特和飞行量子比特之间的未知量子态的非局域传输。光子作为优秀的飞行比特,可以作为量子信息载体,然而光子很难存储,但固态比特却易于存储并且有相当长的退相干时间,可以很好的弥补这一缺陷。如何将便于传输的光子的量子态通过量子隐形传态传输到长寿命的声子上仍然是一个具有挑战的问题。通过物理分析和合理的模型设计,我们利用混合腔光机械系统在弱驱动条件下实现了双量子位控制相位翻转门,并且通过量子门的组合实现了控制非门。除了单个比特控制目标量子比特以实现π相移之外,我们证明了当双机械模式耦合到单个光腔模式时,通过控制声子-光子耦合可以实现双边控制相位门,其中它的量子操作是通过一个量子比特同时控制两个目标量子比特的相位反演来实现。此外,我们还在强驱动条件下的系统中实现了声子与光子之间的最大纠缠态。为进一步探索实验可行性,通过解析求解和数值模拟,我们探讨了环境温度和光腔的耗散对保真度的影响。结果表明,在一定的温度和耗散条件下通过调节适当的参数可以实现高保真度的声子-光子之间的混合量子隐形传态。该方案是高度可调的,为实验可执行性提供了一个可能的平台,这对非局域混合量子信息处理具有一定的理论意义。

关键词： 地铁列车   闸瓦磨损   故障检测   点云分割   自注意力机制  

摘要： 随着近年来城市轨道交通快速发展，地铁已经发展成为我国城市居民不可替代的交通出行方式之一，日渐普及的地铁线路显著改善了城市居民的出行质量。由于地铁运行规模不断扩大，如何保障地铁运行安全成为了一个研究重点。闸瓦作为地铁机车制动系统中的重要零部件，其通过与刹车盘之间发生剧烈摩擦产生阻力，从而实现地铁刹车制动。车辆在运行过程中由于反复制动会造成闸瓦厚度不断磨损，若发现存在磨损过限的闸瓦必须立即更换，否则势必会威胁到地铁运行安全，所以对闸瓦磨损进行状态监测具有重要的安全意义。由于目前人工检测方式中存在效率低等问题，传统的人工检测逐渐向基于计算机视觉技术的地铁智能运维过渡，这也是新阶段的必然的发展趋势，但是目前依然存在诸多问题阻碍着闸瓦的智能化检测研究。针对闸瓦检测存在的环境复杂、目标尺度小、不易拍摄、精度不佳等问题，本文从地铁列车外观故障检测系统的完整性出发，提出一种基于三维点云的闸瓦磨损检测方法，从而实现高效准确的检测。以京港铁路的巡检机器人项目为例，本文进行了相关的算法开发与验证，主要以“数据采集—数据增强—零部件目标定位—零部件点云分割—磨损参数检测”为研究路线，主要研究内容概况如下：　　(1) 首先，本文提出一种 2D-3D 两阶段的点云分割网络，基于轻量化的 2D 目标检测器驱动三维点云分割。从提高点云分割对于小目标精度的角度出发，结合预训练的2D目标检测器来进行目标局部化，利用有序点云数据将二维像素提升到三维空间，缩小逐点MLP分割主干网络搜索范围，实现一种适用于地铁列车关键零部件的两阶段点云分割网络。　　(2) 其次，真实世界采集的点云数据必然存在噪点，为了进一步提升分割模型的性能，本文在骨干网络中嵌入自适应采样模块，利用自注意力机制获取局部邻域点之间的相似性关系，增强局部邻域的表征能力，调整所有采样点的坐标和特征。实验结果表明，所提方法可以有效降低噪点对网络性能的影响。　　(3) 最后，针对闸瓦的磨损检测问题，本文提出一种基于三维点云的闸瓦磨损检测框架。在分割结果的基础上，本文设计了一种快速的FastAC点云边缘检测方法和直线检测方法，通过投影坐标平面和边缘点追踪使边缘检测速度优化了150%，提出一种用于提取上下边缘的多直线检测方法，最后建立闸瓦厚度参数计算方法。实验结果表明，该方法相比其他闸瓦检测方法具有更好的精度和鲁棒性，检测精度控制在±0.5mm 以内，完全满足工业实际应用需求。　　论文针对闸瓦检测的所面临的实际问题，进行系统性的研究，对本文所提出的理论方法进行可行性分析与实验验证，为实际工程应用提供重要的理论基础，也为后续的研究工作提供了借鉴和思路。

关键词： 声表面波   叉指换能器   传感器封装   高速滚动轴承   无线测温  

摘要： 滚动轴承作为机械运转过程中的重要部件,其工作状态决定了整个机械系统的正常运转,因此准确可靠地获取滚动轴承的状态具有对评估整个机械系统健康度具有重要意义。当前获取滚动轴承状态主要依靠放置在机架及轴承外圈处的传感器,而高Dn条件下滚动轴承温度最高点往往发生在在轴承旋转套圈上面,其值往往因测量困难而被忽视,这样获得的数据在描述轴承状态是不完整的,进行诊断分析时具有一定局限性。因此,本文针对现阶段高速滚动轴承旋转套圈温度测量困难,对无线传感技术进行了相关研究,提出了一种基于声表面波温度传感器的滚动轴承温度监测方法,通过将无线传感器与轴承座进行集成,实现了高Dn值下对燃机轻载轴承内圈温度的直接测量,为高速滚动轴承状态监测提供了新思路,同时也提高了基于温度判断轴承健康程度方法的准确性。 首先,本文在结合燃机轻载轴承使用工况及现有精密加工技术下,设计了适合用于高温高速、苛刻工况环境使用的声表面波温度传感器结构形式,利用COMSOL Multiphysics建立了固体力学和压电效应下的单对叉指电极的三维模型,通过对特征频率仿真得到了瑞利波谐振振型,验证了不同种类声表面波的传播特性,通过仿真得到了所设计传感器工作频率下的叉指电极尺寸以及传感器温度与灵敏度的关系曲线,同时设计传感器芯片加工版图。 然后,研究了声表面波温度传感器芯片各膜系结构的加工工艺,通过镀膜、光刻、套刻、划片得到了性能较好的芯片结构,并对芯片表面形貌进行了表征。通过仿真分析研究了外界载荷对声表面波传感器的影响关系,提出了适合声表面波器件封装的结构形式,并设计了耐高温的传感器芯片封装工艺,实现了声表面波温度传感器的小型化设计。根据天线结构与原理提出设计了传感器天线与轴承座的集成结构,设计并制作了可用于声表面波温度传感器的小型螺旋天线,通过阻抗匹配连接实现了整个无线传感器的制作。 最后,对制备得到的声表面波温度传感器进行测试,得到其谐振特性曲线:通过温度标定试验得到所制备传感器的温度响应曲线;搭建高速旋转试验装置,实现高速条件下无线传感器正常通信并验证旋转速度对温度测量结果并无明显影响,然后通过将声表面波温度传感器与轴承座进行集成,实现高速滚动轴承内圈温度监测。

关键词： CFRP   金刚石涂层刀具   刀具磨损   多尺度   破坏形式  

摘要： 碳纤维增强树脂基复合材料(Carbon Fiber Reinforced Plastic/Polymer,简称CFRP)凭借其比强度、模量高,性能可设计等突出优势,成为能源、运载等领域高端装备减重增效的首选材料。切削是目前加工高端装备用CFRP主要采用的方式。然而,切断高强高硬纤维时极易引起严重的刀具磨损。刀具易磨损、磨损后导致损伤加剧、频繁换刀等问题依然突出,严重制约着此类大尺寸CFRP构件的连续稳定加工。本文针对切削CFRP中金刚石涂层刀具磨损基础研究的不足,开展金刚石涂层刀具多尺度磨损研究,主要研究内容如下:首先,运用分子动力学模拟方法,建立了纳观尺度金刚石划擦碳纤维的分子动力学模型,确定了原子间成断键的判定条件;获取了划擦过程中碳纤维原子的运动趋势,总结了金刚石不同部位所受机械互锁及界面化学键作用形式;进而揭示了纳观尺度金刚石的破坏形式,并从磨损速率、磨损量、磨损位置等几个方面分析了金刚石的磨损过程。其次,设计并开展了 CFRP车削实验;基于CFRP切削机理,分析了微观尺度刀具-工件间相互作用形式,通过观测切削后刀具表面形貌,确定了涂层脱落的主要威胁;揭示了微观尺度金刚石涂层刀具的破坏形式;通过实验中金刚石结构转化验证了分子动力学模拟的合理性。最后,分析了刀具磨损对成屑过程及切削力的影响,并以提高刀具寿命及加工效率为目标,以前文中多尺度刀具磨损分析为基础,进一步探究了涂层晶粒尺寸及切削速度对刀具磨损及切削过程的影响。相关研究成果有助于丰富金刚石涂层刀具磨损基础研究,对提升此类刀具性能、实现大尺寸高性能CFRP构件的高质高效加工具有一定的参考价值。

关键词： 桨毂结合面   微动磨损   超声辅助铣削   表面完整性   微动磨损性能预测  

摘要： 桨毂结合面是海洋装备平台可调距螺旋桨(Controllable Pitch Propeller,CPP)产生推力和进行调距两大功能的一个关键部位。桨毂结合面在CPP定距时发生的微动磨损是影响CPP使用寿命,进而影响海洋装备平台服役性能的重要因素。面向海洋装备平台在服役过程中的高服役寿命需求,桨毂结合面耐磨性能亟需提升。本文围绕改善桨毂结合面耐微动磨损性能的问题,提出利用超声波振动辅助铣削技术(Ultrasonic Vibration-Assisted Milling,UVAM)对桨毂结合面进行表面强化,探索UVAM强化对桨毂结合面耐微动磨损性能的影响与磨损量预测问题。论文主要研究工作和成果如下: (1)揭示了UVAM强化对桨毂结合面微动磨损性能的影响机理,探明了UVAM强化通过改善表面完整性提升桨毂结合面微动磨损性能的作用机制。 通过对比UVAM强化与铣削工艺下桨毂结合面的微动磨损性能(摩擦特性和磨损性能),并基于微动图、耗散能理论分析了磨损接触区域宏微观形貌与摩擦化学行为,结果表明,UVAM强化相比铣削工艺铜合金磨损量至少降低18.3%并且铣削工艺下铜合金磨损失效形式还伴有少量的裂纹以及孔洞,且探明了UVAM强化下桨毂结合面优异的耐磨性能主要源于表面完整性(包括表面织构和表面层性质)的改善:UVAM强化制备出的表面织构在微动磨损过程中有利于存储润滑油、其空间结构易于捕捉磨粒并形成磨屑层、有利于形成流体动压润滑效应,改善润滑效果,提升磨损性能;UVAM强化降低了表面层的应力集中程度、制备残余压应力层均有利于抑制裂纹产生,提升材料表面层硬度有利于抑制材料变形,细化表层晶粒抑制了裂纹源扩展,进而提升桨毂结合面耐微动磨损性能。 (2)阐明了UVAM强化对桨毂结合面表面层微观组织的强化机制,进一步揭示了UVAM强化对桨毂结合面表面完整性的作用规律以及影响机理。 首先,基于理论分析以及定量计算,阐明了晶粒细化、位错强化以及沉淀强化是UVAM强化对桨毂结合面铜合金表面层微观组织的三种主要的强化机制,其中晶粒细化占主要地位,并且当塑性变形达到一定剧烈程度还存在孪晶强化,与位错存在交互作用。进一步基于多种理论模型与实验分析,表明UVAM强化使铜合金表面层发生严重的塑性变形,产生了纳米相、高密度位错以及纳米孪晶,抑制表面层裂纹以及变形的发生,细化了表层晶粒且提升了表层硬度;铣刀高频冲击铜合金表面,表面层材料屈服而芯部保持不变,制备了残余应力层;铣刀的瞬态高频冲击波可以部分填充或消除部分缺陷,使材料表面结构层致密化,且制备了鱼鳞状表面织构,降低了表面应力集中程度。 (3)提出了基于表面完整性参量的桨毂结合面微动磨损量预测方法,并建立了预测模型,实现了桨毂结合面微动磨损性能的预测。 以表面完整性参量为中间量,提出了基于表面完整性参量的桨毂结合面微动磨损量的预测流程;针对微动磨损预测问题数据样本小的特点,建立了面向磨损量预测的粒子群算法优化支持向量机模型;该模型利用UVAM参数预测表面完整性,进一步基于表面完整性对磨损量进行预测。实验验证表明,基于表面完整性参量的桨毂结合面微动磨损量预测方法和模型具有良好的预测精度。

关键词： 聚四氟乙烯   磨损   摩擦化学   填料   摩擦副  

摘要： 聚四氟乙烯（PTFE）作为常见的固体自润滑材料,具有优异的润滑性能和化学稳定性,却展现出较差的耐磨性。传统微米级填料的增强作用只能有限的提高其耐磨性,而纳米填料引起的超低磨损界面的形成可以使PTFE润滑材料的耐磨性提高3到4个数量级,极大的推动了其在工程上的应用。随着对PTFE超低磨损界面的不断理解,发现界面间机械与摩擦化学两种减磨机制相互耦合,共同发挥作用,且存在一种微妙的竞争关系。由于文献中缺乏对于摩擦界面间磨损与摩擦化学之间的竞争作用机制的研究,本文通过改变摩擦副的接触和运动形式,测试不同种类Al2O3/PTFE复合材料的摩擦磨损性能,并利用形貌表征、傅里叶红外光谱、扫描电子显微镜以及X射线电子能谱等方法建立填料、磨损和摩擦化学之间的联系,然后进一步完善耐磨界面机械与摩擦化学竞争作用机制。 实验结果发现在相同的滑动距离下,端面和往复实验中α-Al2O3/PTFE复合材料的磨损率几乎没有变化,但是γ-Al2O3/PTFE复合材料在端面实验中磨损率降低了50倍。伴随着磨损率的巨大差异,磨损界面转移膜形态与摩擦化学信号也呈现较大区别,端面实验中生成了高质量转移膜且有较强的羧酸官能团信号,而往复实验中转移膜表面存在较大尺寸磨屑,摩擦化学信号也较弱。 通过实验分离出接触形式和填料对γ-Al2O3/PTFE复合材料磨损率的影响,发现在端面实验中密闭的几何接触增加了磨屑的滞留时长,促使磨屑尺寸细小化,有利于粘附和转移膜的生成,该过程大大缩短了聚合物的磨合阶段,使滑动界面上出现了磨损和摩擦化学竞争的转折点,即摩擦化学生产速率大于材料磨损速率,该情形下摩擦化学产物持续累积,不断地稳定界面摩擦膜,阻止亚表面裂纹的产生,以致材料可以快速到达稳态超低磨损,低磨损反过来促进摩擦化学产物积累,界面形成稳定的良性循环。 本研究通过机械与摩擦化学竞争的视角更深入地研究超低磨损界面的形成,对理解机械与摩擦化学减磨耦合机制以及聚合物超低磨损体系有帮助,且文中磨损和摩擦化学之间错综复杂的相互作用关系可能对许多摩擦学界面研究具有参考价值。

关键词： 滚动轴承   表面织构   摩擦磨损   滚动接触   疲劳可靠性  

摘要： 滚动轴承是工业领域应用广泛的机械基础零部件,其力学性能、摩擦磨损性能和接触疲劳性能与设备的整体性能、可靠性及服役寿命息息相关。极高或极低的转速、极重或极轻的载荷和过大的转速波动都会对滚动轴承的润滑特性产生极大的影响。某些设备特殊工况(譬如发动机的冷启动过程、战斗机的剧烈机动过程或极端恶劣环境)下的润滑不足和润滑油供给延迟也会使得滚动轴承的“滚动体-保持架-轴圈”系统因摩擦而急剧升温,轴承的磨损加剧,极易导致轴承磨损失效,降低轴承的寿命和可靠性。因此,为延长机械装备的使用寿命和可靠性,其核心是如何改善滚动轴承的润滑性能,揭示润滑、摩擦与磨损之间的相互关系。受自然界生物功能表面宏观-介观-微观结构的启发,以织构和非光滑表面为代表的表面改性方法为上述问题提供了新的思路和方法。相关研究发现:通过在摩擦副接触面制备具有特定几何形状与分布的微单元(如凹坑、微槽、网格或叶脉等),可以改善部分载荷工况条件下接触面的润滑状况,提高接触面的摩擦磨损性能和承载能力,提高摩擦副的使用寿命和可靠性。基于上述研究背景,考虑到织构和非光滑表面在滚动轴承领域研究的不足,本论文围绕表面织构滚动轴承开展了以下研究:(1)建立了激光表面织构过程的理论模型,并分析了其机理。研究了激光束性能、激光与材料相互作用及机理,建立了含有连续方程、动量守恒方程和能量守恒方程的数学模型。当高功率激光聚焦在固体表面时,少数入射光在原子层内被吸收,同时表面温度瞬时快速升高,存在金属熔融、材料汽化及等离子体产生等过程。激光作用材料过程的热传导简化为第二类边界条件恒定热流的非稳态热传导过程,基于傅里叶定律推导了恒温边界条件热传导和恒定热流边界条件热传导方程,并以GCr15钢为例计算得到了热传导温度分布规律,为后续激光表面织构滚动轴承摩擦磨损性能及滚动接触疲劳的研究奠定理论和方法基础。(2)建立了基于经典弹性流体动力润滑与激光表面织构集成的油膜压力和油膜厚度分析模型。基于Hertz线接触理论,推导了圆锥滚子轴承运动学关系、滚子离心力和陀螺力矩,计算了圆锥滚子轴承中产生的线接触弹性趋近量;提出了一种凹坑织构润滑模型与经典弹流润滑模型集成分析的方法,计算了实际接触表面的压力分布和油膜承载力;在考虑表面织构圆锥滚子轴承乏油润滑和全油润滑条件的基础上,分析了表面织构、体积流量、载荷及转速等多种参数影响下,表面织构圆锥滚子轴承接触区域油膜压力和油膜厚度变化规律。(3)进行了表面织构滚动轴承乏油润滑和全油润滑条件下的摩擦磨损试验。设计并加工了圆锥滚子轴承外圈和推力圆柱滚子轴承轴圈专用的激光表面织构夹具,利用光纤激光打标机在圆锥滚子轴承外圈和推力圆柱滚子轴承轴圈滚道制备了不同尺寸的凹坑织构。在乏油润滑和全油润滑条件下,采用万能摩擦磨损试验机进行了表面织构滚动轴承的摩擦磨损试验。最后,借助非接触式三维表面形貌仪、扫描电镜和电子分析天平对试验后的外圈和轴圈表面进行了表征,分析了激光表面织构对滚动轴承摩擦磨损性能的影响及相关机理。(4)针对表面凹坑织构滚动轴承摩擦诱发振动噪声特性,摩擦磨损试验同时进行了振动加速度和噪声测试。选取激光表面织构圆锥滚子轴承和推力圆柱滚子轴承作为试验对象,采用万能摩擦磨损试验机在乏油润滑和全油润滑条件下摩擦磨损试验时,使用三向振动加速度传感器和噪声传感器分别采集了振动和噪声数据。基于采集到的数据,结合信号时频域、功率谱分析、小波谱自相关等理论,研究了表面凹坑织构对滚动轴承接触面摩擦诱发振动噪声行为的影响,并对表面凹坑织构直接调控界面摩擦诱发振动噪声的作用机理进行了讨论和分析。(5)以表面应力分布计算次表面应力分布方法为基础,结合载荷和次表面应力建立了圆锥滚子轴承疲劳寿命模型。研究了可靠性及可靠性灵敏度分析理论,采用拉丁超立方抽样方法和BP神经网络技术,以滚动轴承接触疲劳失效为可靠性判据,利用Edgeworth级数、四阶矩技术及修正的可靠性灵敏度计算方法,得到滚动轴承失效时可靠度及可靠度对基本随机变量均值和方差的灵敏度。

关键词： 激光图案化烧蚀   碳化硅   CVD金刚石   摩擦磨损  

摘要： 金刚石涂层材料具有极低的摩擦系数和磨耗比,在摩擦、力学、热学等领域具有良好的应用前景。但是金刚石由于其超高的硬度难以机械加工,本身结构惰性导致与金属基体结合性能差,限制了其在摩擦抛光领域的应用。基于碳化硅易加工、与金刚石结合力好,热膨胀系数相近,因此,碳化硅（SiC）作为基体沉积金刚石后在抛磨领域更具应用前景,但目前相关方面研究较少,尤其对于织构化碳化硅基体对表面沉积金刚石结构及抛磨性能影响不明确。基于此,本论文通过激光图案化刻蚀技术,在碳化硅表面制备了不同形状、不同锥度的碳化硅阵列,之后利用微波等离子体设备沉积不同种类的金刚石涂层阵列,研究了不同形状、不同锥度、纳-微米金刚石涂层对金刚石/碳化硅阵列的微观结构、表面形貌和摩擦学性能的影响规律,分析了金刚石/碳化硅阵列摩擦磨损机理,从而得出以下结论:（1）通过对比有无微米金刚石涂层,对圆柱SiC阵列在不同载荷条件下（5 N,15 N,25 N）的摩擦学性的影响,发现微米金刚石涂层具备减小基体圆柱阵列脆性断裂、变形以及降低摩擦系数的特性,在最优载荷为15 N的条件下,金刚石涂层不发生剥落,具有最好的减摩特性,这与摩擦过程中金刚石向非晶碳转变以及对偶球表面形成的石墨相转移膜有关。（2）通过研究不同阵列形状对微米金刚石/碳化硅阵列的结构和摩擦磨损性能的影响,发现碳化硅阵列基体对涂层成分影响不明显,均为以（111）晶面为主的多晶金刚石,阵列顶端的非金刚石碳基团含量较小,底部为非金刚石碳基团与金刚石竞争生长。尖锥的微米金刚石/碳化硅阵列（圆锥、四角锥、六角锥）的摩擦系数明显高于顶端为平面的微米金刚石/碳化硅阵列（圆柱、四角柱、六角柱）,其中六角锥的摩擦系数最高为0.48,磨损率最高,顶部金刚石发生剥落;圆柱的摩擦系数最低为0.13,磨损率最低,未发生剥落现象。平面与尖锥的摩擦磨损机理的差别归咎于接触面积减小导致的过大的尖端应力以及较深的犁沟,使得摩擦系数明显增加。（3）成功制备出不同锥度的碳化硅阵列,并研究了阵列的锥度对微米金刚石/碳化硅阵列的成分、结构以及摩擦磨损性能的影响。发现锥度对微米金刚石/碳化硅阵列的结构、成分没有明显的影响,但随着锥度的增加,摩擦系数先增大后减小,在锥度99.9°时摩擦系数最高为0.788,磨损率最大为10-5mm3/N·m量级,在锥度为92.3°时摩擦系数低于锥度在99.9°的条件下为0.488,但是磨损率保持在10-6mm3/N·m量级,涂层未发生失效。实现了阵列具备高摩擦系数的同时保持较低的磨损率。在最优锥度（92.3°）条件下,研究了不同形状（圆锥、四角锥以及六角锥）对金刚石/碳化硅阵列的影响,发现COF六角锥>COF圆锥>COF四角锥。这是由于不同形状的微米金刚石/碳化硅阵列犁入对偶球的体积量不同使得接触面积增大,影响了其摩擦磨损性能。（4）通过研究不同金刚石组成（微米、纳米以及纳-微米金刚石）对柱状、尖锥碳化硅阵列的结构和摩擦磨损性能的影响,发现随着金刚石涂层的类型由微米向纳米转变,（111）金刚石晶面峰强明显降低,且保持微米金刚石沉积时间一致时,随着纳米金刚石沉积时间增加,（111）金刚石晶面峰强升高,摩擦系数以及磨损率逐渐降低。纳-微米金刚石/圆柱碳化硅阵列的摩擦系数以及磨损率介于微米和纳米金刚石/圆柱碳化硅阵列之间,备微米金刚石与碳化硅之间较高的结合力和纳米金刚石的超高润滑性能。对于尖锥纳-微米阵列而言,随着纳米金刚石沉积时间的增加,摩擦系数以及磨损率逐渐降低,最优的高摩擦系数对应的纳米:微米金刚石沉积时间为1.5 h:6 h,这是由于纳米金刚石的存在使得高锥度的阵列在摩擦的过程中保持了力学稳定性能,但纳米金刚石、非金刚石相的存在使其尖锥的摩擦系数相较于尖锥单纯的微米金刚石摩擦系数偏低。